某办公楼整体加固设计实例

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【摘 要】对一栋20年楼龄的大型办公楼，进行抗震及承载力加固设计，文中通过PKPM程序的计算模型，整体分析了原有建筑的各种参数，并附以手工验算，得出具体加固措施。

【关键词】抗震鉴定；后续使用年限；增大截面加固法；粘帖钢板加固法

1 工程概况

某办公楼位于广州开发区，建于1985年。主体为地下一层，地上8层（局部9层）的钢筋混凝土框架结构。房屋朝向坐北朝南，地下室层高3.4米，首层层高5.2米，二层层高4.5米，三至九层均为4米，总高度41.5米，总建筑面积35253O。该建筑物一直做为政府办公用房使用。

2012年由于政府搬迁，该大楼改变使用功能，做为“人力资源大市场”使用。经专业的房屋安全鉴定机构，对大楼的安全性与抗震性鉴定。结论。房屋抗震承载力不能满足7度标准设防（丙类）建筑抗震设防要求，梁柱抗震构造不满足规范要求，应对该大楼的结构体系及不满足抗震要求的构件做加固处理。

2 抗震加固设计标准及参数选取

根据房屋鉴定机构出的鉴定报告及《建筑抗震鉴定标准》，本项目抗震措施核查和抗震验算的综合鉴定为丙类，既应按照本地区设防烈度的要求核查其抗震措施并进行抗震验算。

本项目根据实际需要和可能，后续使用年限为40年，其地震作用效应及承载力抗震调整系数均按现行规范《建筑抗震设计规范》GB50011-2010要求进行计算。建筑结构安全等级为二级，结构重要性系数1.0。抗震设防烈度为7度，地震加速度的设计值取0.10g。场土类别为Ⅱ类，设计地震分组属第一组，特征周期0.35s。抗震设防类别为丙类，框架抗震等级为二级，按抗震烈度7度计算地震作用，按7度要求采用抗震措施。柱轴压比限值为0.75。

整体分析采用中国建筑科学研究院编制的《建筑结构空间有限元分析软件SATWE》，地震作用和风荷载按两个主轴方向作用，考虑双向地震及偶然偏心的影响，本项目为高层层钢筋混凝土框架结构，上部结构嵌固点为基础底板。地面粗糙度类别为B类， 广州市基本风压值：W0=0.50KN/O，风荷载体型系数：US=1.3。建筑使用用途为人才大市场，人群可能集中，1～3层活荷载取值为3.5KN/O。

3 计算机程序运算及手工校核

根据本工程竣工图中梁柱截面尺寸及材料强度信息，及各层楼面荷载和墙体荷载，输入计算机程序建模型进行初步计算。发现大部分框架柱轴压比超过规范限制达到0.85左右，梁截面配筋超过竣工图中实配钢筋，周期比及位移也属于比较不利情况。增大柱截面，调整模型，使上述各项满足规范要求：

调整模型后主要计算结果：

结构第一平动周期 2.2439s，第一扭转周期 2.0271s；X方向最小剪重比为2.63，有效质量系数94.7%；Y方向最小剪重比为2.14，有效质量系数92.48%；各楼层的侧向刚度不小于相邻上一层的70%，且不小于其上相邻三层侧向刚度平均值的80%，不存在薄弱层。框架柱最大柱轴压比为 0.72，柱的轴压比均符合《建筑抗震设计规范》的要求。

3.1 框架柱加固手工验算

根据PKPM模型计算结果知，第1层至第6层大部分框架柱的轴压比超过0.8的规范限值，有个别框架柱轴压比达到0.94，故对框架柱截面采用增大截面加固法。新增加部分混凝土强度与原有框架柱一样，将大部分框架柱截面每边增大100mm，个别柱截面每边增大150mm，代入模型重新试算，导出计算结果，框架柱轴压比均在0.6～0.7之间，满足规范要求，且框架柱配筋仅仅比构造配筋稍大些。

根据《混凝土结构加固设计规范》5.4.1条

N=0.9φ[fc0Ac0+fc0`As0`+аcs（fcAc+fy`As`）]

忽略柱内钢筋计算，将公式简化为： N=0.9φ（fc0Ac0 +аcsfcAc）

取其中一个框架柱计算：Ac0=700*700=490000mm2

每边各增加100mm后得：Ac 900*100*2+700*100*2=320000 mm2

加固前：N0=0.9φfc0Ac0

加固后：N=0.9φfc0Ac0 +0.9φ*0.8*fcAc

N0 / N =（ Ac0+0.8*Ac）/ Ac0 =1.522

结论：框架柱竖向承载力增大约1.5倍，竖向配筋根据经验配筋。框架柱箍筋按计算结果配置，并满足抗震规范要求。柱加固大样图如下：

3.2 框架梁加固手工验算

根据PKPM模型计算结果知，第1层至第5层框架梁计算配筋大于现结构实际配筋，框架梁截面满足抗剪最小截面要求，实际配箍率偏小；次梁钢筋及箍筋可以满足新调整后的模型计算结果。分析可知，框架梁配筋增大，实际因为地震力的调整而增大。

框架梁配筋不足采用粘帖钢板加固法补强。

根据《混凝土结构加固设计规范》10.2.3条

M≤а1fc0bx（h0-x/2）+fy0`As0`（h-а`）+fsp`Asp`- fy0As0（h-h0）

а1fc0bx=ψspfspAsp+ fy0As0 -fy0`As0`- fsp`Asp` ψsp=0.9

不考虑受压钢筋影响，公式简化为

M≤а1fc0bx（h0-x/2） - fy0As0（h-h0）

а1fc0bx=0.9fspAsp+ fy0As0

取一跨框架梁计算结果知：M，As0，fc0，b，fy，

可以求出Asp的面积，梁底或梁面粘帖钢板的宽度同梁宽b，Asp/b可得出所需增加钢板的厚度。考虑到现场施工情况，实际选取钢板的厚度比计算厚度增大1.5倍。

根据计算机计算结果，计算梁配箍

配置在同一截面处箍板的全部截面面积：Asp=2bsptsp

结合加固图集，取U型钢板宽度60mm，厚4mm，间距120/240，可以满足计算要求。

梁加固大样图如下：

PKPM程序计算可以对建筑物整体抗震验算提供数据，梁柱截面配筋需要用手工验算，取手工验算的结果结合计算机计算结果进行配筋。

4 总结和体会

（1）目前抗震或改造加固工程较多，发展较早较快的城市对现有房屋的加固也越来越多，但从事建筑结构设计的人员对新建房屋的设计比较熟悉和重视，而对加固设计理解不够深刻，更没有考虑到材料和施工方面的影响，而且分析计算也不能如新工程设计那样按分析软件计算结果一套了之，而有必要手算补充，有的构件要考虑二次受力。

（2）加固设计前，对现有房屋结构进行检测鉴定是有必要的，检测鉴定报告是加固设计的依据，现在加固的材料和方法有较大进展，从事加固设计的人员应熟悉和掌握有关信息。目前已有加固设计和施工的标准及相关图集，为从事加固设计提供了依据及方便。但应注意，在应用这些标准和图集时，必须根据具体工程实际，并考虑当地施工水平和材料情况，合理采用，避免生搬硬套。

参考文献：

[1]GB50011-2010 .《建筑抗震设计规范》

[2]GB50010-2010.《混凝土结构设计规范》

[3]GB50023-2009.《建筑抗震鉴定标准》

[4]JGJ116-2009.《建筑抗震加固技术规程》

[5]GB50367-2006.《混凝土结构加固设计规范》

[6]DB51/T5059-2008.《四川省建筑抗震鉴定与加固技术规程》

[7]中国建筑科学研究院.PKPM（鉴定加固）用户手册及计算条件

[8]06SG311-1.《混凝土结构加固构造图集》