框架结构楼改造加固设计探讨

摘要：在现代建筑设计领域，框架结构设计无论是在保障建筑安全还是在保证建筑外观形态方面都占有重要战略位置。本文结合工程实例对框架结构楼改造加固设计进行探讨。

关键词：框架结构楼;改造;加固设计

一、工程概况

某工程为4层框架结构占地面积9960m²，总建筑面积4100m²，首层层高5.5m，其余各层均为5m，基础为400锤击预应力管桩。原设计用作普通商场，楼面均布活载标准值为3.5kN/m²，现业主根据市场需求提出对2层局部进行重新布局，改变其使用功能，需将楼面均布活载标准值提高到6.0kN/m²。因活载大幅增加，经设计计算复核发现原结构设计承载力不满足要求，需对所有结构构件和基础进行加固处理。

二、楼板加固设计

1、加固方案

原结构楼板设计厚度为110mm，面层20mm，水泥砂浆抹面采用C25混凝土，I级钢筋结构尺寸及板内配筋如图1所示。

图1" 楼板原配筋图

经技术经济分析，决定采用加大截面法对楼板进行加固，因该法投资较少，施工速度快且质量有保证，为使加固后的楼板整体受力，必须将原板面凿毛深约4mm，且每隔0.5m凿出宽30mm，深10mm的凹槽作为剪力键，洗净后浇筑40mm，厚的C30细石混凝土层使楼板厚度增至170mm。

2、荷载计算

原楼板自重3250N/m²，增厚部分自重1000N/m²，即恒载q₁=4250N/m²，活载q₂=6000N/m²，总荷载q=q₁+q₂=10250N/m²，计算简图如图2所示。

图2 荷载计算简图

3、内力计算

各截面的总弯矩取值见表1。

表1" 板弯矩计算数（kN.m）

计算

边跨

参数

跨中

支座

跨中

支座

M1k

2.54

-3.41

1.07

-2.57

M2k

3.59

-4.81

1.51

-3.62

Mz

8.09

-10.83

3.40

-8.17

注）M1k、M2k分别由q₁、q₂引起的弯矩;Mz=1.2M_1k+1.4M_2k

4、截面承载力计算

计算结果见表2，其中跨中截面h₁=170mm，h₀₁=155mm，支座截面h₁=170mm原板中负筋有效高度=95mm，新配筋有效高度=155mm可见支座处Mu=0.128，查表得=0.119，则Mu<=12.78>Mz，满足要求。

表2" 截面承载力验算结果

计算

边跨

参数

跨中

支座

跨中

支座

Z=rfy/fc

0.038

0.081

0.038

0.081

as（查表）

0.038

0.077

0.038

0.077

Mu

10.86

-7.42

10.86

-7.42

注）Mu为截面承载力，。

5、钢筋应力计算

对于边跨跨中截面，有：

对于支座截面，后浇层处在受拉区，未出现钢筋应力超前现象，相反后补筋与梁中原配筋相比则存在应力滞后现象，因此对连续板支座处补配的受拉筋应力一般不必验算，整体加固如图3所示。

三、梁、柱的加固设计

将2层楼板厚度增至170mm，活载增至6kN/m²，采用广厦结构CAD 软件进行整体分析计算，其结果为2层梁和首层柱配筋增大，部分梁柱出现超筋。

经研究决定采用增大截面法对梁和柱进行加固，由于需增补受力钢筋故梁底需增高50mm，加上楼板加固时增高60mm，使得梁总高增加110mm，首层柱的四周外包80mm，厚混凝土层，则柱每边加宽160mm，梁端弯矩取调幅系数0.8重新计算通过。调幅使梁端负弯矩减小并增加跨中弯矩使梁的上下配筋更均匀。但计算程序梁端弯矩调幅对次梁无效，结果显示次梁由200×600改为200×710 后，底筋和支座负筋都比原配筋稍多但箍筋不变;框梁由300×800改为300×910后，由于梁高增大且梁端调幅其支座负筋相当支座处不需加固而底筋相差较多，箍筋不变;框架柱由600×600 改为760×760后，由于截面增大，部分柱的配筋反而略为减少，只需加配构造筋加大截面即可，而部分配筋增多的柱则根据增加配筋量采用加大截面法进行加固。

1、次梁

次梁底筋和支座筋不需增加较多钢筋，且原梁配筋率较低，故可采用增补受拉筋的方法进行加固。由计算结果配筋减去原钢筋面积，再除以0.9即为所需增配的钢筋面积。增补筋与原梁的连接采用半焊接法，即先凿去原焊接处混凝土保护层，并在跨中设置临时支撑，然后分段把增补筋焊接在梁中原筋上，再喷射一层C30细石混凝土保护层，使增补筋通过焊接锚固和粘结固结，其受力特征可接近于原钢筋，受力较可靠，次梁加固如图4所示

其中钢筋头要求直径≧20mm，长度≧5d（d为新增纵筋和原有纵筋直径的较小值）且≦120mm，各钢筋头的中距≦500mm，每根增补筋焊点在点以上。

2、框梁

框梁通过增大梁高和梁端调幅，其支座负筋基本满足要求，故支座处不需加筋处理，不过底部钢筋增加较多，故采用与次梁相同的方法进行底筋加固。

由于2层楼面荷载增大，致使部分首层柱配筋不能满足要求，需补强加固，补强方案是在原有柱外围加设80mm厚钢筋混凝土围套。通过框架计算简图计算柱内力，就可确定各柱的缺筋量，除以0.9即为需增补的钢筋量，加设封闭式箍筋8@200。混凝土柱后加主筋用植筋紧固于混凝土承台上在楼板处贯通，原框架柱为C25，新浇混凝土为C30细石混凝土。为提高新旧混凝土接触面的抗剪力增设f16销钉（如图5），为便于柱围套内混凝土浇筑，在柱顶板面开凿了浇筑孔，开孔时保证原板筋不受损。

图5" 框架柱加固大样

4、基础

原基础采用400锤击预应力管桩，L≈20m，以中风化砂岩为持力层，单桩承载力特征值1000kN，大部分为三桩和四桩承台。根据改造要求对基础进行了分析计算，结果表明柱底轴力标准值有所增大，最大约280kN。考虑到管桩施工质量较有保证，加上地质条件较好（中风化砂岩以上均为可塑硬塑的粘土层），且结构已建成5年，桩基础承载力可提高即单桩承载力可达1100kN，故可满足要求至于底筋增大的几个承台，可加浇200mm厚的C30混凝土面层，以加大承台厚度和减少计算配筋。

四、介绍语

该改造工程完工经观测沉降较均匀且不大，各项指标均满足规范要求，且新旧混凝土构件交接处无裂缝结构性能良好取得了良好的经济和社会效益为今后类似工程积累了经验。

参考文献：

[1]吴宗泽.框架结构设计原则及应注意的问题[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2010，31（06）：56～57.

[2]张恒.建筑框架结构设计中应注意的一些问题探讨[J].民营科技，2010，25（03）：31～32.

[3]周俊，肖晓珊.建筑框架结构设计的技术措施与技巧探析[J].建材与装饰（中旬刊），2007，35（11）：78～79.