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浅谈某通信机房大楼整体抗震加固

作者:钧测检测 发布日期: 浏览次数:

  一、工程概况

  该房屋位于上海,原设计主要作为加工仪器、仪表或电子产品的厂房使用。厂房为地下一层,地上五层的钢筋混凝土框架结构,建于1994-1995年,建筑面积约1万平方米。厂房建筑平面大体为矩形,东南角局部突出,楼梯间位于东南角和西北角,东北端有电梯间,房屋东西向总长度56m,南北向宽度29.6m,室内外高差1.2m。厂房四周有外围护墙,室内楼梯间,电梯间,卫生间和9~10轴间办公生活区有隔墙,9~10轴间一层到四层均有夹层。厂房地下室层高3.7m,一层层高6m,二层层高5m,三层层高5m,四层层高5m,五层层高4.5m。现拟将厂房用途改为通信机房。

  厂房原设计为单向框架,横向框架梁跨度为12m,梁主要截面大小为350mm×1100mm,纵向主次梁跨度均为6m,梁截面大小250mm×500mm。厂房主体结构混凝土强度C25~C30,夹层楼板厚度80mm,混凝土强度C20。填充砖墙采用机制空心砖,厚度240mm,25号混合砂浆砌筑,局部内墙采用泰柏板轻质隔墙。地下室外部混凝土墙厚350mm,内部混凝土墙体厚度250mm、350mm,墙体双层双向钢筋。地下室混凝土强度C30。基础采用桩+承台基础,混凝土大底板,承台厚度1.6m(含基础底板0.6m),预制桩采用全国通用建筑标准设计结构试用图集《预制混凝土方桩》(JSJT-89),厂房桩型JZHb-240-1515C、JZHb-240-1514C,截面400×400,桩混凝土强度C40,桩长29~30m,设计单桩承载力Nu=1100kN,桩尖位于砂质粉土上。厂房基础筏板厚度为650mm,南北向钢筋板底、板顶φ16@180钢筋,东西向钢筋板底、板顶φ16@140,东西向基础梁尺寸500×1300,南北向基础梁400×1200、700×1500。混凝土采用C30、S8防渗混凝土。

  二、 原结构验算结果

  改造作为通信机房使用后,房屋楼面荷载增加较大,用PKPM结构设计软件对原结构进行验算。

抗震检测

  地震作用:地震烈度在结构计算时按七度(0.1g),特征周期为0.90s,设计地震分组为第一组,场地类别为上海。由于作为网络机房使用,其使用功能不能中断或需尽快恢复的建筑,依抗震设防分类标准为乙类建筑,框架抗震等级取为二级,剪力墙抗震等级取为一级。

  风荷载:基本风压取0.55kN/m2,地面粗糙度取B类。

  活荷载及恒荷载参考并结合现场检测结果及荷载实际分布情况按《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)规定取值。

  楼面恒载:200厚现浇板楼面取6.5 KN/m2,120厚现浇楼面恒载取4.5 KN/m2,,100厚现浇楼面取4.0 KN/m2,,80厚现浇楼面取3.5 KN/m2,,屋面取5.5 KN/m2,,突出部分取4.4 KN/m2,,楼梯间取6.5 KN/m2,。墙体恒载取4.5 KN/m2,。

  活荷载:楼面机房活荷载取8.0KN/m2,夹层活荷载取2.0KN/m2,楼梯活荷载取2.5KN/m2,走廊活荷载取2.5KN/m2,卫生间活荷载取2.0 KN/m2,上人屋面活载取2.0 KN/m2,不上人屋面活荷载取0.5 KN/m2,屋顶电梯间活荷载取为7.0KN/m2。

  材料:钢筋及混凝土强度根据原设计数据取值。构件截面尺寸按照原设计图纸和现场实测取值。

  房屋结构平面布置规则、基本对称,竖向剖面也对称,结构的侧向刚度均匀变化,竖向抗侧力构件的截面尺寸自下而上逐渐减小,质量分布较均匀,不属于不规则类型。

  通过计算,计算结果反映出以下几个问题:

  (1)框架柱轴压比

  改变用途后,一层柱大部分轴压比超过规范限值,二层及以上少数几根柱轴压比超过规范限值。

  (2)层间位移

  结构平动为主的第一自振周期为1.7316s。在地震作用下,改变用途后的结构X向层间位移角最大值为1/346,已经超过规范要求的1/550;Y向层间位移角最大值为1/381,也超过规范要求的1/550。

  (3)结构梁、柱、板的配筋复核

  将计算结果与原来设计图纸进行对比发现,局部梁、柱的配筋不足,且欠缺较大,屋面板的配筋不足。

  (4)地基基础验算

  采用板元法基础结构有限元程序JCCAD进行基础验算,表明基础基本满足规范要求。

  由于房屋原设计为单向框架,房屋纵向较薄弱,房屋的结构体系、层间位移、箍筋配置等抗震构造与现行规范有差异。且现作为网络机房使用,楼面活荷载增加较多,结合以上分析和验算,静承载力和抗震都不能满足规范要求,为了保证结构的安全性,必须对结构进行加固处理。

  三、加固方案及加固后计算结果

  通过对结构体系的整体分析,并结合现场实际施工条件,本着经济适用的原则提出了以下的加固方案。

  1、承载力不足的加固

  由于机房楼面活荷载为8kN/m2,较原来的设计荷载增大很多,根据现场检测和结构抗震验算结果,提出如下加固方案:

  对配筋不足的梁采用粘贴碳纤维板加固处理;

  由于楼面荷载增加较大,大于原有楼板的设计荷载,因此建议对屋面和各楼层楼板采用粘贴碳纤维的方法进行加固。

  2、抗震加固

  抗震加固方案如下:

  由于一层框架柱大部分轴压比超限,采用灌浆料加大截面法加固,对地下室、二三层柱子,建议也加大截面,以增加结构抗侧力刚度;

  由于原设计年份为1992年~1995年,梁和柱加密区箍筋配置、框架节点核芯区箍筋配置不能满足现行抗震设计规范中对抗震构造措施的相关规定,采用加碳纤维布U型箍的方法加固;

  原设计为单向框架,结构体系不满足现行规范要求,而且在结构验算中也体现为部分与柱相连的纵向连系梁配筋不足或者超筋,层间位移角超过规范限值,将西北角和东北角四周的楼梯间填充墙体改为钢筋混凝土剪力墙,以抵抗地震力,剪力墙分布区域见图1所示。

  3、加固后计算结果

  1)框架柱轴压比

  通过对原结构轴压比超限的柱采用加大截面方法加固后,柱轴压比都控制在0.80以内,满足规范关于轴压比的限值。

  2)层间位移

  增设钢筋混凝土剪力墙后,结构平动为主的第一自振周期为0.8003s。在地震作用下,改变用途后的结构X向层间位移角最大值为1/734,满足规范要求的1/550;Y向层间位移角最大值为1/652,满足规范要求的1/550。虽未达到规范关于框架-剪力墙结构1/800限值的要求,但由于是加固改造项目,已能符合使用要求。

  3)梁、柱配筋

  通过上述方案加固改造后,结构未出现梁、柱超筋现象。

  由此可见,上述加固方案有效可行,加固效果良好。加固后的结构能较好的完成预期的功能要求。

  四、 结论

  目前,本大楼经过加固施工后作为通信机房已投入使用,运行状态良好。从本工程实例可以看出,增设剪力墙对于框架结构而言是一种有效的整体抗震加固的方式,能达到良好的经济效益,对同类型的改造加固工程具有一定的借鉴意义。

  参考文献

  (1) GB50292-1999 民用建筑可靠性鉴定标准[M].北京:中国建筑工业出版社.1999

  (2) GB50009-2001 建筑结构荷载规范(2006年版) [M].北京:中国建筑工业出版社.2002

  (3) GB50010-2002 混凝土结构设计规范[M].北京:中国建筑工业出版社.2002

  (4) GB50011-2001 建筑抗震设计规范(2008年版)[M].北京:中国建筑工业出版社.2008

  (5) JGJ116-2009 建筑抗震加固技术规程[M].北京:中国建筑工业出版社.2009

  (6) CECS146:2003 碳纤维片材加固混凝土结构技术规程[M].北京:中国计划出版社.2003

  (7) GB50367-2006 混凝土结构加固设计规范[M].北京:中国建筑工业出版社.2006

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