建設(shè)歷史復(fù)雜的某多層廠房加固設(shè)計(jì)

建設(shè)歷史復(fù)雜的某多層廠房加固設(shè)計(jì)[提要]主要介紹了某多層廠房由于建設(shè)歷史比較復(fù)雜，曾經(jīng)進(jìn)行過加固，本次改造需要在原加固的基礎(chǔ)上再次加固，因而需要對各種加固的方案進(jìn)行分析，以選出最優(yōu)方案。同時(shí)對采用不同加固設(shè)計(jì)使用年限的造價(jià)進(jìn)行了比較，建議采用規(guī)范推薦的30年期限。[關(guān)鍵詞]建設(shè)歷史復(fù)雜

重復(fù)加固

加固設(shè)計(jì)使用年限A

Strengthening

Design

of

aMulti-Storey

Factory

Building

with

CompleAbstract:

A

Multistorey

factory

building

which

has

a

complex

building

history

and

had

been

strengthened

before,

need

to

be

restrengthened,

so

we

analyze

several

strengthening

methods

and

choose

the

best

one.

In

the

same

time,

we

contrast

the

cost

of

different

design

working

life

for

strengthening

of

existing

structure.

In

conclusion

we

suggest

that

30

years’

design

working

life

recommended

by

the

design

code

is

better.Keywords:

complex

building

history;

restrengthened;

design

working

life

for

strengthening

of

existing

structure1工程概況工程位于長春市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)，為生物醫(yī)藥廠房，原為通用廠房。該樓地下一層，地上四層，層高5.5m，建筑總高度為21.00m，結(jié)構(gòu)平面尺寸為54mx45m，基本柱網(wǎng)為6mx9m。結(jié)構(gòu)體系采用的是鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，原柱尺寸為500x600，基礎(chǔ)采用的是筏板基礎(chǔ)。結(jié)構(gòu)平面見圖1。結(jié)構(gòu)平面圖圖1該工程建設(shè)歷史相當(dāng)復(fù)雜。90年代初，由華東某設(shè)計(jì)院對該樓進(jìn)行第一次設(shè)計(jì)，原設(shè)計(jì)為地下一層，地上二層動(dòng)力站，并于當(dāng)年施工。當(dāng)該樓施工至一層柱及局部一層頂板時(shí)，由于建設(shè)單位的原因該項(xiàng)目停止，在未采取任何保護(hù)措施的情況下擱置至2005年。該年項(xiàng)目重新動(dòng)工，由當(dāng)?shù)匾患以O(shè)計(jì)院進(jìn)行二次設(shè)計(jì)，改為地上四層通用廠房，樓面均布荷載皆為5kN/m2。該次施工首先由于樓層標(biāo)高的變化，將已存在的一層頂板拆除，從一層柱頂接力施工至封頂，同時(shí)對地下室頂板、地下室梁、所有的柱進(jìn)行了加固。加固方法為：板采用的是增大截面法，即在原120厚樓板上現(xiàn)澆30厚疊和層，其配筋采用的是冷拔鋼筋；地下室柱采用增大截面法；一層梁、柱采用的是碳纖維粘貼法，個(gè)別柱由于施工時(shí)定位不準(zhǔn)跑位，因此在增大截面的基礎(chǔ)上再纏碳纖維。本次設(shè)計(jì)主要由于使用荷載的增加導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的再次加固，一層由于倉庫和設(shè)備機(jī)房的原因荷載為8kN/m2，局部14kN/m2，二層6kN/m2，三、四層暫時(shí)保持原設(shè)計(jì)不變。本次設(shè)計(jì)于2006年底完成。1資料收集及現(xiàn)場勘察現(xiàn)存有1990年、2005年兩次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙和1989年所做地質(zhì)勘察資料，以及2005年由檢測中心做的結(jié)構(gòu)檢測鑒定報(bào)告。根據(jù)鑒定報(bào)告，地下室及一層柱混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，地下室梁強(qiáng)度等級(jí)為C29，地下室頂板強(qiáng)度等級(jí)為C28且碳化深度達(dá)20~30mm，縱向框架梁未設(shè)加密區(qū)?，F(xiàn)場勘察發(fā)現(xiàn)個(gè)別位置次梁布置同圖紙不一致，地下室頂板厚度遠(yuǎn)超過二次設(shè)計(jì)的150mm，達(dá)到了220mm，局部甚至更大。2結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)與加固設(shè)計(jì)時(shí)由于業(yè)主尚未對三、四層建筑的使用功能作出明確決定，因此該兩層的實(shí)際使用荷載不能明確。為了避免產(chǎn)生由于三、四層荷載的再次增加導(dǎo)致下部承重構(gòu)件第三次加固，通過和工藝專業(yè)及業(yè)主的協(xié)調(diào)，決定本次設(shè)計(jì)這兩層活荷載按5kN/m2進(jìn)行計(jì)算，在進(jìn)行三、四層改造設(shè)計(jì)時(shí)，工藝布置盡量將重設(shè)備分散放在配筋量計(jì)算值與實(shí)配值相差不大的柱附近，同時(shí)利用設(shè)計(jì)與施工的時(shí)間差，在一、二層改造施工前進(jìn)行三、四層改造的初步設(shè)計(jì)，以此核對承重構(gòu)件配筋。按《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50367－2006）的建議，結(jié)構(gòu)加固后的后續(xù)設(shè)計(jì)使用年限應(yīng)由業(yè)主和設(shè)計(jì)單位共同商定，一般情況宜按30年考慮。由于業(yè)主堅(jiān)持要求需按50年考慮，因此本次設(shè)計(jì)按50年標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。根據(jù)檢測鑒定的結(jié)果，按照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011－2001）等現(xiàn)行規(guī)范進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析計(jì)算。在對計(jì)算結(jié)果的比對中發(fā)現(xiàn)：1．結(jié)構(gòu)位移滿足要求，最大位移角為1/860。2．部分柱軸壓比超限，地下室全部和一層個(gè)別柱箍筋未達(dá)到《抗震規(guī)范》要求。3．框架梁以箍筋不足為主，部分梁縱筋不足，其中各層橫向框架梁由于當(dāng)初設(shè)計(jì)時(shí)未按框架梁設(shè)計(jì)，因此梁端箍筋不滿足抗震構(gòu)造要求。4．樓板配筋基本滿足要求，地下室頂板板底長向僅配分布鋼筋，對于長邊與短邊比小于2的板不滿足雙向板的配筋要求。根據(jù)以上對比結(jié)果，決定對承載力不足的構(gòu)件進(jìn)行加固。對于梁、板的加固方法可以采用粘鋼板或粘碳纖維，兩者比較，后者在造價(jià)和施工周期上具有一定優(yōu)勢，經(jīng)過多年發(fā)展，技術(shù)相對也比較成熟了，因此最后選擇的是粘貼碳纖維。對于柱軸壓比超限的加固屬于抗震加固范疇，而且規(guī)范沒有給出具體的加固方法，那么根據(jù)軸壓比的計(jì)算公式N/fcA，在N不變的情況下可以通過提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)fc和柱截面積A的方法降低軸壓比。根據(jù)《混凝土加固設(shè)計(jì)規(guī)范》碳纖維纏繞粘貼加固軸心受壓柱的公式（9.4.3-1）N<=0.9[(fc0+4σ1)Acor+f’y0A’s0],可以認(rèn)為此法可以提高混凝土強(qiáng)度，但是提高的幅度比較小，而且需要在柱高范圍內(nèi)全柱粘貼，造價(jià)比較高。另一種方法就是加大柱截面，此法造價(jià)較低，技術(shù)比較可靠，但是需要對新舊結(jié)合面做好處理，保證新舊混凝土共同工作，且要考慮新增混凝土的強(qiáng)度折減系數(shù)0.8，經(jīng)討論，本次設(shè)計(jì)采用此種方法。柱抗彎承載力采用外粘型鋼的方法，抗剪承載力不足采用粘貼碳纖維的方法。由于本工程為二次加固，存在應(yīng)變二次滯后問題，因此在選擇加固方法時(shí)要考慮原加固方法的因素。本文僅就個(gè)人觀點(diǎn)認(rèn)為不同的加固方法應(yīng)區(qū)分對待。對于粘鋼、粘碳纖維法可清除掉原加固材料表面保護(hù)層后直接粘貼，其等同于一次加固多層粘貼，但應(yīng)注意總層數(shù)和總厚度不能超過規(guī)范要求。對于原采用增大截面法和外包型鋼的構(gòu)件，建議采用不同于一次加固的加固方法對其加固，并且強(qiáng)度折減系數(shù)應(yīng)相應(yīng)調(diào)小，若由于軸壓比原因在增大截面的基礎(chǔ)上必須再次增大截面的，建議鑿掉一次加固部分混凝土，重新加固。對于原采用預(yù)應(yīng)力加固的構(gòu)件，應(yīng)該卸掉加固筋或型鋼，重新加固。由于條件的限制，以上僅是筆者個(gè)人觀點(diǎn)，但希望能作為一個(gè)新的課題得到更細(xì)致的研究。3不同設(shè)計(jì)使用年限的造價(jià)比較如前文所述，《混凝土加固設(shè)計(jì)規(guī)范》建議采用30年設(shè)計(jì)使用年限，其與50年設(shè)計(jì)使用年限相比較設(shè)計(jì)時(shí)有三方面不同：荷載、地震作用和抗震構(gòu)造措施。理論上來說采用30年期限的活荷載可以小于50年期限，但由于我國規(guī)范荷載的可靠度相比國外仍較低，并且《混凝土加固規(guī)范》規(guī)定30年設(shè)計(jì)使用年限時(shí)基本風(fēng)壓、基本雪壓及樓面活荷載修正系數(shù)為1.0，所以荷載應(yīng)按現(xiàn)行《荷載規(guī)范》取值。根據(jù)《抗震設(shè)計(jì)手冊》（龔思禮主編）及文【1】內(nèi)容，30年設(shè)計(jì)使用年限其地震作用為50年設(shè)計(jì)使用年限的0.75倍，文【1】同時(shí)認(rèn)為30年的抗震構(gòu)造措施滿足抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)即可。按《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（GB50023－95）第6.2.3條，7度Ⅰ，Ⅱ類場地時(shí)，框架應(yīng)符合非抗震設(shè)計(jì)要求，其中，梁縱向鋼筋在柱內(nèi)的錨固長度，Ⅰ級(jí)鋼不宜小于縱向鋼筋直徑的25倍，Ⅱ級(jí)鋼不宜小于縱向鋼筋直徑的30倍，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C13時(shí)，錨固長度應(yīng)相應(yīng)增加縱向鋼筋直徑的5倍。從這條來看，《鑒定標(biāo)準(zhǔn)》的抗震構(gòu)造措施要求相對《抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》來說是比較松的，若采用30年后續(xù)設(shè)計(jì)使用年限，則有相當(dāng)數(shù)量的梁、柱可以因?yàn)榭拐饦?gòu)造措施標(biāo)準(zhǔn)降低的原因而無須再加固。以該項(xiàng)目為例對這兩種后續(xù)設(shè)計(jì)使用年限的造價(jià)進(jìn)行對比，以北京地區(qū)定額計(jì)算各部分構(gòu)件加固費(fèi)用見表1?？蚣苤龃蠼孛嫱庹承弯撜迟N碳纖維

2355522320311040

框架梁橫向梁抗剪加固固縱向梁抗剪加固固抗彎加固構(gòu)造原因非構(gòu)造原因構(gòu)造原因非構(gòu)造原因430989403117708046790585樓板地下室頂板板底底一層頂板板底一層頂板板頂

6762066000198360

其它新增鋼梁植筋

2902915400

總計(jì)：968647考慮到框架柱是主要受力構(gòu)件，為增加構(gòu)件延性，防止脆性破壞，因此軸壓比雖然未超《抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》的要求，但是即使按30年期限設(shè)計(jì)仍應(yīng)進(jìn)行加固。按此原則，由于構(gòu)造原因產(chǎn)生的加固費(fèi)用為311040+43098+11770+67620=433528元，占總造價(jià)的44.8%。由此可見，由于設(shè)計(jì)使用年限的不同，因構(gòu)造要求的不同而產(chǎn)生的費(fèi)用占到總造價(jià)的近一半，從經(jīng)濟(jì)角度來說是很不劃算的，并且設(shè)計(jì)使用年限采用30年并不意味著到30年該房屋結(jié)構(gòu)壽命的終結(jié)，而只是需要進(jìn)行一次系統(tǒng)的檢查，以作出是否可以繼續(xù)安全使用的結(jié)論，即大修時(shí)間提前而已。況且由于目前我國加固市場開始尚不到30年，各種膠粘劑和其他聚合物尚未經(jīng)過長時(shí)間考驗(yàn)，30年大修也是必要的。1總結(jié)工程設(shè)計(jì)、建設(shè)歷史比較復(fù)雜，已經(jīng)進(jìn)行過一次加固，本次設(shè)計(jì)是第二次加固，且由于三、四層工藝使用功能未確定，使荷載不確定，為保證既不影響安全，又不產(chǎn)生第三次加固，決定暫按原設(shè)計(jì)荷載，且重荷設(shè)備均勻分布，且置于下部設(shè)備少的區(qū)域，并盡量搶在施工前確定三、四層荷載。作為二次加固，在選擇加固方法時(shí)應(yīng)考慮一次加固現(xiàn)狀，合理選擇。根據(jù)計(jì)算結(jié)果加固時(shí)，由于30年設(shè)計(jì)使用期限的抗震構(gòu)造要求相對于5