趙國鵬  馬迎

（西部建筑抗震勘察設計研究院  710054 西安） 

     

    隨著國民經濟的飛速發展，城市用地逐漸緊張，故有為數不少的既有建筑物需要加層改造，或因用途改變而需要改造。在改造之前對建筑物進行合理的計算分析，繼而做出安全、合理、經濟、可行的加層方案。

 

    西安某鋼筋混凝土框筒結構建筑是集商業購物、餐飲、辦公、SOHO為一體的綜合建筑，現有建筑高度81.300m,地上24層，地下2層。結構形式為鋼筋混凝土框架--核心筒結構，基礎采用筏基，地基處理采用素混凝土樁復合地基,本工程抗震設防烈度為8度，場地類別為II類場地，設計地震分組為第一組，主體結構為A級高度高層建筑，結構安全等級為二級，建筑抗震設防烈類別為丙類，結構使用年限50年,人防地下室抗力等級為六級，戰時為人防物資庫。該地區基本風壓0.35KN/m²,基本雪壓0.25KN/m²。2005年8月完成設計，2007年主體結構已封頂。

 

    因功能需要，現欲在原建筑物標高81.300 m處增層，新增第一層層高為3.3 m，層頂標高84.600m，新增第二層層高為3.15 m，層頂標高87.750m，原建筑屋面核心筒和周圍混凝土柱頂標高均為90.1 m，混凝土強度等級為C30。新增層樓面板混凝土強度等級為C30。

 

    應業主對加層部分使用功能需要和建筑師所提供的條件，新增兩層平面布置同標準層平面，保留局部筒體和突出屋面的鋼筋混凝土柱，新增兩層利用原有結構的豎向受力構件，水平受力構件采用熱扎H型鋼，樓面采用壓型鋼板組合樓蓋。

 

    加層結構方案，第一層層高3.3m，第二層層高3.15。混凝土柱間距最大8.3 m，截面尺寸為600mm x 600mm。梁采用熱扎H型鋼，新增樓面采用壓型鋼板組合樓蓋，樓承板規格采用YX75-230-690型組合樓板，厚度為t=1.0mm。 

 

    3.1計算參數的選取

    3.1.1 與結構整體計算相關的設計參數，按相關規范及原設計圖紙選用，主要計算參數如下：

 

 

    3.1.2 混凝土強度等級和鋼筋材料強度和原設計相同，層高按原設計圖紙取用，

    3.1.3 荷載選擇

    （1）原結構的荷載按照業主提供的經審查通過的結構計算書確定。

    （2）加層結構的主要荷載

    恒載：樓面荷載取6 KN/㎡（包括1 KN/㎡輕質墻折算荷載）；屋面荷載取6 KN/㎡。

    活載：因樓面使用功能為辦公場所，根據《建筑結構荷載規范》（GB50009-2001）表4.1.1取2.0KN/㎡；屋面為上人屋面，根據《建筑結構荷載規范》表4.3.1取2.0 KN/㎡。

 

    3.2加層后整體性能指標分析

    原結構采用中國建筑科學研究院編制的高層建筑結構空間有限元分析與設計軟件-SATWE進行計算，加層后結構仍采用SATWE進行計算。

 

    3.2.1上部結構整體計算結果分析

    3.2.2  基礎采用筏板基礎，筏板厚度1800㎜，采用筏板有限元對現有復合地基及基礎進行復核，加層后地基承載力滿足要求。板底、板頂的計算配筋面積均小于現有鋼筋面積。

 

    綜上所述，本工程在原結構頂增加兩層，對原結構影響有限，局部采取補強措施后即可滿足要求。

 

    4.1通過對SATWE計算結果進行分析，加層部分無超限情況出現，樓板采用壓型鋼板混凝土組合樓面，主要考慮壓型鋼板作為澆灌混凝土的模板，節省了大量的模板和支撐，同時由于壓型鋼板非常輕便，堆放、運輸及安裝都非常方便；由于框架-核心筒結構在水平力作用下剛度相差比較大，框架部分變形呈彎剪型變形，而核心筒呈彎曲型變形，由于該組合樓蓋平面內剛度很大，能有效地傳遞水平作用，使框架和核心筒能在水平力作用下協同工作。組合樓蓋計算采用STS系列軟件，計算后選用1.0㎜厚YX-75-230-690的壓型鋼板即能滿足要求，樓板與鋼梁連接采用焊釘連接。構造做法見圖1、圖2.

圖1 樓承板和鋼梁連接剖面示意 

圖2 樓承板和混凝土墻連接剖面示意

 

    4.2  鋼梁的強度和穩定均滿足要求，應力比均無超限，最大為0.97，鋼梁的強度發揮比較充分，一定程度節省了鋼材。由于工程現狀，利用原有柱子作為豎向承重構件，鋼梁作為水平承重構件，利用化學錨栓傳遞彎矩和剪力，采用《混凝土后錨固技術規程》（JGJ145-2004）公式5.2.2-2、5.3.2-2、5.3.2-4、6.3.1-1、6.3.1-1、6.3.1-2進行計算，計算結果即能滿足要求，鋼梁和連接板采用栓焊連接，焊縫形式采用全熔透坡口焊，計算采用《鋼結構設計手冊》計算公式σ=M/b _f t_f(h-t_f)≤f_t^w (32-13)，經計算滿足要求；高強螺栓抗剪承載力計算利用《鋼結構設計規范》（GB50017-2003）計算公式 N_v^b=0.9n_fμ P (7.2.2-1) 經計算后均滿足要求,其構造做法見圖3、圖4。

圖3 鋼梁與原有鋼筋混凝土柱連接示意圖 

圖4 施工后鋼梁與原有鋼筋混凝土柱連接

    鋼主梁與次梁連接用鉸接連接方式，計算方法同上式(《鋼結構設計規范》（GB50017-2003）計算公式 N_v^b=0.9n_fμ P (7.2.2-1) ),計算滿足要求.

    4.3  加層后對原結構構件所產生的損傷和病害進行處理的方案。

 

    利用SATWE進行計算后和原結構圖紙進行比較，在部分梁的跨中正彎矩和跨端負彎矩區抗彎承載力不滿足要求，需要將該部分梁的抗彎承載力提高12.5%才能滿足加層后抵抗彎矩的要求，現對該部分梁進行加固，在加固方法的選擇上采用了粘鋼法，因為粘鋼法相對其它加固方法而言，對原構件基本上沒有損傷，可充分發揮原構件的作用，由于鋼材厚度一般比較小，它對結構自重、構件外形、使用空間幾乎沒有影響，且施工工藝簡單，質量容易保證，同時相對造價較低。計算采用《混凝土結構加固設計規范》受彎構件正截面加固的計算公式(10.2.3-1)。加固后即可滿足要求。

 

    (1)施工中發現原結構或相關工程隱蔽部位的構造有嚴重缺陷時，應暫停施工，在會同加固設計單位采取有效措施處理后方可繼續施工。

    (2) 新增混凝土構件與原有混凝土構件接觸面處，應將原構件混凝土外表面鑿毛并鑿除浮漿、空鼓等缺陷，清理至密實部位，用清水沖洗干凈，并刷高標號素水泥漿結合層一道后，再澆筑混凝土。

    (3)關于化學錨栓的安裝與錨固，以及錨固的質量與驗收應符合《混凝土結構后錨固技術規程》JGJ145-2004的要求。

 

    該工程經加層加固后于2008年已完工，經過5.12汶川大地震后，加層部位和連接節點均未出現異樣。建筑使用正常，獲得業主好評。

通過本工程實踐證明，采取有效合理的加層加固方案極為重要，不僅要滿足建筑使用功能和建筑立面效果，而且還要滿足抗震設防要求和經濟、方便施工的要求。