某钢框架厂房抗震加固设计中的问题探讨

刘 一 凡

(上海建安化工设计有限公司，上海 200437)



某钢框架厂房抗震加固设计中的问题探讨

刘 一 凡

(上海建安化工设计有限公司，上海 200437)

结合工程实例，论述了原有建筑抗震构造措施不满足现行规范时，采用增加隅撑、增加横梁等方法进行结构加固设计的可行性[5]，并提出了改建建筑抗震设防标准提高时，结构加固计算和设计建议，供类似加固设计工程参考。

钢框架结构，抗震加固设计，隅撑，改建

1 工程概况

某化工生产车间为一幢3层(局部夹层)钢框架结构生产用房，位于奉贤区目华路88号上海化学工业区内，靠近北银河路，设计单位为上海亚新工程顾问有限公司，施工单位为上海广厦(集团)有限公司，该建筑平面不规则，局部有凹凸，东西向总长47.8 m，南北向总宽31.15 m，在房屋的西南部和东北部设置室内楼梯间，在房屋的中西部设置电梯间，在④轴～⑥轴/Ⓒ轴～轴设置夹层。1层楼面标高为7.5 m，2层楼面标高为15.0 m，屋面标高为24.0 m。结构平面图见图1，图2。现因扩大产能需要,欲在图1，图2云线范围内增加设备，增加设备区域纵向柱距为8 500 mm，横向柱距为9 500 mm。

该结构原设计时抗震设防类别为丙类，设防烈度为7 度，地震加速度值为0.1g，设计地震分组为第一组。场地类别为Ⅳ类，特征周期为0.9 s。阻尼比取为0.04，抗震等级为四级，基本风压为0.55 kN/m2。现因增产后该房屋生产易燃易爆物质，根据GB 50223—2008建筑工程抗震设防分类标准[2]，抗震设防类别应定为乙类建筑，地震作用按7度设防烈度计算，抗震措施按三级框架考虑。

2 结构计算软件及模型

结构空间整体计算分析软件采用中国建筑科学研究院开发的建筑结构分析设计软件PKPM[3]计算，该软件采用空间杆系计算梁、柱等杆件内力。

3 抗震计算分析

1)该生产车间为空间钢框架结构体系，根据GB 50011—2010建筑抗震设计规范[4]第8.1.1 条规定，设防烈度为7 度时钢框架的最大适宜高度为90 m，本生产车间从室外地面到主要屋面板高度为24.2 m，满足抗震规范要求。2)该车间长度为47.8 m，宽度为31.15 m，高宽比为0.776，远小于GB 50011—2010第8.1.2 高宽比6.5的限值。3)结构沿竖向主要楼层共3层，每层主楼层内均有局部夹层。楼盖为钢筋混凝土楼板，并与梁有可靠连接，主楼层开洞面积不大于该楼层面积的30%，可假定为平面内无限刚性。4)本生产车间按三级钢框架进行抗震设计，根据《建筑抗震设计规范》第8.3.1 条规定，框架柱的长细比不应大于82.5。经验算，3.75 标高以下，轴上轴处、轴上轴处、Ⓒ轴上①轴处柱子x向长细比分别为102.3，94.8，109.3；7.5 m标高和3.75 m标高之间、7.5 m和11.25 m标高之间，轴上轴处、轴上轴处x向钢柱长细比均为87.5；15 m标高与11.25 m标高之间，轴上轴处、轴上轴处框架柱长细比为86.1；19.35 m标高与15.0 m标高之间，轴上轴处、轴上轴处框架柱长细比为95.5；23.7 m标高与19.35 m标高之间，轴上轴处框架柱长细比为102.1。5)根据GB 50017—2003钢结构设计规范[6]及GB 50011—2010建筑抗震设计规范，通过对生产车间用PKPM 软件建立空间模型进行计算分析，得出在设计荷载组合下，按7 度设防考虑地震作用，所得每标准层最不利的梁和柱应力比见表1。

表1 标准层最不利的梁和柱应力比表

4 结构加固改造方案选用[7，8]

针对部分框架柱长细比不足，部分框架梁应力比超标的问题,现有两种加固方案，第一种方案为采用外包钢筋混凝土加固长细比不足的框架柱，替换应力比不足的框架梁，第二种方案为在长细比不足的框架柱间设置横梁以减小柱的长细比，在应力比不足的框架梁下设置隅撑。这两个方案从结构体系受力来讲都能起到提高框架柱长细比，增加框架梁承载力的作用。

但因方案一需要较大操作空间,施工难度大,总体费用高,故在此项目中我们选用方案二进行结构加固。

5 加固布置原则及结构加固分析

由于原设计按丙类建筑、四级框架进行设计，而本单体需按乙类建筑、三级框架进行改造。根据PKPM计算结果，本单体位移、承载力等基本都满足现行规范要求，仅部分框架柱长细比不满足现行抗震构造规定，少部分框架梁应力比超标。故可采用“哪里不足，加固哪里”的原则，仅需对长细比不足的柱及应力比不足的梁加固即可。

加固设计时，要对具体的结构部位具体分析，对于框架柱，要明确长细比具体是绕哪个轴不足，若是单向不足，仅在一个方向加固即可，对于框架梁，要确定增加隅撑之后是否对工艺管道走向以及行人通行产生影响。例如：Ⓒ轴上①轴处的柱子绕x轴向长细比超标，可在①轴上轴，Ⓒ轴线间标高3.75 m，11.25 m和19.35 m处增设横梁以减小框架柱在y向的计算长度，从而减小框架柱绕x向长细比。轴上轴处和轴上轴处柱子绕x轴长细比不满足规范要求，可通过在轴和轴的框架柱和框架

梁之间加设隅撑，以减小框架柱在y向的计算长度来满足要求，同时,与轴柱相连的y向框架梁应力比超限，加设隅撑可以起到对该轴框架梁的支撑作用，增加框架梁的承载力，使框架梁的应力比达标。隅撑的下端可设置于被加固的框架柱中间，上端位于轴和轴上的框架梁上，隅撑角度以45°为宜(见图3)。

6 结构加固后对原有结构的影响

由于采取“哪里不足，加固哪里”的原则，该改造方案仅对原有结构抗震构造不满足要求的构件进行加固，经PKPM软件计算，加固改造后，该厂房的刚度、位移、承载力都未产生大的变化，同时，由于仅仅增加了部分横梁及隅撑，而不需拆除原有的梁柱，施工难度大大降低，对原有设备的布置也未产生影响，是一个经济合理的加固方案。

7 结语

针对抗震构造不满足规范要求的既有的框架结构建筑物，在合理的部位增设隅撑与横梁，是一种经济、有效的加固方法。它改变了以往的大范围替换梁柱承载结构的方法。增设隅撑及横梁后使框架柱的计算长度减小，满足了规范要求的最小长细比要求，同时，隅撑的设置增加了框架梁的承载力，使旧有建筑在不伤筋动骨的情况下，达到现行的抗震标准，保证了生产及人员的安全。

[1] 宋 锋.钢结构跃层加层技术及其工程应用研究[D].北京：清华大学硕士学位论文，2013.

[2] GB 50223—2008，建筑工程抗震设防分类标准[S].

[3] 中国建筑科学研究院.PKPM系列——STS用户手册及技术条件[Z].2010.

[4] GB 50011—2010，建筑抗震设计规范[S].

[5] 王 东，马彩红.钢结构支撑在某框架结构厂房抗震加固设计中的应用[J].甘肃科技纵横，2006，35(1)：100-102.

[6] GB 50017—2003，钢结构设计规范[S].

[7] 戚振安.建筑结构抗震加固方法探讨[J].科技传播，2010，9(上)：89-90.

[8] 李爱文，黄奕辉，杨勇新.结构抗震加固方法概论[J].福建建筑，2010(7)：110-111.

Inquiry on anti-seismic reinforcement design of the steel frame workshop

Liu Yifan

(ShanghaiJian’anChemicalIndustryDesignCo.,Ltd,Shanghai200437,China)

Combining with engineering example, the paper discusses the feasibility of applying the methods of increasing knee-bracing and horizontal beam for structural reinforcement design when the existing building seismic structure failing to current norms, and puts forward structural reinforcement computation and design suggestions when the rebuilt building seismic standards are improved, which will provide some guidance for similar reinforcement design engineering.

steel frame structure, anti-seismic reinforcement design, knee-bracing, reconstruction

1009-6825(2016)13-0043-02

2016-02-24

刘一凡(1982- )，男，工程师

TU352

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