某框架结构办公楼加固设计研究

□□ 赵培兰

(太原城市职业技术学院，山西 太原 030027)

建筑设计

某框架结构办公楼加固设计研究

□□ 赵培兰

(太原城市职业技术学院，山西 太原 030027)

以某8度地区框架结构办公楼的加固设计为例，对结构的混凝土强度进行了检测，采用“外包钢+钢支撑”的综合方法对混凝土结构进行加固。通过结构设计软件SATWE验算，满足规范要求。

框架结构；鉴定；抗震加固；钢支撑

引言

对结构的改造必然需要对结构进行加固，传统的加固混凝土结构的方法有加大截面法、外粘钢法、碳纤维加固法等，这类方法一般是通过加大结构的刚度来提高结构的承载力和侧向刚度，而结构的刚度越大受地震影响越大，为了抵抗地震力，截面必然增大，势必造成工程造价的提高。若采用柱外包钢和加钢支撑的加固方法，可以利用钢支撑的延性增加结构的抗侧刚度，提高结构的抗震能力，而且对建筑物破损较少，合理的设计可以应用于工程的加固改造中。

1 工程概况

某钢筋混凝土框架结构办公楼，地下1层，地上6层，屋顶为出屋面楼梯及水箱间。一层和二层为商业营业厅，一层层高4.5 m，二层层高3.9 m，三层至六层为办公楼，层高3.6 m。基础为钢筋混凝土筏板基础，框架抗震等级为二级。框架柱截面尺寸为：地下室和一层至四层为650 mm×800 mm，五层为600 mm×700 mm，六层为600 mm×600 mm。混凝土强度等级均为C30，梁柱纵筋均为HRB400级。

该工程建筑场地类别为Ⅲ类，抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度为0.20g，设计地震分组为第二组。办公楼荷载为2.0 kN/mm2，商场荷载为3.5 kN/mm2。

该办公楼在建成两年后，由于在原有6层钢筋混凝土框架结构的基础上又增加了2层混凝土结构，导致结构的抗震承载力不能满足要求。

2 现场踏勘与混凝土强度检测

经过对现场人员的询问，该建筑物在施工时严格按照国家规范执行，混凝土均进行了养护和振捣，现场踏勘也发现，混凝土柱、梁、板没有微蜂窝麻面现象，混凝土施工质量较好，框架梁柱未发现裂缝。

由于该建筑于2012年建成，均是按照现行规范设计和施工，所以不需对该建筑进行抗震鉴定，仅需要对建筑物的外观尺寸和混凝土强度进行抽样检测。

2.1 构件尺寸检查

对办公楼的部分框架柱、框架梁进行了构件截面检测，检测结果表明，框架柱、框架梁的截面尺寸实测值与设计值的偏差在规范的允许范围内。

2.2 混凝土强度检测

混凝土强度通过钻芯法来检测，该法属半破损法。现场取芯位置、数量、室内试验依据CECS 03：2007《钻芯法检测混凝土强度技术规程》的有关规定执行。芯样试件的混凝土强度换算值按(1)式计算：

f (1)

本次钻芯法检测共取芯样180个，强度评定结论见表1。

3 加固方案选择与结构计算

3.1 加固方案选择

通过现场检测发现，原有房屋的混凝土强度满足原始设计要求，由于在原有结构上增加2层混凝土结构导致荷载增加，柱子内力增大，结构也由原来的多层建筑变为高层建筑，依据的规范有所不同，通过SATWE软件验算也发现增加2层后柱子的轴压比和层间位移角等不满足现行规范要求，为了避免出现安全隐患，需对办公楼进行抗震加固。

表1 实测混凝土强度标准值

原有结构为框架结构，如果仍然按框架结构来设计，通过柱来抵抗水平力，需要大面积增大柱的截面，将会出现较大的梁和柱，增加建筑物的自重，严重影响建筑物的使用功能。如果对建筑物增加混凝土剪力墙，现场湿作业多，影响工期。经研究，决定采用“外包钢+钢支撑”的综合加固方法对建筑物进行抗震加固。

大量关于利用钢支撑加固混凝土结构的研究表明，采用钢支撑加固混凝土结构可以取得较好的效果。文献[1]提出，利用有延性的钢支撑系统加固钢筋混凝土结构，结构的滞回环饱满，有效地提高了结构的强度刚度和耗能能力。文献[2]也指出，经过钢支撑加固后的框架结构，结构的抗震能力有较大的提高。在反复荷载作用下，支撑屈服前，结构的滞回曲线饱满，耗能能力高，而支撑屈服后耗能能力降低。本次对该办公楼的加固采用增加钢支撑的方法来提高结构的侧向刚度，对于柱子采用外包钢法来提高其承载力，钢支撑布置见图1和图2。

图1 加固钢支撑平面布置图(GZC表示钢支撑) 图2 GZC立面图

3.1.1 外包钢加固柱法

对于轴压比不足的柱，通过采用角钢外包框架柱的四角、角钢用扁钢焊接成整体的加固方法，该方法对构件截面增加不大，增加质量较少，但却可以大幅度提高结构构件的承载力，增加结构的变形能力。

3.1.2 增设钢支撑法

在适当的部位增设一定数量的钢支撑，通过钢支撑来承担水平荷载，增大结构的抗侧刚度，减小结构在地震作用下的侧移。钢支撑的设计要注意控制高厚比和长细比，防止构件局部或整体失稳，布置钢支撑时尽量使结构的刚度中心与质量中心重合，以减小结构的扭转效应。

3.2 结构计算

采用高层设计软件SATWE对加固前后的结构进行验算，计算结果见表2。通过对比发现，采用“外包钢+钢支撑”的方法加固后，结构的周期比、层间位移、轴压比均满足现行规范的要求。

表2 结构加固前后的计算结果1)

4 结论

4.1 在对结构进行加固前，应检测主要承重构件的强度，根据实测强度对结构进行抗震验算，以此来选择恰当的加固方案。加固方案的选择，不仅要考虑结构满足承载力的要求，也要考虑施工方便，易于操作。

4.2 采用“外包钢+钢支撑”的综合方法加固混凝土结构，一方面可以有效地提高柱子的承载力，另一方面可以提高结构的抗侧刚度，增加结构的耗能能力，有效地提高结构的抗震能力。

4.3 在钢支撑设计时，要注意控制高厚比、宽厚比和长细比，以免发生局部失稳或整体失稳；同时要注意节点域的设计，避免由于剪力过大而造成节点提前屈服。

[1] Masri A C，Goel S C.用钢支撑加固的钢筋混凝土板-柱框架的抗震设计与试验[J].世界地震工程，1997，13(2)：79-90.

[2] 王来，丛术平，董锡同，等.钢支撑加固震损钢筋混凝土框架抗震性能试验研究[J].河北工业大学学报，2014，43(4)：94-99.

(编辑 盛晋生)

1009-9441(2015)05-0004-02

TU 352.11

B

赵培兰(1977-)，女，山西太原人，讲师，硕士，一级注册结构师，2007年6月硕士研究生毕业于太原理工大学结构工程专业，从事结构工程教学工作。

2015-09-11