某办公楼屋面增设水箱可行性分析与加固设计

徐海军

(甘肃省建筑科学研究院(集团)有限公司，甘肃 兰州 730070)

1 概述

1.1 工程概况

某办公楼(以下简称该楼)，位于甘肃省兰州市，该楼设计建造于1993年，为地上7层(局部8层)现浇钢筋混凝土框架结构，基础采用人工成孔灌注桩基础[1]。根据现行GB 50011—2010建筑抗震设计规范(2016年版)的规定[2]，该楼抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.15g，地震分组为第三组。

1.2 可行性分析目的

该楼在设计建造伊始未设置消防水箱，现为了满足消防要求，业主方拟在该楼七层屋面增设消防水箱，消防水箱选用国家建筑设计标准图集《矩形给水箱》12S101中尺寸为3.0 m×5.0 m×2.5 m、公称容积为37.5 m3的不锈钢水箱[3]。为确定其可行性，需对该楼屋面增加消防水箱进行荷载计算分析，确定该楼在增设消防水箱后结构构件承载力是否满足要求。若结构构件承载力不满足要求，则对其进行加固处理[4]。

2 现场检测

2.1 混凝土强度检测

该楼设计建造于1993年，混凝土龄期已超过1 000 d，因此，采用回弹法对该楼七层混凝土结构构件强度进行检测，并采用钻芯法对回弹结果进行修正，具体检测结果见表1～表3。检测结果表明：该楼7层框架柱、框架梁、现浇板混凝土强度推定等级均为C25。

表1 框架柱混凝土强度检测结果

表3 现浇板混凝土强度检测结果

2.2 钢筋配置检测

根据规范要求及现场实际情况，在该楼7层抽取5根框架柱、5道框架梁和5块现浇板，共15个构件，采用钢筋探测仪对结构构件钢筋配置进行检测，检测结果表明：所检测的结构构件钢筋配置均满足设计要求[5]。

3 计算分析

3.1 参数选取

根据现场检测结果，采用SATWE计算软件对该楼增设水箱后在静力作用下主体结构构件的承载力进行验算，具体参数选取见表4。

表4 计算参数选取表

3.2 水箱布置

考虑到该楼屋面主梁轴线尺寸为3.6 m×6.0 m，选用不锈钢水箱，尺寸为3.0 m×5.0 m×2.5 m，满水情况下总重量为20 kN+375 kN=395 kN，水箱布置方式如下：

1)放置于楼板上：水箱位置如图1所示，水箱产生楼面均布恒载18.5 kN/m2。

2)放置于新增钢反梁上：水箱位置如图2所示，钢梁间距为1 000 mm，钢梁上均布线荷载为22 kN/m，钢反梁支座反力为39.6 kN。

3.3 计算分析

针对以上两种布置方式对该楼结构构件承载力分别进行计算，具体计算结果见表5。

表5 非地震工况下结构构件承载力计算结果

计算结果表明：当消防水箱直接布置于该楼7层10～11×B～D楼板时，该区域部分梁、板配筋不满足计算要求；当消防水箱布置于该楼7层10～11×B～D楼板新增钢反梁时，该区域部分梁配筋不满足计算要求。

4 加固设计

根据《国家建筑标准设计图集：矩形给水箱》(12S101)总说明第6.9条“水箱底部应架空，距地面不宜小于0.5 m”的规定，应采用增设钢反梁的方式增设水箱。通过增设钢反梁将新增水箱荷载传递至框架梁上，水箱布置位置长跨方向框架梁(10×B～D，11×B～D)承载力不满足计算要求，采用外粘型钢进行加固处理，其施工工艺流程为：基层处理→放线下料→型钢、钢板表面处理→型钢骨架制作及安装→注胶→防护面层施工→检查、记录等，钢材采用Q235B钢，焊条采用E43型焊条，植筋用的胶粘剂采用改性环氧类结构胶粘剂。具体加固做法见图3,图4。

5 结语

在既有建筑屋面增设水箱，由于水箱荷载一般都比较大，会对原结构产生不利影响。因此，首先要对原结构进行全面检测，确定其质量情况，然后按照实际情况将水箱荷载布置于楼板进行计算分析。由于规范要求布置水箱时，底部应架空，且距地面不宜小于0.5 m，因此，一般采用增设钢反梁的方式布置水箱，将新增水箱荷载传递至原有承重结构构件上。当增设水箱后，原有结构构件不能满足计算要求时，需对其进行加固处理，一般采用增大截面法和外粘型钢法。在实施过程中， 应按照工程具体情况选择合适的加固方法，以期能够达到最好的加固效果。