1、工程概況

某大廈高層建筑原主體樓15層，地下1層面積3980m2，主體樓面積43200m2。原主體采用鋼筋混凝土框架-剪力墻結構體系，抗震設防烈度為7度，剪力墻抗震等級為二級，框架抗震等級為三級?；A采用高強預應力混凝土管樁Φ500，壁厚125mm，AB型，樁端持力層為砂土狀強風化花崗巖，樁長約25米，單樁豎向極限承載力標準值為5000kN。由于業主提出加層要求，由原15層加至21層，建筑屋面高度由50.6米加高到79.7米，增加面積約9800m2。該工程為在建時加層續建，前后兩次設計均采用同一現行規范，故本工程不存在設計使用年限和新老規范銜接等相關標準問題。

2、結構加層設計分析

在建項目由15層擴建到21層，關鍵是解決好在新增的豎向荷載和地震作用及風荷載作用下結構體系的整體性能、已建結構構件的承載能力及加固方法等問題。首先進行結構整體分析計算，初步判斷加層的可能性。為了充分發揮原已施工完成的各結構構件及抗側力體系，先按原結構布置方案直接增加6層進行分析計算。采用剛性樓板假定，按模擬施工加載方式，考慮±5％偶然偏心及雙向地震扭轉效應作用，對結構進行了彈性靜力分析，由計算結果可知：結構整體剛度偏柔，周期偏長，樓層層間最大位移與層高之比為1/720，超過規范1/800限值，樓層最小地震剪力系數值為1.51％，小于7度區的規范0.016限值，底部框架部分承受的地震傾覆力矩大于總力矩的50％，部分框架柱軸壓比達到1.15，嚴重超限，框架梁、剪力墻存在超筋現象。根據原結構直接加層存在的問題，經過多輪方案試設計，確定采用增設鋼筋混凝土剪力墻，加大剪力墻和框架柱截面尺寸，既提高結構剛度又提高承載力的結構加層加固的基本方法，上部續建結構也采用框架-剪力墻結構體系以保持與原結構的一致性和協調性。根據建筑使用功能的要求，以及結構加固效果的需要，設計時在建筑的角部增設剪力墻，在原中部核心筒樓電梯處增加剪力墻的長度。結合原框架柱軸壓比的嚴重不足，采用增大截面法加固，同時適當增加剛度。結構整體分析主要結果見表1，可以看出：在風荷載和地震荷載作用下，結構的最大層間位移角均滿足現行設計規范的要求；結構的第一自振周期為平動周期，且結構以扭轉為主的第一自振周期與平動為主的第一自振周期之比小于0.9；結構的剪重比、底部框架部分承擔的傾覆力矩以及墻柱軸壓比（柱最大軸壓比0.79）均滿足規范要求。

新設計方案由于建筑立面需要退臺，在十四層處有五根框架柱內退1500mm，造成豎向構件不連續，按常規抬柱轉換將形成高位轉換，對結構抗震不利。本設計采用從十二層至十三層增設斜柱（撐），斜柱上方與十四層內退框架柱連續，其傾斜僅為1:6，下部外排框架柱又向上延伸兩層至十四層樓面，并且在十二層和十四層斜柱轉折處樓層框架梁予以加強（梁截面為600×1000），其剖面見圖1。根據電算分析，十四層側移剛度與下一層之比為0.93，不存在剛度突變。由于斜柱作用，對十二層處與之相連的梁板產生642kN的水平拉力，在該影響范圍內樓板加厚到180mm，另加該方向受拉鋼筋上下各20Φ12@100，同樣與之相連的框架梁另加6Φ25通長受拉鋼筋。在此范圍內的各構件均相應提高配筋率和加強構造措施，提高其承載力和延性，關鍵構件斜柱及其下層柱和12、14層與之相連的框架梁按中震不屈服進行分析計算，確保結構安全可靠。

3、結構構件加固改造

3.1 地基基礎加固

在房屋加層續建工程中，必然要遇到地基基礎問題。為了減少基礎改造的工作量，要最大限度挖掘上部荷載潛力。首先是墻體材料，把原先使用的保溫燒結空心磚和砼空心砌塊均改用容重較低的加氣砼砌塊，辦公區內的磚砌墻改用輕質隔墻，同時首層地面回填土部分根據情況采用架空板，以及電算荷載按實際情況輸入等措施，多方面多渠道合理卸載。通過在基礎上埋設錨桿固定壓樁架，以建筑物自重荷載作為壓樁反力，用千斤頂將預制樁逐段壓入土中，并與原基礎連接，提高樁基總承載力。錨桿靜壓樁采用 ZHB30，采用焊接接頭，樁身砼為C30，錨桿靜壓樁樁長約8-10米，持力層為土層⑤砂質粘性土，樁端進入持力層不少于2米，單樁豎向承載力特征值為500kN，施工壓樁力為1000kN，共增補錨桿樁130根。為保證新補的錨桿樁能與原樁基形成有效整體，共同受力，需擴大原承臺截面，使得補樁反力作用在新澆搗的混凝土擴大部分上，新舊混凝土通過鑿毛和植筋方式形成一體。新承臺尚應重新進行受力驗算，根據計算需要利用建筑面層200-300mm厚度加高承臺，滿足受力要求。為了更好發揮補樁的作用，避免應力滯后，確保新、舊樁基共同受力，要求上部結構應待樁基補強結束后方可繼建。

3.2 上部構件加固

考慮盡可能減少加固施工對原結構構件的損害，遵循對原有構件不動或少動的加固原則，對構件進行強度和剛度的補強。

部分框架柱存在軸壓比超限嚴重，必須進行加固。在高層建筑結構的墻柱加固設計中，最簡單、最優先采用的方法是加大截面加固法。該方法簡單、可靠，符合強柱弱梁抗震原則，同時對框架梁采取粘鋼加固時的節點錨固處理很有幫助，故本工程墻柱加固均采用此方法。在柱截面加大設計中，會遇到新加柱的縱筋與鋼筋混凝土框架梁相碰的問題，縱筋排列應全部或大部分繞過框架梁，然后采用1:6的坡度內收至設計位置，為滿足規范規定的豎筋間距要求，在框架梁上下各增加附加鋼筋植入梁內。柱縱筋實配時可考慮原柱縱筋能夠承擔的部分彎矩。為保證加固效果，構件截面加大尺寸均不小于100mm，新澆注混凝土強度等級比原構件混凝土強度提高一級，新舊混凝土交接面均應鑿毛，并在澆搗前除塵洗凈后涂刷界面劑。

由于水平荷載作用增加，部分框架梁存在受彎及抗剪承載力不足。為確保施工質量，又不影響建筑使用高度，框架梁采用粘貼鋼板和U型鋼箍加固方法，具體措施見上圖3。梁面、梁底粘鋼采用Q345B材質鋼板，梁箍板采用Q235B材質鋼板。梁受彎承載力驗算時，按保守算法，不考慮受壓鋼筋作用，根據鋼筋差值進行換算，得出粘鋼的數量。粘鋼施工前先將原構件擬粘鋼處鑿至混凝土外露，然后將表面浮灰除去并打磨平整，除塵清洗干凈后方可粘貼鋼板，U型鋼箍安裝前還需將安裝位置的構件方角打磨成圓角。梁面粘鋼彎起處的柱端箍板施工要認真細致，避免形成虛設，起不到約束作用，影響加固效果。

4、結束語

對于建筑工程項目加層加固設計，應盡量減少對建筑功能和已建結構的影響，經多方案比選，在滿足現行規范和建筑使用目標前提下，確定可實施加固的結構改造方案。首先，在加層改建中，對上部荷載的挖潛是非常必要的，減少豎向荷載，不但可以減少加固工作量，還可以減輕地震作用；其次，選用簡單方便的構件加固方法，更容易達到預期加固效果。本工程取得了明顯經濟效益和良好的社會影響，同時本工程的結構加層設計經驗可供類似高層加層設計以參考和借鑒。

網站標題：論建筑工程結構設計中加層加固設計
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