DOI :10. 13204/j . gyjz2009. s1. 267
某工业厂房的改扩建设计
孙慧芹
(中国电子工程设计院世源科技工程有限公司, 北京 100840)
摘 要:随着科技的发展, 新技术、新材料应运而生, 对旧建筑物的加固改造也变得很容易实施。介绍某工业厂房的改扩建的设计施工实例, 整个过程综合现场实际条件、施工办法及设计等方面的技术要求, 对多种工程技术方案进行比较, 以降低施工难度, 节省造价为目的, 从而达到业主对建筑物的使用功能要求。
关键词:加固; 改建; 扩建
TRANSF ORMATION AND EXPANSION DESIGN OF INDUSTRIAL MILL BUILDINGS
Sun H uiqin
(S . Y . T echnology , Enginee ring &Co nstruction Co . , L td , China Electr onics Enginee ring De sign
Institut , Beijing 100840, China )
Abstract :W ith the deve lopment of new techno lo gy and new materials and their use into the building circle , it has become easier to tr ansfo rm and reinfo rce old building s . I t is presentsed an ex ample of the expansion of an old industrial facto ry . A fter co llig ating the field co nditio ns , the constructio n metho ds a nd the design , we choose the scheme among many , w hich is ea sie r to ca rry o ut and with lass costs . A ll is fo r the only pur po se to meet the functio nal demands o n the building by o wner s . Keywords :reinfo rce ; reno vatio n ; ex pansion
近年来, 随着社会经济的持续发展, 新技术、新产品的层出不穷, 许多建筑物的使用功能也在发生不断的变化, 为了满足建筑使用功能的要求, 结构主体改造、加固技术应运而生, 特别是旧的混凝土结构, 涉及年代久远、新旧规范的跨越, 施工技术、现场实际施工条件等因素。本文对上海某工业厂房加固及扩建的设计施工实例, 此次改建涉及碳纤维、现浇混凝土套、外包钢加固等技术措施。
1 工程概况
此项目为上海某公司原厂区内改造、扩建项目, 占地面积962m 2, 建筑面积1154. 3m 2。原工程竣工时间为1991年, 结构形式为钢筋混凝土框架结构, 建筑物总高度为7. 2m , 建筑总尺寸为32m ×40m , 地上2层, 局部1层, 柱下独立基础。混凝土标号:基础、梁、板、柱混凝土强度等级C20, 墙体填充物为实心红砖; 钢筋混凝土结构地坪, 内配@200钢筋网片。
其中A ～C /1～6轴为办公及监控用房(2层) , 其他1层为动力机房及仓储用房, 见图1
。
. 39, Supplement , 2009 992Industrial Construction V ol
图1 某厂房平面示意
作 者:孙慧芹, 女, 1974年2月出生, 工程师。E -m ail :sunhuiqin @ceedi . com . cn 收稿日期:2009-04-13
工业建筑 2009年第39卷增刊
2 改造扩建要求
1) 此次改造, 建筑物改变了原使用功能; 2) 1层需拆除部分框架柱、梁、屋面板; 3) 新增加1台5t 桥式起重机, 层高需加高; 4) 建筑物扩建; 5) 改造施工过程中, 高低压配电间、实验室设备用房不能影响正常使用; 6) 室外增设大型设备基础。见图2
。
3. 2 解决方案
1) 关于增加桥式起重机及层高加高这部分, 屋顶采用轻钢结构, 压型钢板的轻质屋面, 外围护结构采用加气混凝土砌块; 桥式起重机荷载作用于框架柱上, 计算结果显示, 原有基础大小及变形满足不了改造后的使用要求。
然后考虑地基土或基础加固, 有2种方案在上海比较常用“高压喷射注浆法”, “锚杆静压桩法”。经过与加固施工单位研究与探讨, 这2种地基加固措施, 都需要地坪开挖, 施工机械、设备进场, 施工距离, 高度的要求, 还有钻孔震动等等一系列问题。根据现场实际情况及加固施工单位的具体实施条件, 这2种方法都存在不可克服的弊端; 例如施工机械施工做业面, 水泥浆, 危险气体的使用, 高压泵的震动, 开挖过程中的灰尘等等, 还有高低压配电间周边不得有水、可燃气体出现的要求; 除此之外, 还有施工费用高, 施工周期长的缺点; 综合考虑之后最终放弃了以上2种加固方案。
设计根据现场实际情况及工艺要求, 另辟蹊径; 起重量不变的情况下, 把桥式起重机改用龙门吊, 起重机与结构主体脱离, 自成体系。经过计算, 这种结构满足地基承载力及沉降要求, 且最大计算量在规范要求的5%以内, 满足使用要求。
2) 在结构计算过程中, 在原有高低压配电室, 变电所, 实验室周边都存在需要加固的框架柱, 梁, 板及填充墙体; 然而现场要求在施工过程中, 配电室、实验室内保持清洁, 周边维护不得拆除, 不能影响设备正常运转(可短暂停歇) 。室内加固的部分, 业主内部生产配合, 可暂停使用高低压4～6h 。供电公司现场提供人力物力, 施工单位准备好加固材料, 人力。现场准备工作就绪后, 各单位严谨配合, 轻拿轻放, 支护、遮盖到位, 最大努力缩短施工时间, 使用环保快捷的加固材料; 各方都按照周密的施工计划, 按部就班, 有条不紊, 在很短的时间内, 很好地完成了特殊环境下的加固施工任务。而对于高低压室、实验室外结构加固则采取了常规办法解决, 这部分加固, 各单位积极努力, 工作做到万无一失, 得到业主高度评价。
3) 此项目外维护墙体侧面上, 附着许多各种专业、工艺管道, 管道间距密集; 工艺要求, 管道位置不能移动、不能拆卸。在这种情况下, 设计和施工现场调查研究, 涉及加固的框架柱, 框架梁根据部位不同, 采取不同的施工工艺和方法, 逐一解决。其中使用了碳纤维、外包钢、加大混凝土柱截面等方法。
4) 新旧规范的跨越在加固改造项目中, 构造措
993
[2][1]
图2 某厂房改扩建平面
3 技术要点及解决方案3. 1 技术要点
1) 针对上海特殊的地质条件, 地坪以下大约有1m 左右的硬壳层, 以下均为很厚的淤泥质土, 且该项目为柱下独立基础。设置桥式起重机, 且还要增加起重机区域的层高, 在这种情况下, 地基土承载力及变形能否满足使用要求, 需要进一步的计算并采取可靠方案;
2) 对原有高低压配电室、变电所、实验室要采取必要的保护措施。实验室设备庞大, 属于精密仪器, 不得移动, 严禁灰尘及较大的震动; 供电用房地下、天花板处电缆交错纵横, 不得潮湿见水, 且要求保持清洁干燥; 特殊的环境设计施工要全力配合, 需做详细周密的计划;
3) 此项目外墙固定有许多动力、暖通、消防等管道, 改造过程中也要加以保护, 需设置必要的支护系统, 采用不同的施工工艺来解决结构加固问题;
4) 另有新旧规范的跨越等问题。
针对以上问题, 做了详细缜密的调查研究, 综合各种施工方案的利与弊, 采用以下设计施工措施。
施及计算参数必须遵循现行规范的要求。4 拆除方案及注意事项
因为所拆车间位于厂区中心区域, 周边紧邻其他建筑物, 施工作业面狭窄, 不能占用规划正常使用道路, 拆除难度较大。原厂房实施改造的前期, 首先进行了厂房周边的调查, 制订厂房内部清空房间及预留房间的保护工作方案; 混凝土结构拆除方案见图3。
根据厂区综合平面图进行现场勘察了解建筑物及管线布置, 还有高低压配电室, 实验室特殊要求, 然后制订合理的施工方案。采用机器为主, 人工为辅的施工办法, 对原有需预留的梁板柱采取必要的支护措施。经业主、设计院、监理、施工单位各方共同努力后成功地进行拆除施工作业。5 内力计算
本项目根据实际工程使用要求及现有国家(2001版) 及地方规范的要求, 利用中国建筑科学院PKPM 系列软件进行设计核算
。
层号12
345
土层名称杂填土
褐黄～灰黄色粘土灰色淤泥质粉质粘土灰色淤泥质粘土灰色粘土
层厚/m 1. 60～1. 851. 40～1. 633. 30～3. 5012. 3～12. 549. 20～9. 50
液性指数I t
-0. 40
1. 221. 080. 82
图3 混凝土结构拆除方案
5. 1 设计依据
厂区地质条件见表1。设计使用活荷载见表2。
表1 厂区地质条件
压缩模量/M Pa
-4. 03
2. 461. 713. 11
承载力特征值/k Pa
-85
605565
地下水位地坪以下1. 6～2. 0
表2 设计使用活荷载
建筑名称改扩建
1层地面15
2层3. 5
层面0. 5
卫生间2. 0
kN /m 2
楼梯3. 5
6 结构加固改造措施
1) 梁、板配筋不能满足受力和最小配筋率的情况。
经过建筑整体调整计算, 大部分梁, 板不满足使
用受力要求, 对于梁、板可按计算结果采用碳纤维加固措施, 依据CECS 146:2003《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》; 高强度类碳素纤维布相对于钢筋有10倍以上的抗拉强度, 不但具有耐腐蚀、耐潮湿的优点, 还有不增加结构主体的自重、耐用、维护费较低优点, 但在防火方面需要特殊的处理; 此工程的碳纤维加固依据了“加固后受弯承载力的提高幅度不宜超过40%”的原则, 进行碳纤维片材-梁抗弯加固设计, 施工图样图节选如图5所示
。
5. 2 设计参数
设计参数如下:雪荷载为0. 20kN /m 风压为0. 55kN /m
2[4]
2[3]
; 基本
; 抗震设防烈度为7度; 地震加
速度0. 10g , 设计地震分组为第一组; 场地土属四类场
[5]
地, 框架抗震等级三级。改造、扩建结构平面见图4。
1-新建柱; 2-新建的梁; 3-新建的配电间部分
图4 改造、扩建后结构平面示意
图5 施工图样图节选示意
994
2) 框架柱配筋不能满足受力和最小配筋率的情况。
根据此工程的特殊性, 对于柱加固采取了两种方式, 依据CECS25:90《混凝土结构加固技术规范》; 有施工作业面的采用混凝土加大截面法, 而对于没有施工条件的框架柱则采用外包钢法。
a . 混凝土加大截面法示意见图6
。
网砂浆面层的方法加固墙体, 面层采用M 10水泥砂
浆。
b . 钢筋网的钢筋直径选用 4, 网格尺寸实心墙为300mm ×300mm , 空斗墙为200mm ×200mm . 钢筋网长度沿墙长方向1000m m 及1/5墙长最大者, 网片沿墙高满布; 钢筋网四周应与楼板、大梁、或墙体连接, 采用锚筋、插入短筋、拉结筋等连接方式. 7 改建部分
此工程改建部分为局部增加层高, 这部分采用混凝土柱加长, 钢梁与混凝土柱锚栓连接的方法; 屋面采用轻钢屋面, 且在梁顶周圈增加一道钢筋混凝土联系梁以增加结构整体的稳定性, 见图8
。
图6 混凝土加大截面方法示意
b . 外包钢加固柱, 补足总体分析的柱配筋不足。加固方式采用环氧树脂化学灌浆的湿式外包钢加固方法, 计算时考虑抗震因素钢材强度乘以降低系数0. 7, 节点示意见图7
。
1-加固后的柱子; 2-原有混凝土屋面; 3-原有的柱子
图8 钢梁与混凝土柱锚栓连接示意
8 贴建、扩建部分
此工程贴扩建部分均采用混凝土结构, 尽量独立成体系的原则; 局部与主体连接, 采取旧梁拆除时预留的钢筋锚入新混凝土柱内, 满足03G 101-1《混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图》的锚固要求, 新梁与旧梁连接采取植筋的措施。
以上均为整个项目改扩建实施过程中的施工方法。目前, 改造后的厂房已投入使用, 且反映良好。9 加固改造注意事项
对于任何一个加固改造项目, 在设计任务开始之前, 必须对项目的总体要有一个鲜明的认识, 明确使用功能的变化, 了解工艺的使用要求, 且要实地进
a -外包钢加固柱柱底做法; b -外包钢加固柱楼层做法;
c -外包钢加固柱顶层做法; d -截面
1-钢板; 2-角钢; 3-钢板与角钢焊接; 4-细石混凝土浇捣; 5-箍筋; 6-室内地坪; 7-基础顶; 8-原柱宽; 9-楼层;
10-屋面; 11-柱四角角钢图7 外包钢加固节点示意
行周全的考察, 收集详细的原始地质勘探资料及项
目的竣工图、计算书; 除此之外还要请专门机构进行建筑物可靠性的鉴定, 做为设计的参考依据。加固改造过程中, 不仅仅是使单个构件满足结构使用要求, 还要在结构计算过程中, 按现行规范要整体满足抗震设防要求, 主体刚度要分布均匀, 避免形成新的薄弱层; 但有些建筑物涉及年代久远, 如
(下转第1072页)
995
3) 填充墙与框架柱、构造柱及墙墙之间拉接的加固改造。
a . 此工程填充墙采用水泥砂浆面层和双面钢筋
4 轴心受压承载力计算公式评价
按现行规范采用增大截面加固法, 钢筋混凝土轴心受压构件正截面受压承载力按式(1) 计算, 而按本文理论推导的计算方法是按照式(9) 。这两个公式不同点在于α。规范式(1) 中αcs 统一取值0. 8, 笔
者认为这是不妥的, 没有考虑当时的应力状态, 比较
粗糙。而本文方法是将α分为αc 与αs , 即新增混凝土与钢筋的强度系数分别考虑, 并且αc 、αs 是与加固时构件的应力水平β有关的, 不同的β可以有不同的αc 、αs , 见表1。
表1 混凝土系数
βαc αs
0. 1001. 0001. 265
0. 2000. 9891. 193
0. 3000. 9731. 116
0. 4000. 9491. 033
0. 5000. 9140. 943
0. 6000. 8650. 843
0. 7000. 7950. 730
0. 8000. 6940. 596
0. 9000. 5320. 422
0. 9500. 3970. 298
注:表1计算中, ε. 002; E S 取2. 0×105N /mm 2; f y ′取300N /mm 2c0取0
加固后, 构件的受压承载力N 与加固时构件的应力水平关系紧密, 从表1可以看出这一点。若应力
c 、s 变大, 加水平β低, 则新增材料强度利用系数αα
固后承载力N 就高; 反之, 若应力水平β高, 则新增
中查到。
5 结 语
本文从混凝土应力应变的基本模型出发, 推导建立了轴心受压构件正截面加固计算中的基本公式(9) 与混凝土加固设计规范中的公式(1) 相比, 更充分地考虑了原构件的应力水平对加固后受压承载力的影响, 比较符合实际, 并且容易计算。
参考文献
[1]江见鲸, 陆新征, 叶列平. 混凝土结构有限元分析[M ]. 北京:清
华大学出版社, 2005.
[2]GB 50367-2006 混凝土结构加固设计规范[S ].
[3]GB 50010-2002 混凝土结构设计规范[S ]. [4]陈惠发, 萨里普A . F . Elas ticity and Plasticity [M ]. 北京:中国建
筑工业出版社, 2005.
材料强度利用系数αc 、αs 变小, 加固后承载力N 就低。这个结论应当更贴切构件的实际受力状态, 比规
范式(1) 更贴合实际。在实用中当αs >1时建议取1. 0。
本文的理论推导是基于文献[1]的应力应变模
c 小于峰值应变εc0时, 型式(4) , 如果混凝土应变ε应力状态遵循式(4) , 那么, 整个推导过程既在理论
上严谨, 又有实用价值。
目前, 结构分析软件已广泛应用与工程设计中, 对原构件的受力状况N 0已不难通过软件分析得到。因此采用式(9) 计算加固后承载力N 是完全可行的, 式中其他参数都可从混凝土结构设计规范
[3]
(上接第995页)
果按现行规范执行有些困难, 具体情况应具体分析, 集专家意见适当实施。
在使用新技术、新产品的时候, 一定要经过正式的鉴定检验才可使用。例如, 在植筋过程中, 一定要使用耐高温的植筋胶, 这一点很重要。在许多改造加固中, 曾出现过此种施工失败问题, 给业主、施工造成不必要的浪费等等。10 结 语
科学技术的发展, 建筑加固改造的办法也越来越多, 施工也变得容易实施。通过上述改造项目, 给设计者们一个很大的启示。广义上讲, 无论工业还
是民用建筑, 设计施工过程中, 并不是简单的结构专业技术的单纯累加。要充分结合到施工现场的实际情况, 采取有效合理地设计施工方案, 是做出一个好项目关键。如何因地制宜, 采取合理的实施办法, 值得设计施工人员去多多的思考。
参考文献
[1]JGJ 79-2002 建筑地基处理技术规程[S ]. [2]C ECS 25:90 混凝土结构加固技术规范[S ]. [3]GB 50009-2001 建筑结构荷载规范[S ]. [4]GB 50011-2001 建筑抗震设计规范[S ].
[5]C ECS 146:2003 碳纤维片材加固混凝土结构技术规程[S ].
1072
DOI :10. 13204/j . gyjz2009. s1. 267
某工业厂房的改扩建设计
孙慧芹
(中国电子工程设计院世源科技工程有限公司, 北京 100840)
摘 要:随着科技的发展, 新技术、新材料应运而生, 对旧建筑物的加固改造也变得很容易实施。介绍某工业厂房的改扩建的设计施工实例, 整个过程综合现场实际条件、施工办法及设计等方面的技术要求, 对多种工程技术方案进行比较, 以降低施工难度, 节省造价为目的, 从而达到业主对建筑物的使用功能要求。
关键词:加固; 改建; 扩建
TRANSF ORMATION AND EXPANSION DESIGN OF INDUSTRIAL MILL BUILDINGS
Sun H uiqin
(S . Y . T echnology , Enginee ring &Co nstruction Co . , L td , China Electr onics Enginee ring De sign
Institut , Beijing 100840, China )
Abstract :W ith the deve lopment of new techno lo gy and new materials and their use into the building circle , it has become easier to tr ansfo rm and reinfo rce old building s . I t is presentsed an ex ample of the expansion of an old industrial facto ry . A fter co llig ating the field co nditio ns , the constructio n metho ds a nd the design , we choose the scheme among many , w hich is ea sie r to ca rry o ut and with lass costs . A ll is fo r the only pur po se to meet the functio nal demands o n the building by o wner s . Keywords :reinfo rce ; reno vatio n ; ex pansion
近年来, 随着社会经济的持续发展, 新技术、新产品的层出不穷, 许多建筑物的使用功能也在发生不断的变化, 为了满足建筑使用功能的要求, 结构主体改造、加固技术应运而生, 特别是旧的混凝土结构, 涉及年代久远、新旧规范的跨越, 施工技术、现场实际施工条件等因素。本文对上海某工业厂房加固及扩建的设计施工实例, 此次改建涉及碳纤维、现浇混凝土套、外包钢加固等技术措施。
1 工程概况
此项目为上海某公司原厂区内改造、扩建项目, 占地面积962m 2, 建筑面积1154. 3m 2。原工程竣工时间为1991年, 结构形式为钢筋混凝土框架结构, 建筑物总高度为7. 2m , 建筑总尺寸为32m ×40m , 地上2层, 局部1层, 柱下独立基础。混凝土标号:基础、梁、板、柱混凝土强度等级C20, 墙体填充物为实心红砖; 钢筋混凝土结构地坪, 内配@200钢筋网片。
其中A ～C /1～6轴为办公及监控用房(2层) , 其他1层为动力机房及仓储用房, 见图1
。
. 39, Supplement , 2009 992Industrial Construction V ol
图1 某厂房平面示意
作 者:孙慧芹, 女, 1974年2月出生, 工程师。E -m ail :sunhuiqin @ceedi . com . cn 收稿日期:2009-04-13
工业建筑 2009年第39卷增刊
2 改造扩建要求
1) 此次改造, 建筑物改变了原使用功能; 2) 1层需拆除部分框架柱、梁、屋面板; 3) 新增加1台5t 桥式起重机, 层高需加高; 4) 建筑物扩建; 5) 改造施工过程中, 高低压配电间、实验室设备用房不能影响正常使用; 6) 室外增设大型设备基础。见图2
。
3. 2 解决方案
1) 关于增加桥式起重机及层高加高这部分, 屋顶采用轻钢结构, 压型钢板的轻质屋面, 外围护结构采用加气混凝土砌块; 桥式起重机荷载作用于框架柱上, 计算结果显示, 原有基础大小及变形满足不了改造后的使用要求。
然后考虑地基土或基础加固, 有2种方案在上海比较常用“高压喷射注浆法”, “锚杆静压桩法”。经过与加固施工单位研究与探讨, 这2种地基加固措施, 都需要地坪开挖, 施工机械、设备进场, 施工距离, 高度的要求, 还有钻孔震动等等一系列问题。根据现场实际情况及加固施工单位的具体实施条件, 这2种方法都存在不可克服的弊端; 例如施工机械施工做业面, 水泥浆, 危险气体的使用, 高压泵的震动, 开挖过程中的灰尘等等, 还有高低压配电间周边不得有水、可燃气体出现的要求; 除此之外, 还有施工费用高, 施工周期长的缺点; 综合考虑之后最终放弃了以上2种加固方案。
设计根据现场实际情况及工艺要求, 另辟蹊径; 起重量不变的情况下, 把桥式起重机改用龙门吊, 起重机与结构主体脱离, 自成体系。经过计算, 这种结构满足地基承载力及沉降要求, 且最大计算量在规范要求的5%以内, 满足使用要求。
2) 在结构计算过程中, 在原有高低压配电室, 变电所, 实验室周边都存在需要加固的框架柱, 梁, 板及填充墙体; 然而现场要求在施工过程中, 配电室、实验室内保持清洁, 周边维护不得拆除, 不能影响设备正常运转(可短暂停歇) 。室内加固的部分, 业主内部生产配合, 可暂停使用高低压4～6h 。供电公司现场提供人力物力, 施工单位准备好加固材料, 人力。现场准备工作就绪后, 各单位严谨配合, 轻拿轻放, 支护、遮盖到位, 最大努力缩短施工时间, 使用环保快捷的加固材料; 各方都按照周密的施工计划, 按部就班, 有条不紊, 在很短的时间内, 很好地完成了特殊环境下的加固施工任务。而对于高低压室、实验室外结构加固则采取了常规办法解决, 这部分加固, 各单位积极努力, 工作做到万无一失, 得到业主高度评价。
3) 此项目外维护墙体侧面上, 附着许多各种专业、工艺管道, 管道间距密集; 工艺要求, 管道位置不能移动、不能拆卸。在这种情况下, 设计和施工现场调查研究, 涉及加固的框架柱, 框架梁根据部位不同, 采取不同的施工工艺和方法, 逐一解决。其中使用了碳纤维、外包钢、加大混凝土柱截面等方法。
4) 新旧规范的跨越在加固改造项目中, 构造措
993
[2][1]
图2 某厂房改扩建平面
3 技术要点及解决方案3. 1 技术要点
1) 针对上海特殊的地质条件, 地坪以下大约有1m 左右的硬壳层, 以下均为很厚的淤泥质土, 且该项目为柱下独立基础。设置桥式起重机, 且还要增加起重机区域的层高, 在这种情况下, 地基土承载力及变形能否满足使用要求, 需要进一步的计算并采取可靠方案;
2) 对原有高低压配电室、变电所、实验室要采取必要的保护措施。实验室设备庞大, 属于精密仪器, 不得移动, 严禁灰尘及较大的震动; 供电用房地下、天花板处电缆交错纵横, 不得潮湿见水, 且要求保持清洁干燥; 特殊的环境设计施工要全力配合, 需做详细周密的计划;
3) 此项目外墙固定有许多动力、暖通、消防等管道, 改造过程中也要加以保护, 需设置必要的支护系统, 采用不同的施工工艺来解决结构加固问题;
4) 另有新旧规范的跨越等问题。
针对以上问题, 做了详细缜密的调查研究, 综合各种施工方案的利与弊, 采用以下设计施工措施。
施及计算参数必须遵循现行规范的要求。4 拆除方案及注意事项
因为所拆车间位于厂区中心区域, 周边紧邻其他建筑物, 施工作业面狭窄, 不能占用规划正常使用道路, 拆除难度较大。原厂房实施改造的前期, 首先进行了厂房周边的调查, 制订厂房内部清空房间及预留房间的保护工作方案; 混凝土结构拆除方案见图3。
根据厂区综合平面图进行现场勘察了解建筑物及管线布置, 还有高低压配电室, 实验室特殊要求, 然后制订合理的施工方案。采用机器为主, 人工为辅的施工办法, 对原有需预留的梁板柱采取必要的支护措施。经业主、设计院、监理、施工单位各方共同努力后成功地进行拆除施工作业。5 内力计算
本项目根据实际工程使用要求及现有国家(2001版) 及地方规范的要求, 利用中国建筑科学院PKPM 系列软件进行设计核算
。
层号12
345
土层名称杂填土
褐黄～灰黄色粘土灰色淤泥质粉质粘土灰色淤泥质粘土灰色粘土
层厚/m 1. 60～1. 851. 40～1. 633. 30～3. 5012. 3～12. 549. 20～9. 50
液性指数I t
-0. 40
1. 221. 080. 82
图3 混凝土结构拆除方案
5. 1 设计依据
厂区地质条件见表1。设计使用活荷载见表2。
表1 厂区地质条件
压缩模量/M Pa
-4. 03
2. 461. 713. 11
承载力特征值/k Pa
-85
605565
地下水位地坪以下1. 6～2. 0
表2 设计使用活荷载
建筑名称改扩建
1层地面15
2层3. 5
层面0. 5
卫生间2. 0
kN /m 2
楼梯3. 5
6 结构加固改造措施
1) 梁、板配筋不能满足受力和最小配筋率的情况。
经过建筑整体调整计算, 大部分梁, 板不满足使
用受力要求, 对于梁、板可按计算结果采用碳纤维加固措施, 依据CECS 146:2003《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》; 高强度类碳素纤维布相对于钢筋有10倍以上的抗拉强度, 不但具有耐腐蚀、耐潮湿的优点, 还有不增加结构主体的自重、耐用、维护费较低优点, 但在防火方面需要特殊的处理; 此工程的碳纤维加固依据了“加固后受弯承载力的提高幅度不宜超过40%”的原则, 进行碳纤维片材-梁抗弯加固设计, 施工图样图节选如图5所示
。
5. 2 设计参数
设计参数如下:雪荷载为0. 20kN /m 风压为0. 55kN /m
2[4]
2[3]
; 基本
; 抗震设防烈度为7度; 地震加
速度0. 10g , 设计地震分组为第一组; 场地土属四类场
[5]
地, 框架抗震等级三级。改造、扩建结构平面见图4。
1-新建柱; 2-新建的梁; 3-新建的配电间部分
图4 改造、扩建后结构平面示意
图5 施工图样图节选示意
994
2) 框架柱配筋不能满足受力和最小配筋率的情况。
根据此工程的特殊性, 对于柱加固采取了两种方式, 依据CECS25:90《混凝土结构加固技术规范》; 有施工作业面的采用混凝土加大截面法, 而对于没有施工条件的框架柱则采用外包钢法。
a . 混凝土加大截面法示意见图6
。
网砂浆面层的方法加固墙体, 面层采用M 10水泥砂
浆。
b . 钢筋网的钢筋直径选用 4, 网格尺寸实心墙为300mm ×300mm , 空斗墙为200mm ×200mm . 钢筋网长度沿墙长方向1000m m 及1/5墙长最大者, 网片沿墙高满布; 钢筋网四周应与楼板、大梁、或墙体连接, 采用锚筋、插入短筋、拉结筋等连接方式. 7 改建部分
此工程改建部分为局部增加层高, 这部分采用混凝土柱加长, 钢梁与混凝土柱锚栓连接的方法; 屋面采用轻钢屋面, 且在梁顶周圈增加一道钢筋混凝土联系梁以增加结构整体的稳定性, 见图8
。
图6 混凝土加大截面方法示意
b . 外包钢加固柱, 补足总体分析的柱配筋不足。加固方式采用环氧树脂化学灌浆的湿式外包钢加固方法, 计算时考虑抗震因素钢材强度乘以降低系数0. 7, 节点示意见图7
。
1-加固后的柱子; 2-原有混凝土屋面; 3-原有的柱子
图8 钢梁与混凝土柱锚栓连接示意
8 贴建、扩建部分
此工程贴扩建部分均采用混凝土结构, 尽量独立成体系的原则; 局部与主体连接, 采取旧梁拆除时预留的钢筋锚入新混凝土柱内, 满足03G 101-1《混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图》的锚固要求, 新梁与旧梁连接采取植筋的措施。
以上均为整个项目改扩建实施过程中的施工方法。目前, 改造后的厂房已投入使用, 且反映良好。9 加固改造注意事项
对于任何一个加固改造项目, 在设计任务开始之前, 必须对项目的总体要有一个鲜明的认识, 明确使用功能的变化, 了解工艺的使用要求, 且要实地进
a -外包钢加固柱柱底做法; b -外包钢加固柱楼层做法;
c -外包钢加固柱顶层做法; d -截面
1-钢板; 2-角钢; 3-钢板与角钢焊接; 4-细石混凝土浇捣; 5-箍筋; 6-室内地坪; 7-基础顶; 8-原柱宽; 9-楼层;
10-屋面; 11-柱四角角钢图7 外包钢加固节点示意
行周全的考察, 收集详细的原始地质勘探资料及项
目的竣工图、计算书; 除此之外还要请专门机构进行建筑物可靠性的鉴定, 做为设计的参考依据。加固改造过程中, 不仅仅是使单个构件满足结构使用要求, 还要在结构计算过程中, 按现行规范要整体满足抗震设防要求, 主体刚度要分布均匀, 避免形成新的薄弱层; 但有些建筑物涉及年代久远, 如
(下转第1072页)
995
3) 填充墙与框架柱、构造柱及墙墙之间拉接的加固改造。
a . 此工程填充墙采用水泥砂浆面层和双面钢筋
4 轴心受压承载力计算公式评价
按现行规范采用增大截面加固法, 钢筋混凝土轴心受压构件正截面受压承载力按式(1) 计算, 而按本文理论推导的计算方法是按照式(9) 。这两个公式不同点在于α。规范式(1) 中αcs 统一取值0. 8, 笔
者认为这是不妥的, 没有考虑当时的应力状态, 比较
粗糙。而本文方法是将α分为αc 与αs , 即新增混凝土与钢筋的强度系数分别考虑, 并且αc 、αs 是与加固时构件的应力水平β有关的, 不同的β可以有不同的αc 、αs , 见表1。
表1 混凝土系数
βαc αs
0. 1001. 0001. 265
0. 2000. 9891. 193
0. 3000. 9731. 116
0. 4000. 9491. 033
0. 5000. 9140. 943
0. 6000. 8650. 843
0. 7000. 7950. 730
0. 8000. 6940. 596
0. 9000. 5320. 422
0. 9500. 3970. 298
注:表1计算中, ε. 002; E S 取2. 0×105N /mm 2; f y ′取300N /mm 2c0取0
加固后, 构件的受压承载力N 与加固时构件的应力水平关系紧密, 从表1可以看出这一点。若应力
c 、s 变大, 加水平β低, 则新增材料强度利用系数αα
固后承载力N 就高; 反之, 若应力水平β高, 则新增
中查到。
5 结 语
本文从混凝土应力应变的基本模型出发, 推导建立了轴心受压构件正截面加固计算中的基本公式(9) 与混凝土加固设计规范中的公式(1) 相比, 更充分地考虑了原构件的应力水平对加固后受压承载力的影响, 比较符合实际, 并且容易计算。
参考文献
[1]江见鲸, 陆新征, 叶列平. 混凝土结构有限元分析[M ]. 北京:清
华大学出版社, 2005.
[2]GB 50367-2006 混凝土结构加固设计规范[S ].
[3]GB 50010-2002 混凝土结构设计规范[S ]. [4]陈惠发, 萨里普A . F . Elas ticity and Plasticity [M ]. 北京:中国建
筑工业出版社, 2005.
材料强度利用系数αc 、αs 变小, 加固后承载力N 就低。这个结论应当更贴切构件的实际受力状态, 比规
范式(1) 更贴合实际。在实用中当αs >1时建议取1. 0。
本文的理论推导是基于文献[1]的应力应变模
c 小于峰值应变εc0时, 型式(4) , 如果混凝土应变ε应力状态遵循式(4) , 那么, 整个推导过程既在理论
上严谨, 又有实用价值。
目前, 结构分析软件已广泛应用与工程设计中, 对原构件的受力状况N 0已不难通过软件分析得到。因此采用式(9) 计算加固后承载力N 是完全可行的, 式中其他参数都可从混凝土结构设计规范
[3]
(上接第995页)
果按现行规范执行有些困难, 具体情况应具体分析, 集专家意见适当实施。
在使用新技术、新产品的时候, 一定要经过正式的鉴定检验才可使用。例如, 在植筋过程中, 一定要使用耐高温的植筋胶, 这一点很重要。在许多改造加固中, 曾出现过此种施工失败问题, 给业主、施工造成不必要的浪费等等。10 结 语
科学技术的发展, 建筑加固改造的办法也越来越多, 施工也变得容易实施。通过上述改造项目, 给设计者们一个很大的启示。广义上讲, 无论工业还
是民用建筑, 设计施工过程中, 并不是简单的结构专业技术的单纯累加。要充分结合到施工现场的实际情况, 采取有效合理地设计施工方案, 是做出一个好项目关键。如何因地制宜, 采取合理的实施办法, 值得设计施工人员去多多的思考。
参考文献
[1]JGJ 79-2002 建筑地基处理技术规程[S ]. [2]C ECS 25:90 混凝土结构加固技术规范[S ]. [3]GB 50009-2001 建筑结构荷载规范[S ]. [4]GB 50011-2001 建筑抗震设计规范[S ].
[5]C ECS 146:2003 碳纤维片材加固混凝土结构技术规程[S ].
1072