甘肃某宾馆加层改造工程加固应用研究

雷 建 　 朱彦鹏 　 滕文川 　 安 炳

(1.兰州理工大学,甘肃 兰州　730050；　2.甘肃土木工程科学研究院,甘肃 兰州　730020)



甘肃某宾馆加层改造工程加固应用研究

雷 建1朱彦鹏1滕文川2安 炳2

(1.兰州理工大学,甘肃 兰州730050；2.甘肃土木工程科学研究院,甘肃 兰州730020)

以某宾馆加层改造为例，对加层前后整体结构进行了分析计算，并采用不同的加固方法分别对框架梁、柱进行了加固，探讨了加固后结构的稳定性，改造后的使用情况表明，工程所采用的加固技术安全有效。

既有建筑物，加层改造，结构加固，稳定性

1　工程概况

甘肃某宾馆大楼建成于2003年12月。该大楼为4层钢筋混凝土框架结构，整个建筑物呈“L”字形布置。建筑物总长30.3 m，总宽20.7 m，总高17.4 m，总建筑面积2 508.84 m2。基础采用柱下钢筋混凝土独立基础。由于该建筑处于繁华闹市区域，建设单位根据需求，决定在原4层大楼屋面增建2层，以扩大原结构的使用面积。

2　原结构加层改造

2.1结构加层形式

根据建设单位的需求,对原有结构进行加层改造设计。通过对目前实际工程中应用较广泛，技术较成熟，最适宜的几种常见的加层方法进行综合对比,经各方人员协商一致确定采用直接加层法对结构加层最有效，最经济。建筑物进行改造设计，这种方法在框架结构加层中最有效，最经济。

2.2加层前后结构分析与对比

根据建设单位的要求,对该建筑物进行加层改造,根据原有结构和加层后结构平面布置图、设计图纸、工程施工的原始资料、前期工程人员的检测及抗震鉴定报告，通过软件PKPM鉴定加固模块对结构建立模型，模型如图1所示。

1)周期分析对比见图2。

2)变形分析对比见图3，图4。

3)轴压比及配筋。

经分析，结构加层后，由于上部荷载增加，结构总体质量增加，原有框架柱的设计只是满足原有结构框架要求。因此，经加层后，在地震作用下，框架柱的变形具有一定幅度的增大，而部分原有框架柱并没有加大截面，刚度明显不足。所以该结构加层后部分框架柱的轴压比明显增大，个别出现超限现象；部分框架柱及框架梁承载力也不满足要求；因此，需对轴压比较大以及配筋不足的构件进行加固处理。

2.3结构构件加固方法

根据混凝土框架结构加固设计涉及的相关规范[1-3]进行计算，得出相应的所需加固构件具体的加固方法，具体方法如下：

1)轴压比过大的框架柱加固方法见图5。

2)承载力不足的框架柱加固方法见图6。

3)承载力不足的框架梁加固方法见图7。

2.4加固效果评价

1)加固前后结构周期分析对比见图8。

2)加固前后结构剪重比分析对比见表1。

通过表1对比可以得出，结构加固后剪重比稍微增大，但均满足抗震规范中的2.4%的要求。

表1　加固前后结构剪重比对比表　%

3)结构最大层间位移角对比见表2。

表2　最大层间位移角

从表2可以看出：加固后结构X，Y方向最大层间位移角均有减少，说明结构经加固后，刚度增大，并且满足规范规定的限制1/550。

3　SAP2000对结构的分析

3.1模型的建立

根据工程的基本概况，使用SAP2000软件对加层加固前框架结构建立模型，使用杆件模块来建立框架梁、柱等构件模型,使用面单元模块建立楼板、屋面板等构件模型[4]；根据工程中实际荷载添加到模型框架构件中，荷载与PKPM一致，结构模型底部设置固定约束。

模型图如图9所示。

加层加固后结构三维模型建立时,由于部分加固构件截面增大或外围粘贴钢板，构件截面及尺寸发生变化，这时需使用SAP2000中截面定义功能里截面设计器,即SD截面编辑器[5]。具体截面形式如图10所示。

3.2结构模态分析

1)加层加固前后结构模态分析及对比见表3。

表3　加层加固前后结构模型在SAP2000中的周期对比　s

从表3中可以看出:加层加固后结构模型SAP2000中第一振型X轴平动,周期为1.254 7 s；第二振型Y轴平动,周期为1.160 1 s；第三振型Z轴扭转,周期为1.013 8 s；T3/T1=0.81，满足规范要求。与结构加固前模型周期的对比可以看出，由于框架柱，框架梁的SD截面的加固设计，部分框架柱及梁的截面尺寸及刚度增大，使结构侧向刚度增大，使得加固后的结构自振周期减小，与上文结构加固后效果评价是一致的。

2)层间位移角、结构位移及相对层间位移量变化情况见图11～图16，表4。

表4　加固前后结构模型层间位移角比较

由图11～图16，表4可知：在第一振型(X向平动)当中，加固后的结构层间位移角、结构最大位移以及层间相对位移量相比于加固前结构均有减小；在第二振型(Y向平动)当中，加固后的结构层间位移角、结构最大位移以及层间相对位移量相比于加固前结构也均有减小；在第三振型(Z向扭转)当中，加固后的结构X，Y向最大位移以及层间相对位移量相比于加固前结构也均有减小；说明结构的框架柱和框架梁的加固对结构的整体刚度产生了加强的作用，并且提高了框架柱和框架梁的承载力。通过本实际加层改造工程，理论上证明了在原有结构屋面增层改造，荷载增加的情况下，通过加固设计提高承载力和结构稳定性是可行的，是正确的。

4　结语

本文通过某框架结构的加层改造这一实际工程,首先对结构进行加层及加固设计，并进行加固效果评价；然后使用SAP2000有限元软件对加层加固前结构和加层加固后结构建模,进行模态分析，通过周期、层间位移角以及结构位移等数据分析结构中采取的加固措施所起到的作用。

1)通过PKPM模型分析对比，得出结构加层改造前后在周期、位移角、构件内力、结构重要参数以及配筋等方面的变化情况,确定了所需加固的构件。

2)通过软件对加固前与加固后结构模型分析可以看出，对结构构件的加固，能够使得结构自振周期减小，层间位移角减小，结构位移减小，框架柱轴压比减小，框架柱、梁承载力增大，结构整体刚度增大，说明结构加固设计是成功的。

该加层加固工程完工后已使用一年多。通过建筑使用情况及建筑沉降观察，均符合要求。证明该建筑加层、加固设计方法达到预期的效果，可供同类工程设计参考。

[1]GB 50367—2013，混凝土结构加固设计规范[S].

[2]GB 50011—2010，建筑抗震设计规范[S].

[3]GB 50009—2012，建筑结构荷载规范[S].

[4]赵枫.北京市某框架结构别墅加层改造的应用研究[D].成都：四川大学,2006.

[5]中国建筑标准设计研究院.SAP2000使用指南[Z].2012.

Research on strengthening the application of a hotel storey-adding transformation engineering in Gansu

Lei Jian1Zhu Yanpeng1Teng Wenchuan2An Bing2

(1.LanzhouUniversityofTechnology,Lanzhou730050,China;2.GansuInstituteofCivilEngineering,Lanzhou730020,China)

Taking a certain hotel as an example, the whole structure of the whole structure is analyzed and calculated. The different strengthening methods are used to analyze the frame beams and columns, and the structure stability is analyzed. After the reform, the use of the engineering is safe and effective.

existing buildings, storey-adding transformation, structure reinforcement, stability

1009-6825(2016)19-0031-03

2016-04-25

雷建(1990- )，男，在读硕士

TU746.3

A