CFST柱在单跨结构中的抗震加固设计与应用研究★

龙建文 植嘉生 庄 妍

(1.广州市建筑科学研究院新技术开发中心有限公司，广东 广州 510440； 2.广州建设工程质量安全检测中心有限公司，广东 广州 510440)



CFST柱在单跨结构中的抗震加固设计与应用研究★

龙建文1植嘉生1庄 妍2

(1.广州市建筑科学研究院新技术开发中心有限公司，广东 广州 510440； 2.广州建设工程质量安全检测中心有限公司，广东 广州 510440)

以某单跨框架结构为研究对象，从减小对既有建筑功能连续使用的干扰，缩短改造工期等方面考虑，对比分析了新增钢管混凝土(CFST)柱和现浇钢筋混凝土(RC)柱两种加固方案对既有结构抗震性能的影响，最终采用了钢管混凝土新增结构柱的抗震加固方式。

单跨结构，抗震加固，钢管混凝土柱，建筑功能

0 引言

单跨结构具有超静定次数少，抗震性能差的特点，在2008建筑抗震设计规范修订中已明确甲、乙类建筑以及超过24 m的丙类框架结构不应采用单跨结构。

目前国内外针对单跨结构常用的抗震加固措施主要有柱改墙、消能减震和新增结构柱或支撑等方式[1，2]，其中柱改墙和消能减震的加固措施需要长时间中断建筑功能的使用。而目前较常采用的新增结构柱的加固方式，由于施工空间的影响，以及支模、绑扎钢筋、灌浆等多工艺流程的影响，增加了施工难度和施工周期，同样在一定程度上也制约了既有建筑功能的持续使用。国内外已有学者提出采用摇摆结构等抗震加固方法[3，4]，但目前应用还相对较少。

本文以某抗震加固项目为例，基于目前比较成熟的新增结构柱加固技术，提出新增钢管混凝土(CFST)柱的抗震加固措施，一方面可以采用钢管柱增加预制率，起到缩短工期作用；另一方面利用钢管混凝土柱不支模的工艺特点，降低施工难度，缩短工期。

1 项目概况

工程为广州市荔湾区某中学综合楼，为1993年建成的7层钢筋混凝土框架结构，建筑高度27 m，经检测鉴定该综合楼属于重点设防类(乙类)建筑，设防烈度为7度，其结构布置与构造鉴定按提高1度(即8度，一级抗震)的要求进行核查。该建筑横向(Y方向)以单跨为主，不满足抗震鉴定要求，须进行加固处理。综合楼结构平面如图1所示。

2 抗震加固分析

项目主要因横向采用单跨结构，不满足抗震构造要求，提出几种抗震加固方案进行比选(见表1)。对比可以发现新增结构柱的加固方式对原建筑功能的影响最小，其中新增CFST柱的加固方式可减少工艺流程，在人工成本较高的情况下具备一定优势。根据项目特点，防止改变原建筑空间和功能，选用增加结构柱的加固方案。

表1 加固方案比选

为缩短工期，避免中断原建筑功能的持续使用，最后选定对采用新增现浇RC柱和新增CFST柱的两种方案进行对比分析，新增柱截面统一采用400 mm×400 mm，混凝土等级均为C30，其中钢管壁厚4 mm。对结构加固前后进行设防烈度地震计算，得到计算结果如表2所示。

表2 加固后地震周期

计算结果显示以扭动为主的地震周期均在第三阶，分析发现其中加固前的周期比为0.91>0.90，不满足规范要求；采用新增RC柱、CFST柱加固后的周期比为0.86和0.85,均小于0.90，符合加固目标要求，因此新增结构柱的加固方式合理有效。

由计算结果可知，对结构整体周期有明显降低作用，主要因为新增柱加固方案提高了结构整体的抗侧刚度。

采用新增柱的加固方式使结构最大层间位移角增大，主要因为增加刚度导致其余构件的弹性内力发生改变，部分构件位移变大，针对该现象可采取适当减少新增柱数量，仅需保证局部单跨部分承担的剪力或倾覆力矩小于总的50%即满足规范要求[5]；此外，对比位移角变化量，其变化率小于5%，且都在规范控制范围内，可忽略其影响。

由表2对比新增CFST柱和新增RC柱两种加固措施发现，采用前种措施加固后的周期和最大层间位移角有所降低，抗震作用优于新增RC混凝土柱。

3 结语

目前对单跨结构抗震加固措施种类繁多，本文主要针对新增结构柱的方式，采用钢管混凝土柱和现浇钢筋混凝土柱两种不同措施情况进行对比分析。

研究表明采用钢管混凝土新增结构柱的方式能够较好的满足单跨结构的抗震加固要求，在一定程度上可缩短工程周期，避免中断建筑功能的持续使用。

[1] 张敬书,潘宝玉.现行抗震加固方法及发展趋势[J].工程抗>震与加固改造,2005,27(1):56-62.

[2] 李丽梅.建筑结构抗震加固设计研究[J].山西建筑,2016,42(8):57-58.

[3] 周 颖,吕西林.摇摆结构及自复位结构研究综述[J].建筑结构学报,2011,32(9):1-10.

[4] Loghman V, Khoshnoudian F, Banazadeh M. Effect of Vertical Component of Earthquake on Seismic Responses of Triple Concave Friction Pendulum Base-isolated Structures[J]. Journal of Vibration and Control,2015,21(11):2099-2113.

[5] 谢良法,张华红,张维旭,等.全国民用建筑工程设计技术措施2009——结构(结构体系)[M].北京:中国计划出版社,2009:23-24.

Anti-seismic reinforcement design and application study of Concrete-Filled Steel Tubular columns for single-span structures★

Long Jianwen1Zhi Jiasheng1Zhuang Yan2

(1.TechnologyDevelopmentCenterofGuangzhouInstituteofBuildingScienceCo.,Ltd,Guangzhou510440,China； 2.GuangzhouTestingCentreofConstructionQualityandSafetyCo.,Ltd,Guangzhou510440,China)

This paper set a single span frame structure as the research object. By considering the comprehensive factors of shortening construction period and avoiding the interruption to existing building functions. This paper contrasts and analyzes the effects of the reinforcement measures that increasing Concrete-Filled Steel Tube(CFST) column and increasing Reinforced Concrete(RC) column to the seismic performance of existing structure. It finally adopts seismic reinforcement method of combining steel tube concrete with structural column.

single-span structures, anti-seismic reinforcement, Concrete Filled Steel Tube, building function

1009-6825(2017)07-0026-02

2016-12-25 ★：广州市建筑科学研究院有限公司科技进步资金项目(项目编号：17K00010)

龙建文(1988- )，男，硕士，助理工程师； 植嘉生(1990- )，男，助理工程师； 庄 妍(1982- )，女，高级工程师

TU352

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