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摘要：本文結(jié)合工程實例，對原有單、多層廠房改建為多層商業(yè)辦公樓的改造設(shè)計進行較為系統(tǒng)的總結(jié)，詳細闡述了基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)各設(shè)計階段的主要受力特性、設(shè)計與計算，以及設(shè)計和施工中的主要技術(shù)問題。 

　　關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)改造； 粘貼型鋼加固法； 粘貼碳纖維加固法 

　　1引言 

　　近年來，我國的建筑發(fā)展迅速，建筑占地與土地資源不足的矛盾也日漸明顯，舊建筑的改造利用就成為當(dāng)前一種較好的解決方式。在舊建筑的改造建設(shè)中，由于受場地、原有建筑功能、層數(shù)的增加、原有結(jié)構(gòu)及新舊規(guī)范等諸多因素的影響，在改造工程的設(shè)計中，出現(xiàn)了豎向作用和水平作用增大，導(dǎo)致原有結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力不足和結(jié)構(gòu)整體剛度的不均勻。同時，由于新舊構(gòu)件的材料和強度的不同，新舊構(gòu)件的連接因此也成為工程改造中的一大關(guān)鍵技術(shù)。 

　　2工程概況 

　　本工程位于上海市盧灣區(qū)，為一機械制造廠，建于80年代中期，原建筑共有四個單體（以下簡稱1＃、2＃、3＃、4＃）。現(xiàn)因甲方需要，將四個單體通過走廊連接為一個商業(yè)使用的整體。2＃與3＃樓不改變原有建筑的使用功能，主要是1＃與4＃樓的建筑功能改變較大，其結(jié)構(gòu)也就相應(yīng)做了較大改造。 

　　1＃樓原為多層框架結(jié)構(gòu)廠房（見圖1），其中⑴～⑺軸為四層，層高自下而上分別為8m、5.6m、5.1m、4.5m；⑺～⑽軸為三層，層高分別為13.6m、5.1m、4.5m（其中一層在8.9m處設(shè)有一臺10T吊車），原有樓面結(jié)構(gòu)設(shè)計活荷載均為12KN/m2。現(xiàn)根據(jù)建筑功能需要，在⑴～⑺軸4.0m標(biāo)高處增設(shè)一個樓層，在⑺～⑽軸2.95m、8.0m處各增設(shè)一個樓層。 

　　4＃樓原為單層排架結(jié)構(gòu)廠房（見圖2），建筑高度為20.4m，凈高為18.4m，廠內(nèi)設(shè)有一臺10T吊車，柱間設(shè)有兩道支撐。現(xiàn)根據(jù)建筑功能需要，將原有建筑改造成五層辦公樓，層高分別為2.8m、4.3m、4.2m、4.2m、2.8m。根據(jù)原有結(jié)構(gòu)情況，現(xiàn)設(shè)計考慮與原有結(jié)構(gòu)脫開，在原有建筑內(nèi)新建一個四層框架結(jié)構(gòu)。 

　　3基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)改造設(shè)計 

　　1＃樓原設(shè)計采用450×450樁基礎(chǔ)，設(shè)計承載力較大，經(jīng)過整體計算之后，新增加夾層后的結(jié)構(gòu)能滿足現(xiàn)有規(guī)范要求，基礎(chǔ)承載力和沉降變形也能滿足現(xiàn)有規(guī)范要求。另外，考慮到原有在1＃樓的(1~10)軸外設(shè)置了一個室外平臺（平臺下為車庫），根據(jù)建筑的要求，需要將平臺與1＃樓進行連接（見圖1）。在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，如果將室外平臺層的梁直接與(1~10)軸處的柱子連接將會對1＃樓整體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，同時對室外平臺也不利。鑒于此，結(jié)構(gòu)設(shè)計是在(1~10)軸處另外增加了一排室外平臺框架柱（立在原有樁基礎(chǔ)承臺上）。經(jīng)計算，原有樁基礎(chǔ)有較大富余，對原有基礎(chǔ)影響很小，同時又解決了上述矛盾。

　　4＃樓原有基礎(chǔ)采用天然條形基礎(chǔ)，由于在原有建筑內(nèi)新建一個四層框架結(jié)構(gòu)，如采用天然基礎(chǔ)，則基礎(chǔ)沉降不能滿足現(xiàn)有規(guī)范要求，且對原有基礎(chǔ)會產(chǎn)生很大的影響。根據(jù)施工現(xiàn)場和經(jīng)濟技術(shù)等條件，現(xiàn)設(shè)計采用樁筏復(fù)合基礎(chǔ)。樁采用靜壓錨桿樁，施工時采用逆做法施工，即待基礎(chǔ)筏板和上部兩層施工完畢后再進行錨桿樁的施工。這樣既能縮短施工工期，又能滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，為整個工程項目創(chuàng)造了很大的經(jīng)濟效益。4＃樓的筏板采用500mm厚，錨桿樁采用250×250，樁長為20m。平面布置（見圖3）。內(nèi)部四層框架結(jié)構(gòu)承載力較大，在邊緣處又受原有建筑結(jié)構(gòu)空間的影響，因此，筏板在邊緣處的柱抗沖切難以滿足要求，在設(shè)計中增設(shè)了筏板的抗沖切鋼筋。 

　　4上部結(jié)構(gòu)改造設(shè)計 

　　4.11＃樓結(jié)構(gòu)加固處理 

　　1＃樓原為一機械加工廠，原設(shè)計為框架結(jié)構(gòu)，樓面活荷載均較大（12KN/m2）。經(jīng)有關(guān)檢測單位鑒定，原有結(jié)構(gòu)的柱砼強度等級為C18，原有結(jié)構(gòu)在設(shè)計中按照6度設(shè)防要求考慮。改造后須作為辦公建筑，現(xiàn)根據(jù)建筑功能布置需要，增設(shè)一夾層，同時在12m的跨中不得設(shè)置砼柱。依據(jù)現(xiàn)有建筑功能布置，現(xiàn)設(shè)計采用了PKPM2006年3月版本的軟件進行了整體計算，經(jīng)計算分析，原有結(jié)構(gòu)的位移、配筋量、剛度等參數(shù)均能滿足現(xiàn)有改造結(jié)構(gòu)的要求，但是原有結(jié)構(gòu)的構(gòu)造是按照當(dāng)時的規(guī)范要求進行設(shè)計的，未能滿足現(xiàn)有規(guī)范的要求。主要有以下兩個方面：一是原有柱無箍筋加密區(qū)；二是在增設(shè)夾層處上下無箍筋加密區(qū)。現(xiàn)設(shè)計綜合經(jīng)濟和技術(shù)多方面的考慮，柱采用了外粘型鋼加固法（見圖4）。這樣既能滿足結(jié)構(gòu)構(gòu)造要求，同時又能滿足節(jié)約經(jīng)濟的要求。 

　　在1＃樓新增加的夾層處，由于跨度較大（為12m），見圖1，若采用混凝土結(jié)構(gòu)，則梁斷面很大（至少需要1m高的梁），對建筑的凈高會有很大的影響，對原有砼柱的影響也很大，而且與原有砼柱難以連接（植筋數(shù)量很大），原有結(jié)構(gòu)的整體性將受到很大影響。現(xiàn)設(shè)計采用了鋼梁與壓型鋼板-現(xiàn)澆混凝土樓板組合結(jié)構(gòu)，鋼梁與原有柱采用鉸接連接。根據(jù)現(xiàn)有規(guī)范規(guī)定，與原有混凝土柱采用后錨固連接時，其混凝土強度等級必須高于C20（原砼經(jīng)鑒定為C18）。鑒于此實際情況，鋼梁與原有柱連接采用了增設(shè)砼牛腿，同時在牛腿及其上下各800mm處采用粘鋼加固，以增強其抗震變形能力（見圖5）。 

　　牛腿設(shè)計在本工程的設(shè)計中也是一個不容忽視的。在設(shè)計中，考慮到牛腿處水平方向受力相當(dāng)于一個懸臂構(gòu)件的受力，在牛腿處的水平植筋就必須保證能達到23d(一般情況下為15d)。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，植筋要滿足達到23d是有一定困難。綜合各方面的因素，在設(shè)計此牛腿時，我們采用了以下處理方案：一方面，對于規(guī)范[2]中牛腿的裂縫控制要求，采用了如下公式進行計算， 

　　能滿足規(guī)范對牛腿的裂縫控制要求，同時，由豎向力 所引起的局部壓應(yīng)力也小于； 

　　另一方面，對于牛腿的配筋強度要求，考慮到植筋不一定能充分達到預(yù)期設(shè)計要求，從安全的角度出發(fā)，在設(shè)計中，牛腿的縱向受力完全由粘貼的鋼板來承受，其計算公式仍能采用根據(jù)力矩平衡條件[3]推導(dǎo)的公式進行計算，即

　　 ，經(jīng)計算，能滿足結(jié)構(gòu)計算要求。 

　　4.2 4＃樓結(jié)構(gòu)加固處理 

　　4＃樓由于建筑立面的要求，原有結(jié)構(gòu)為排架結(jié)構(gòu)，原有設(shè)計的柱間支撐對建筑立面的門窗產(chǎn)生了影響。若直接拆除柱間支撐，則原有結(jié)構(gòu)就成為不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體系。現(xiàn)設(shè)計考慮到原有結(jié)構(gòu)荷載減少較多（吊車取消），縱向荷載主要就是風(fēng)荷載和本身自重產(chǎn)生的地震作用，現(xiàn)設(shè)計將在維護結(jié)構(gòu)中采用了框架結(jié)構(gòu)體系，使原有外圍結(jié)構(gòu)形成一個框排架體系，這樣既能使原有結(jié)構(gòu)形成一個穩(wěn)定體系，又能增強外圍結(jié)構(gòu)的抗震變形能力（見圖2）。在內(nèi)部新增的框架結(jié)構(gòu)是作為一個新建建筑物來考慮，新建的部分與原有結(jié)構(gòu)之間設(shè)置了變形縫。經(jīng)采用PKPM2006年3月版本的軟件進行了整體計算，現(xiàn)設(shè)計的框排架結(jié)構(gòu)均能滿足現(xiàn)有建筑結(jié)構(gòu)規(guī)范要求。考慮到原有結(jié)構(gòu)設(shè)計只是按照6度設(shè)防要求計算，現(xiàn)設(shè)計采用了粘貼碳纖維加固法對原有柱進行了加固。 

　　5結(jié)束語 

　　5.1建筑物的加固設(shè)計應(yīng)與建筑物的抗震鑒定、抗震加固、強度加固相結(jié)合，施工時應(yīng)先加固后加層。 

　　5.2建筑物的結(jié)構(gòu)加固應(yīng)結(jié)合建筑物的使用功能要求，綜合分析各種加固方法的經(jīng)濟性，而后采取相應(yīng)的加固方法。 

　　5.3在對原有建筑物進行加固時，應(yīng)充分考慮不同材料的連接節(jié)點處理，并采用合適的結(jié)構(gòu)處理方法進行計算，以保證整個結(jié)構(gòu)的安全。 

　　5.4在對原有建筑物進行加固前，應(yīng)從結(jié)構(gòu)概念角度把握整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定、強度等，然后采用相應(yīng)的加固方法并應(yīng)用結(jié)構(gòu)軟件進行分析，之后再進行相應(yīng)的處理。 

　　參考文獻： 

　　[1] 混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范.GB50367-2006. 

　　[2] 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范.GB50010-2002. 

　　[3] 天津大學(xué)，同濟大學(xué)，東南大學(xué)主編，混凝土結(jié)構(gòu)（下冊），2000.