２０１４年第Ｏ５期 总第１９１期 福 建 建 筑 Ｎ００５・２０１４ Ｖｏｌ・１９１ Ｆｕｉｉａｎ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ＆Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ 某框架结构改造前加固方案设计 郑泉洪 （福建省建筑科学研究院摘福建福州３５００２５） 要：本文通过工程实例，介绍某框架结构根据自身的结构特点，采用改变结构体系、增大截面、增设次梁、粘贴钢板及粘贴碳纤维布 等加固方法进行综合加固；／ｒ保证建筑结构安全的前提下，使结构符合现行设计规范，同时有效的降低加固成本，为今后类似工程的加 固提供参考。 关键词：框架结构；改变结构体系；综合加固；降低加固成本 中圈分类号：ＴＵ３１８ ２ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００４—６１３５（２０１４）０５—００４６—０３ ＴｌＩｅ ｆｒａｍｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ’Ｓ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ｄｅｓｉｇｎ ｂｅｆｏｒｅ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ＺＨＥＮＧ Ｑｕａｎｈｏｎｇ （Ｆｕｊｉａｎ Ａｃａｄｅｍｙ Ｏｆ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｆｕｚｈｏｕ ３５００２５） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｅｘａｍｐｌｅｓ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｆｒａｍｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｉｔｓ ｏｗｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｉｔ ｕｓｅｓ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ，ｓｕｃｈ ａｓ ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅ ｏｆ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｓｙｓｔｅｍ，ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｓｅｃｔｉｏｎ，ａｄｄｉｎｇ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｂｅａｍ，ｓｔｅｅｌ ｐｌａｔｅ ａｎｄ ｃａｒｂｏｎ ｉｂｅｒ ｆｃｌｏｔｈ．Ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｐｒｅｍｉｓｅ ｏｆ ｅｎｓｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｏｆ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｍａｋｅ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｎ ｌｉｎｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｅｓｉｇｎ ｃｏｄｅｓ，ａｎｄ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｃｏｓｔ ｏｆ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ．Ｉｔ ｃａｎ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｓｏｍｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ ｏｆ ａｐｐｒａｉｓａｌ ｆｏｒ ｓｉｍｉｌａｒ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｆｒａｍｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；Ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅ ｏｆ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｓｙｓｔｅｍ；Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｒｅｉｆｏｒｎｃｅｍｅｎｔ；Ｒｅｄｕｃｅ ｈｅ ｃｏｓｔｔ ｏｆ ｅｉｒｆｏｒｎｃｅｍｅｎｔ Ｅ－ｍｌｉＩ：５７８９２２６８１＠ｑｑ．ｃｏｍ 引 言 框架结构房屋在现实生活中已广泛使用，对于早期建造的 一轴及（Ｂ）轴一层框架柱截面尺寸均为５００ｒａｍ×５００ｍｍ，二至五 层框架柱截面尺寸均为４５０ｍｍ×４５０ｍｍ；（Ｃ）轴一至五层框架 柱截面尺寸均为３００ｍｍ×３００ｒａｍ；二至屋面层横向框架梁截面 些房屋，常常需要改变其使用功能，重新改造利用。特别是 在使用荷载明显增加的情况下，原房屋结构的承载力不满足改 造后的安全性要求，需对房屋进行加固。本文以某五层框架结 尺寸均为２５０ｒａｍ×６００ｍｍ；二至五层（Ａ）轴及（Ｂ）轴框架梁截 面尺寸为２５０ｒａｍ×６００ｍｍ，（Ｃ）轴框架梁截面尺寸为２００ｒａｍ× 构为例，根据原设计图纸、现状现场检测报告及改造方案等资 料确定房屋的加固方案，使结构符合现行设计规范，同时有效 的降低加固成本，旨在为类似工程的加固设计提供一些参考。 ６００ｒａｍ；屋面层（Ａ）轴及（Ｂ）轴框架梁截面尺寸为２５０ｒａｍ× ４００ｒａｍ，（Ｃ）轴框架梁截面尺寸为２００ｍｍ×４００ｍｍ；一层（７— ８）轴间布置有钢筋混凝土墙。房屋结构平面示意图详见（图１ 至图４）。 ｌ房屋概况 某银行营业综合楼原设计为五层框架结构，采用钢筋混凝 土楼、屋面板，采用主梁为桁架式筏板基础，约建于二十世纪八 十年代，至今已使用约３０年。该楼原设讦作为办公楼使用，现 拟改造成档案库使用，使用荷载由原设计２．ＯｋＮ／ｍ２增加为 ５．０ｋＮ／ｍ 。该楼地处抗震设防烈度为７度（０．１５ｇ），地震分组 按现行规范为第三组；场地类别取为Ⅱ类；框架抗震等级为三 级；基本风压取为０．７ｋＮ／ｍ２；地面粗糙度类别取为Ｂ类。 ２房屋结构布置 该楼一层层高为４．２ｍ，二至四层层高均为３．０ｍ，五层层 高为３．６ｍ，房屋总高度为１６．８ｍ。原设计（１—９）一（Ａ—Ｂ） 轴间作为办公、会议室使用，（４—９）一（Ｂ—ｃ）轴间为过道。 该楼主要柱网尺寸为３．６ｍ×７．２ｍ及３．６ｍ×２．２５ｍ：（Ａ） 图１ 一层柱网结构平面示意图 ３房屋结构分析 ３．１原结构设计信息 该楼原设计柱、梁、板混凝土强度等级均为Ｃ２０，柱、梁主 筋均采用ＨＲＢ３３５级钢筋，箍筋均采用ＨＰＢ２３５级钢筋。全楼 ＿ 作收稿者简日期介：郑２０泉１４洪—０（３１９一８６ｌ１． ６一 ），男，助理工程师。 柱、梁箍筋均采用嘶＠１００／２００。 ３．２结构现状调查结果 由某检测公司出具该楼的检测报告表明，该楼现状一层柱 及二层柱混凝土强度等级可达到Ｃ３０，三层柱混凝土强度等级 ２０１４年０５期总第１９１期 郑泉洪・某框架结构改造前加固方案设计 ・４７・ 图２二至五层柱网结构平面示意图 Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ． 土一Ｉ Ｉ Ｉ 目 １ ０ ０ Ｉｕｌ ＿—— ｌ董 ＩＩ——１厂—］厂—１厂—１ ］厂］ｌ ｉ ｊ厂Ｅ＿＿＿Ｓ ＿—— 图３二层粱结构平面示意图 Ｉ ｌ Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ ｌ ●叫嗡矗 ｌ ｉ 量羁 ｌ 菱 董 主 董 量 主 重 量 莹 嗍 ＿—— 图４三至屉面层梁结构平面示意图 可达到Ｃ２５，四至五层柱混凝土强度可达到１２２０，二至四层梁 混凝土强度等级可达到Ｃ２５，五至屋面层梁混凝土强度等级可 达到Ｃ２０。柱网尺寸及各层层高均符合原设计图纸要求；柱梁 结构布置、截面尺寸、钢筋数量、钢筋直径及箍筋间距基本符合 原设计图纸要求。 ３．３结构承载力验算 采用中国建筑科学研究院编制的ＰＫＰＭ系列软件，结合该 楼现状及委托方提供的改造方案对该楼改造后的上部结构进 行承载力验算。计算时，楼面恒荷载根据板厚及改造方案中的 二次装修的实际做法取值，楼面活荷载档案室取为５．０ｋＮ／ｍ ， 其余楼面活荷载取为２．０ｋＮ／ｍ ，不上人屋面活荷载取为 ０．５ｋＮ／ｍ ；由于检测报告中柱、梁混凝土构件抗压强度未全数 检查，故混凝土抗压强度仍按原设计Ｃ２０进行取值；其余计算 参数均按规范要求进行取值。 根据结构电算结果结合该楼现状的检测报告及设计图纸 进行核对，结果表明：全数一层及二层柱构件、三至五层（Ａ）轴 及（Ｂ）轴柱构件实际配筋不满足电算结果；部分二至五层横向 框架梁及三至五层（Ａ）轴及（Ｂ）轴框架梁构件实际配筋不满 足电算结果；二至五层（Ａ—Ｂ）轴间板构件实际配筋均不满足 电算结果。 ４加固处理 该楼由于使用荷载由原设计２．０ｋＮ／ｍ２增加为５．０ｋＮ／Ｔｎ２，使 用荷载大幅度增加，致使全楼柱、梁、板构件的承载力大范围的 不足，需全面进行加固。该楼加固处理难度较大，在进行加固 设计前，首先应该考虑的是尽量降低上部结构的荷载，可以从 以下两方面出发：①建议委托方降低使用荷载；②建议委托 方采用更为轻质的墙体材料及楼面装饰材料。在加固设计 时，要先确定楼板的加固方案，再确定框架柱、梁的加固方 案，同时应尽量避免增加各自的负重，增加加固工程量及加 固难度。 ４．１楼板加固处理 该楼二层仅（７—８）一（Ａ～Ｂ）轴间楼板较大，其余楼板均 较小，故在（７—８）一（２／Ａ—Ｂ）轴间楼板增设一道次梁，对二 层楼板采用板面增大截面进行加固，同时对板底不满足构造配 筋要求的楼板采用板底粘贴碳纤维布进行构造补强。 三至五层（Ａ）轴与（Ｂ）轴间楼板较大，若直接采用增大截 面加固，板厚需增厚较多，荷载相应也增加较多，反而会加重框 架柱梁的负担，因此，对每块大板采用增设３道次梁将其分解 为４块小楼板进行加固，同时对增设次梁处的板面支座采用粘 贴钢板进行加固补强，对板底采用粘贴碳纤维布进行加固补 强。加固后梁、板结构平面示意图详见（图５，Ⅱ 图６）。 丌 ＝１ ０ ８ 』 Ｊ ｆ 目目目目目日 目日 图５加固后二层梁、板结构平面示意图 ｌ ０ ｌｊ ０ 《 Ｉ Ｈ Ｉ Ｈ Ｈ Ｈ 图６加固后三至五层梁、板结构平面示意图 ４．２框架加固处理 ４．２．Ｉ加固处理分析 在对框架柱、梁进行加固设计时，若对所有不满足电算结 果的柱、梁构件直接采用增大截面或外包钢进行加固，加固工 程量大且费用较高。 我们注意到该楼（ｃ）轴一至五层框架柱截面尺寸均为 ３００ｍｍ×３００ｍｍ，不符合现行《建筑抗震设计规范》（ＧＢ ５００１１ —２０１０）第６．３．５条三级抗震且超过２层时框架柱截面宽度和 高度不宜小于４００ｒａｍ的规定；全楼柱、梁箍筋直径均采用 ６ｍｍ，不符合现行《建筑抗震设计规范》（ＧＢ ５００１１—２０１０）第 ＝ｉ ２０１４年ｏ５期总第１９１期 郑泉洪・某框架结构改造前加固方案设计 ・４８・ ６．３．３．３及６．３．７．２条三级抗震箍筋最小直径为８ｒａｍ的规定。 为使房屋的结构符合现行设计规范，利用该楼一层已有的 钢筋混凝土墙，改变结构体系，将该楼框架结构转变为框架抗 震墙结构。该楼位于７度抗震设防区，房屋总高度为１６．８ｍ， 均满足承载力要求，仅对少数几根梁面支座配筋不足的梁构件 采取粘贴钢板进行加固补强；对箍筋配置不满足要求的柱构件 采取粘贴环形碳纤维布箍进行加固补强；对箍筋配置不满足要 求的梁构件采取粘贴Ｕ形碳纤维布箍进行加固补强。 根据现行《建筑抗震设计规范》（ＧＢ ５００１１—２０１０）第６．１．２条 ７度抗震设防高度不大于２４ｍ的框架抗震墙结构的框架抗震 等级为四级。从而使（ｃ）轴框架柱截面尺寸符合现行《建筑抗 震设计规范》（ＧＢ ５００１１—２０１０）第６．３．５条四级抗震框架柱 截面宽度和高度不宜小于３００ｒａｍ的规定；使框架柱、梁的箍筋 直径满足现行《建筑抗震设计规范》（ＧＢ ５００１１—２０１０）第 ６．３．３．３及６．３．７．２条四级抗震箍筋最小直径为６ｒａｍ的规定。 ４．２．２增设抗震墙加固处理 ５地基基础分析 一 ● 由于上部结构的使用荷载大幅度增加，故需对基础及地基 的承载力进行验算。该楼采用主梁为桁架式筏板基础，基础刚 度较大，通过验算，基础的承载力满足要求。根据加固改造后 的上部结构传给基础的内力，对原设计地基承载力进行验算结 果表明，地基承载力满足改造后上部结构的使用要求。 ． 一 一 ６后续使用年限 该楼约建于二十世纪八十年代，至今已使用约３Ｏ年，其加 固后的后续使用年限根据《混凝土结构加固设计规范》 ＧＢ５０３６７—２００６第３．１．７条规定取为３０年；另外，应定期检查 由于改造使用功能的，房屋仅能在（１）轴、（５）轴及 （９）轴间增设横向抗震墙，且仅能在（２、３、４）一（Ｂ）轴及（６、７） 一（Ｂ）轴柱处增设纵向抗震墙。通过反复验算分析，最终在该 加固构件的工作状态，对使用胶粘方法加固的构件，其第一次 检查时间最迟不应迟于ｌ０年。 楼一至五层的（１）轴、（５）轴及（９）轴间增设横向抗震墙，在一 至五层（Ｂ）一（３—４）轴间增设纵向抗震墙，在规定的水平力作用 下，使房屋底层框架部分所承担的地震倾覆力矩小于结构总地震 倾覆力矩的５０％。加固后柱、墙结构平面示意图详见（图７，图８）。 ７结语 本文通过工程实例，介绍某框架结构加固处理方案的设计 过程，旨在为类似工程的加固设计提供一些参考。 （１）该楼的加固处理有以下几个优点：①采用增设次粱将 面积较大的楼板分层若干小楼板进行加固，比采用增大截面加 固所增加的恒荷载小，对原框架结构更有利；②采用增设抗震 墙将框架结构加固成框架抗震墙结构，有效的降低了框架的抗 震等级，使结构及柱、梁的钢筋配置符合现行设计规范的要求， 同时也大大减少了对框架柱、梁的加固工程量，加固效果也更 有保证。 （２）在对使用荷载明显增加的建筑进行加固设计时，应注 图７加固后一层柱、墙结构平面示意图 意以下几点：①尽可能的降低上部结构的荷载，以减轻承重结 构的负荷；②尽量减轻对原有结构的破坏，避免对原有结构截 面产生过大的削弱；③采用改变结构体系将框架结构加固成框架 抗震墙结构，必须使房屋底层框架部分所承担的地震倾覆力矩小 ：ｊ：￣－ｇｇ总地震倾覆力矩的５０％时，才能将框架部分的抗震等级按 订ｆ。一ｌ一。Ｉ且 Ｉ．．．Ｉ．．．Ｉ扎 图８加固后二至五层柱、墙结构平面示意图 框架抗震墙的规定确定；④必须对现有的地基及基础的承载力进 行验算；⑤对加固改造的建筑应明确其后续使用年限。 参考文献 ［１］ＧＢＳ００１０—２０１０，混凝土结构设计规范［Ｓ］． ［２］ＧＢ５００１１—２０１０，建筑抗震设计规范［Ｓ］． ［３］ＧＢ５０００９—２０１２，建筑结构荷载规范【Ｓ］． ［４］ＧＢ５０３６７—２００６，混凝土结构加固设计规范［Ｓ］． ［５］ＪＧＪ １１６—２００９，建筑抗震加固技术规程［Ｓ］． ［６］ＧＢ５０００７—２０１１，建筑地基基础设计规范［Ｓ］． ４．２．３框架柱、梁加固处理 （上接第４５页） ３）在造价合理，满足经济性要求时，对于楼板正截面承载 力超限小于４０％的构件，可以考虑单一采用粘贴碳纤维布的 加固方法。 参考文献 ５结论 １）采用ｐｋｐｍ计算板上新增填充墙产生的线荷载时，可参 考张建荣提出的双向板在线荷载作用下的内力与挠度计算表 格进行计算 。 ２）在不影响房屋空间使用功能的前提下，应优先考虑新 增梁与粘贴纤维复合材相结合的加固法，出于施工方便的考 虑，择优采用墙中梁与碳纤维布结合的使用方案。此方案还可 以解决正截面承载力需要提高超过４０％板的加固。 ［１］ＧＢ５０３６７—２００６混凝土结构加固设计规范［Ｓ］． ［２］张建荣．双向板在线荷载作用下的内力与挠度计算表格［Ｊ］．结构 工程师，１９９３，０１：２７—３４． ［３］ＣＥＣＳ １４６：２００３碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程［Ｓ］． ［４］远方，高志涛，时春波．密肋楼板结构体系与普通梁板结构体系的 技术经济对比［Ｊ］．四川建筑科学研究，２００７，Ｏ１：３２—３３．
