“适应性再利用”中的综合改造实践研究

2016-12-22王志远陈玲玲

安徽理工大学学报·自然科学版 2016年2期

王志远　陈玲玲

摘要：为了研究既有建筑再利用，适应新的用途，以某既有工业厂房改造为例，采用梁粘贴钢板和扩大基础的加固改造设计方法，根据梁正截面抗弯和梁斜截面抗剪计算结果实施加固工程。用ABAQUS软件对加固后的梁和基础进行了模拟分析，作为PKPM设计计算软件的补充验证的一种方法，结果与设计计算结果相吻合。粘贴钢板加固法和扩大基础加固法在“适应性再利用” 综合改造中，可以推广应用。

关键词：适应性再利用；加固改造；有限元

中图分类号：TU318文献标志码：A

文章编号：1672-1098（2016）02-0057-05

Abstract：In order to study adaptive reuse of the existing building， taking the industrial building transformation of a factory as an example， the reconstruction design method of beams bonded with steel plates， foundation enlargement for reinforcement was taken. The reinforcement engineering was performed according to the calculation results of bending resistance on the normal section and shear resistance on the inclined section of the beams. The ABAQUS software was used to simulate and analyze the reinforced beam and foundation， which is a kind of additional verification method for the PKPM design calculation software. The result is consistent with the result of the design calculation. The reinforcement method of beams bonded with steel plates and foundation enlargement can be popularized and applied in the comprehensive transformation of "adaptive reuse".

Key words： adaptive reuse；reinforcement and reconstruction；finite element

随着时代的发展、科技的进步，许多现有建筑的功能已经不能满足使用者的需求，把存在问题的既有建筑全部拆除是不现实的，也不符合我国政府的可持续发展战略[1]，必须进行改造、优化使其具有更强的适应性，让既有建筑“适应”新的用途。

目前，“十二五”国家科技支撑计划重大项目“既有建筑绿色化改造关键技术研究与示范”研究正在进行中并取得了许多成果[2]。相关法规和标准正在陆续出台与修订，如《既有建筑技术规范》也正在研究编写中。目前，许多甲级设计院已经开始使用有限元软件建模帮助结构设计优化。因此，研究既有建筑再利用方法与思路具有一定的现实意义。

1工程案例设计研究

1.1工程概况

该工业建筑位于安徽省合肥市，建于上世纪80年代，建筑结构形式为装配式混凝土结构单层工业厂房，包括一个两层的砌体结构辅助用房。

原建筑物相关信息：建筑面积为1 157 m2，基层建筑面积910 m2，建筑高度12.8 m，其中两层辅房高7.8 m。

1.2设计目标

由于时代的发展，该工业建筑已经不在满足工业生产条件，业主希望在不拆除建筑物的前提下改变建筑的使用功能，使其达到民用使用的标准。

经过前期资料收集、分析，决定对此建筑采取内部增层与局部加层，扩大其使用面积。具体为在厂房部分进行内部增两层，在辅助用房部分进行加一层。

改造后建筑相关信息：建筑面积2 730 m2，使用功能为办公，改造后设计使用年限为30年，抗震设防烈度为7度，建筑结构的安全等级为二级，地基基础设计等级为丙级，耐火等级为三级，屋面防水等级为二级。

由于荷载的增加，原有卫生间梁承载力和原有基础承载力不足。为了解决这些问题，决定采用粘贴钢板法对不满足要求的梁进行加固[3]，新增地基基础，扩大原有的基础[4]。

1.3再利用设计

（1）梁的再利用设计

考虑到粘贴钢板加固对混凝土强度有一定要求，过低的强度容易引起加固后混凝土破坏[5]。根据文献[6]61的规定：要求被加固的混凝土结构构件，其现场实测混凝土强度等级不得低于C15，且混凝土表面的正拉粘结强度不得低于1.5 MPa。本工程加固前现场人员对混凝土梁构件进行实地检测，构件均符合粘贴钢板法加固要求。

1）梁的正截面加固

需加固梁的截面尺寸为200 mm×500 mm，混凝土等级为C20，钢筋级别为HRB335，受拉钢筋与受压钢筋均单排布置，配筋面积As=765 mm2，As′=510 mm2，梁的设计弯矩值为125 kN·m，初始弯矩为5 kN·m，混凝土极限压应变εcu。拟采用1层厚度为4 mm的Q235钢板对梁受拉区进行加固，因本工程为加固设计，应考虑结构二次受力的影响，具体的截面配筋与受力分析图如图3所示。

（2）基础的再利用设计

为了增加建筑物的整体性，使扩大后的基础与原基础更好的结合，协同工作，故采取植筋的方式。加固后基础的配筋图如图5所示。

植筋施工时保证孔内干燥清洁。钢筋植入前要进行除锈，注胶后将钢筋缓慢旋如有胶的孔中，并要进行养护，养护期间不得进行扰动。另外，扩大基础涉及到新旧混凝土接触面连接问题，采取对旧混凝土表面进行凿毛处理，以增加连接效果，凿毛处理时，将混凝土凿出凹凸有致的形状，凹凸深度控制在4～6mm，凿毛时要轻凿，避免破坏混凝土，凿完后要用钢丝刷将混凝土表面刷干净，使用特定界面剂进行处理。

2ABAQUS有限元模拟验证

为了更为直观清晰进一步提高安全性，采用ABAQUS有限元软件建模，对基础改造部分和梁的改造部分进行仿真模拟分析验证[8]。有限元模型包括混凝土梁和混凝土独立基础。由于几何图形较为规则，所以模型能够很方便的在ABAQUS中建立，模型采用自由网格划分，单元采用10节点二次四面体单元模拟。在本构模型中，本文混凝土材料分别采用弹塑性本构模型来描述。在计算工况中荷载大小按照实际尺寸算出自重荷载，荷载规范取出活荷载，分别对两种构件混凝土部分和钢筋部分进行应力分析。

通过以下应力图的对比可以看出：加固后材料中应力值显著变小，说明加固的效果明显；加固后材料内部应力值小于材料设计强度值，结构处于正常状态。结果较好的反映了钢筋内部的应力和混凝土内部的应力在加固前后有较大的变化。

3结论

（1）本文通过理论计算、有限元软件分析以及工程实际情况相结合的研究方式，介绍了“适应性再利用”中综合改造的方法。该工程现已完工并投入使用，目前使用状况良好，实践证明该工程的改造是成功的，其改造方案可以提供给类似工程借鉴一二。

（2）目前计算机软件开发种类很多，利用如PKPM这样的设计计算软件与ABAQUS这样的有限元软件相结合进行加固改造设计分析，是一种更加可靠且可行的方案。

（3）通过有限元模型应力云图可以让人对构件受力情况有直观了解，通过对比改造前和改造后构件应力云图，可以直观的看出改造前与改造后构件的受力状态。

（4）粘贴钢板加固法和扩大基础加固法在有效提高构件承载力的同时，具有施工安全、方便且不会显著改变原有建筑尺寸的优点，可以推广应用。

参考文献：

[1]肖理中，孙云鹤.浅谈建筑功能的改造优化[J].河南建材，2011（4）： 67-68.

[2]中国建筑科学研究院.既有建筑改造年鉴2014[M].北京：中国建筑工业出版社，2015：115-168.

[3]唐叶清，万墨林.建筑物改造与病害处理[M].北京：中国建筑工业出版社，2000：5-9.

[4]栾好发.粘贴钢板加固钢筋砼T梁抗弯模型试验研究[D].西安：长安大学，2006.

[5]殷惠君.建筑结构加固、改造综合技术研究[D]. 上海：同济大学，2009.