1、某厂房抗震鉴定及加固设计 王红囡 刘华波 上海师范大学建筑工程学院 上海市建筑科学研究院 上海市工程结构安全重点实验室 摘 要： 某厂房建造于 1994 年, 将改建为实验室和办公室, 改建后须满足现行规范的要求。通过计算分析, 结构存在底部最大层间位移角超限、部分框架梁柱构件承载力不足以及构造措施偏弱等问题。故着重讨论了层间位移角超限的原因及解决办法, 同时从抗震概念设计出发, 提出了设计思路和加固处理方法, 得出了一些有意义的结论, 可供同类工程参考。关键词： 框架结构; 层间位移角; 抗震鉴定; 加固; 作者简介：王红囡 (1972) , 女, 山东济南人, 副教授, 主要研究方向为结构
2、检测及加固。收稿日期：2017-07-02Comprehensive Evaluation and Seismic Retrofit for A Factory BuildingWang Hong-nan Liu Hua-bo Abstract： A plant built in 1994, will be converted into a laboratory and office, after the transformation must meet the requirements of the existing norms. Through the calculation and an
3、alysis, there is a problem that the maximum displacement angle of the bottom of the structure is overrun, the bearing capacity of some frame beam and column members is weak and the construction measures are weak. Therefore, from the design of seismic concept, the design ideas and reinforcement metho
4、ds are put forward, and some meaningful conclusions are drawn, which can be used for reference of similar projects.Keyword： frame structure; elastic inter-story drift; seismic evaluation; seismic retrofit; Received： 2017-07-02随着产业结构调整的深入, 经济发展步伐逐步加快, 大量旧建筑不仅结构保持完好, 尚存较长技术寿命, 还一直处于使用状态。对既有建筑的改造利用, 顺应
5、城市功能的改变和产业结构的调整, 有利于提高建筑物的利用率, 满足建筑物的安全性和耐久性, 延长建筑物的安全使用寿命, 符合可持续发展的要求。1 工程概况厂房建造于 1994 年, 分北侧和南侧两个结构单体, 厂房平面呈 L 形, 南北方向总长度为 104.25 m, 东西方向总宽度为 62.45 m (图 1) 。柱网尺寸多为 6 m9 m, 底层层高为 5.1 m, 24 层层高为 4.5 m, 自底层室内地坪至主要屋面总高度为 18.6 m。图 1 厂房平面示意 下载原图房屋主体结构为钢筋混凝土框架结构, 混凝土设计强度等级为 C30, 框架柱截面尺寸为 500 mm500 mm 和 5
6、00 mm600 mm, 楼屋面横向框架梁截面尺寸多为 300 mm800 mm, 楼屋面板多采用 100 mm 厚现浇板, 框架柱下设钢筋混凝土筏板基础, 双向设地基梁, 筏板厚度为 300 mm, 双层双向配筋。2 改造方案根据委托方要求, 改造后房屋主要用途为实验室和办公室, 改扩建结构采用钢筋混凝土框架结构, 混凝土强度等级与现有结构相同。厂房主要改动如下。(2) 外立面重新翻修, 基本将现有围护砖墙拆除后改为铝塑板幕墙。(3) 屋面重新翻修, 周边幕墙统一升高至现有突出屋面高度。3 抗震性能3.1 抗震措施鉴定根据现行上海市工程建设规范 DGJ 0892013建筑抗震设计规程, 按抗
7、震设防烈度为 7 度、抗震设防类别为标准设防类对房屋进行抗震措施鉴定, 框架抗震等级为三级。房屋实际采取的抗震措施总体上基本满足现行抗震设计规范要求, 个别方面存在一定差距, 如纵向框架梁箍筋规格不足、底层柱柱根处箍筋加密范围不足、楼梯间填充墙拉结不足等。3.2 抗震计算分析根据现场检测结果、原设计图纸结合改造方案对房屋进行抗震验算。结构自振周期验算结果见表 1, 由此可知, 房屋振型分布相对合理。表 1 房屋自振周期计算结果 下载原表 房屋在双向地震力作用下层间位移角验算结果见表 2, 可见, 房屋底部两层的层间位移角较大, 不满足上海市工程建设规范 DGJ 0892013建筑抗震设计规程规
8、定的 1/550 限值要求。在规定水平力作用下考虑偶然偏心, 两个方向楼层最大弹性水平位移 (或层间位移) 与楼层两端弹性水平位移 (或层间位移) 平均值的比值大多在 1.051.41 间, 满足规范 1.5 限值规定。表 2 房屋层间位移角及扭转位移比计算结果 下载原表 房屋底层柱轴压比在 0.390.83 之间, 均小于三级抗震等级框架柱轴压比 0.85限值要求。根据上海市工程建设规范 DGJ08112010地基基础设计规范, 在荷载作用基本组合下 (荷载分项系数取 1.0) , 验算房屋柱下筏板基础基底压力约为115 k Pa, 均小于原图纸设计说明中的复合地基承载力 160 k Pa,
9、 验算地基承载力满足要求。4 分析评估与建议4.1 存在的问题抗震措施鉴定结果表明, 房屋实际采取的抗震措施总体上基本满足现行抗震设计规范要求, 个别方面有一定差距。结构验算结果表明, 房屋结构振型分布相对合理, 规定水平力作用下的扭转位移比及框架柱轴压比满足要求, 柱下筏板基础基底压力满足要求。不足方面包括:在双向地震力作用下底部两层最大层间位移角不满足规范限值要求, 部分框架梁柱构件承载力有所不足。4.2 产生的原因根据计算结果, 层间位移角超限是该结构主要问题所在, 但超出不是太多。由于其设计于 1994 年, 按 GB J111989建筑抗震设计规范进行设计施工, 弹性层间位移角按照
10、1/450 控制, 而现行建筑抗震设计规范弹性层间位移角限值 1/550, 故需对此工程进行加固处理。4.3 处理方法层间位移角限值是结构设计的一项重要指标, 如果超限说明该层整体抗侧刚度不足, 加大部分柱截面是最直接有效的方法, 但该方法仅在一定范围内有效。具体做法是, 根据模型计算结果, 找到位移较大的构件, 有针对性地加固, 同时加大部分梁截面, 也可以加强整体性, 间接地加强楼层抗侧刚度。这种处理方法需注意两点:尽量保证体系的均匀性;避免出现强梁弱柱。另外, 层间位移角超限不仅是构件层面的问题, 也可能是结构刚度不均匀造成的扭转引起的, 此时, 需尽可能地把刚心和质心的位置调整到比较接
11、近, 减小扭转效应, 其层间位移角也会相应减小。对于该厂房, 除层间位移角超限外, 部分框架梁柱构件承载力也不足。根据改造方案, 北侧结构单体 2 层楼板需局部凿除后形成共享空间;从平面来看, 南侧结构的电梯间布置在一侧, 所以结构单体都存在一些刚度不均匀的问题。综合考虑, 对部分梁柱截面进行加固, 增设钢支撑提高抗震性能。采用新增交叉钢支撑加固, 原结构中梁柱加固量将大幅减少, 对使用功能的影响也很小, 并且造价相对较低。4.4 加固建议在满足改造后使用功能, 并尽可能不影响美观, 保证质量, 方便施工, 工程造价低的前提下, 提出如下加固建议。(1) 增设钢支撑, 并对改造后结构承载力不足
12、的构件采取加大截面加固, 解决层间位移角和构件承载力不足问题。(2) 原结构框架柱底层柱根处粘贴碳纤维布, 增强构件延性, 解决构件端部箍筋加密不足问题。(3) 对保留的楼梯间填充墙采用钢丝网砂浆面层加固。(4) 拆除原有结构时应注意对拟保留结构构件的保护, 做好临时支撑。(5) 改造施工期间及施工后对房屋保持一段时间的沉降观测, 防止房屋发生不均匀沉降。5 结论(1) 对于该工程, 增加钢支撑是提高建筑物抗侧刚度的有效方法。考虑加固方案时, 如果仅局限于构件层次, 加固涉及构件种类和数量较大, 成本高, 工期长。应注重抗震概念设计, 提高房屋的整体性能及抗震能力。(2) 层间位移角的大小与结
13、构的抗扭转效应密切相关。一般来说, 可以通过增加刚度使结构的层间位移角减小。对于扭转效应明显的结构, 也可以通过提高结构的抗扭刚度使结构的层间位移角减小。(3) 新增构件或原有构件的加固, 应尽可能使加固后结构的重量和刚度分布均匀, 降低扭转效应的影响, 保证抗震性能满足现行规范要求。(4) 加固后, 注意整体结构性能, 避免部分构件加固后造成薄弱部位的转移。既有建筑的改造加固是一项比较复杂的系统工程, 影响因素多, 设计时需综合考虑, 确定合理的加固方案, 才能取得良好的综合效益。参考文献1GB 503672006, 混凝土结构加固设计规范S. 2GB 500102010, 混凝土结构设计规
14、范S. 3GB 500112010, 建筑抗震设计规范S. 4GB 500232009, 建筑抗震鉴定标准S. 5JGJ 1162009, 建筑抗震加固技术规范S. 6DGJ 0892013, 建筑抗震设计规程S. 7王红囡, 梁本亮.框架结构增层抗震加固的措施和方法J.建筑技术, 2011, 42 (6) :514516. 8董挺峰, 李振宝, 周锡元, 等.装配式混凝土框架结构及其抗震性能研究J.建筑技术, 2006, 37 (11) :844847. 9杜青, 王骏楠, 卿龙邦.内置钢管装配式混凝土桥墩抗震性能的研究J.建筑技术, 2017, 48 (8) :830832. 10秦堃, 谭策译.粘滞阻尼器在校舍框架结构抗震加固中的应用J.建筑技术, 2017, 48 (8) :847850.
