关键词:既有建筑;建筑结构;加固设计
1.建筑结构加固的原因
1.1按照极限状态设计法设计的钢筋混凝土结构或砌体结构,必须满足结构强度、刚度、耐久性的要求,但由于种种原因造成结构不能满足上述要求,如:设计不当、设计规范要求提高或施工缺陷而造成的结构物承载力和刚度不足,甚至留有严重的安全隐患;因建筑物改变用途导致其使用功能发生变化,从而出现了与设计初衷不一致的荷载分布和荷载大小,造成了原结构的强度和刚度不能满足要求。
1.2对现有基础设施大量的进行鉴定。对目前我国已有工业和民用建筑及其它基础设施进行技术改造和维修,符合我国国情,这不仅可以节约投资,节约征用土地,缓解日趋紧张的城市用地矛盾,减少某些不可回收利用的建筑垃圾均有着重要的现实意义。建筑物鉴定、加固与改造将面临更多的挑战,其新技术、新方法的研究与开发有着十分广阔的发展空间与运用前景。
2.几种既有建筑结构的加固方法
2.1外包钢加固法
外包钢加固法是以型钢(一般为角钢)外包于构件四角(或两角)以加强其受力性能的加固方法。外包钢加固法分湿式和干式两种情况。湿式外包钢加固:外包型钢与构件之间是采用乳胶水泥粘贴或环氧树脂化学灌浆等方法粘结,以使型钢与原构件能整体工作共同受力;干式外包钢加固:原构件与外包型钢之间无任何粘结,有时虽填有水泥砂浆,但彼此只能单独受力,承载力提高不如湿式外包钢加固有效。该方法施工简便,现场工作量较小,受力较为可靠,适用于在使用上不允许增大原构件截面尺寸,但又要求大幅度地提高截面承载能力的混凝土结构,主要用于钢筋混凝土柱、梁、桁架弦杆和腹杆的加固。
2.2预应力加固法
预应力加固法是采用外加预应力钢拉杆或撑杆对结构进行加固的方法,即通过施加预应力使拉杆或撑杆受力,影响并改变原结构内力分布,从而降低结构原有应力水平并提高结构的承载能力。特点是通过预应力手段强迫后加拉杆或撑杆受力,改变原结构的内力分布,降低原结构的应力水平,使一般加固结构中所特有的应力应变滞后现象得以完全消除,具有加固、卸载和改变结构内力的三重效果,后加拉杆或撑杆和原有结构能够较好地共同工作,结构承载能力能够得到较大的提高。
预应力加固适用于大跨度结构以及采用一般方法无法加固或加固效果很不理想的较高应力应变状态下的大型结构加固,但此法不宜用于处在高湿度环境下的混凝土结构或混凝土收缩徐变较大的混凝土结构的加固。
2.3增设支点加固法
增设支点加固法是通过增设支承点来减小结构计算跨度,改变结构内力分布并提高其承载能力的加固方法。梁、板在跨中增设支点后,减小了跨度,从而能较大幅度地提高承载能力,并能减小和限制梁、板的挠曲变形。适用于房屋净空不受限制的大跨度结构中梁、板、桁架、网架等水平结构的加固。增设支点加固法优点是简单可靠,缺点是使用空间会受到一定影响。
3.某商务酒店建筑结构加固设计实例分析
某商务酒店前身为一出租汽车公司,建于1986年。平面尺寸为15m×60m,层数为2层,底层为办公,2层为停车库,基础为天然地基上柱下独立基础,位于6度设防区,为四级抗震框架结构,楼板大多为120厚预应力圆孔板,局部80厚现浇板。新业主希望在利用原有主体结构的前提下,由2层加建到4层,并改变为商务酒楼。鉴于工程东面临近建筑均为多年失修的砖砌体住宅,围墙距本建筑则更近,且不得拆除。西面马路距本建筑仅有1m左右,故结构设计时必须谨慎考虑,使结构加固施工既不危及临近的建筑,又不影响交通。
3.1结构平面布置
3.1.1原有结构、总平面布置见图1。
3.1.3结构改造加固内容:
①采用静压锚杆桩加固基础;
②原单层部分、牛腿搁置部分的柱、梁、板全部凿除;
③所有原有楼板全部拆除;
④原上部结构承载力验算和加强,抗震构造措施的增设。
3.2基础部分的整体性考虑
3.2.1承载力
由于原设计采用天然地基上柱下独立基础形式,且投入使用已达19年,可视为沉降已近完成;现设计采用静压锚杆桩加固基础,计算时考虑桩土共同承载,竣工后的沉降观测结果完全符合规范要求。
3.2.2沉降
由于主体结构增加的荷载差异较大,而且局部为拼建,局部仅拼建1层,为保证沉降大小及沉降发生的先后不引起主体结构的开裂,故采取以下措施:
①拼建1层部分附近设一道沉降后浇带,待主体结构完成、填充墙砌筑完成且沉降稳定后封闭;
②拼建1层部分虽荷载较小,但如采用浅基础沉降量可能较大,故也采用静压锚杆桩基础,因主要为控制沉降,桩截面尺寸相应小些;
③墙体均采用轻质材料———加气混凝土砌块砌筑,且均需均匀施工,以免局部沉降不均。
3.2.3柱外包角钢在基础内的嵌固措施:
①原有基础顶较高处,采用与角钢截面积相等面积的钢筋植入原有基础,上端与角钢焊接。
②原有基础顶较低处,采用横卧角钢以确保纵向角钢的嵌固。
结束语:综上所述,在对既有建筑的结构进行诸多改造及加固设计时,必须充分认识到既有建筑结构加固设计的必要性,并综合考虑建筑的实际情况,选择合理的加固设计方法,对既有建筑进行加固设计,是建筑满足整体结构的承载能力、耐久性与抗震体系。
参考文献
[1]王存朴.浅析既有建筑结构加固设计[J].建材与装饰.2012.
[2]郭旭东.既有教学楼可靠性评估及加固方案[D].郑州大学.2012.
[3]李凯.既有建筑结构的加固设计技术研究[J].世界华商经济年鉴·城乡建设.2013.