办公楼加固改造设计.docx
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办公楼加固改造设计
办公楼加固改造设计
据相关资料统计，老旧建筑加固改造比新建可节约投资50％左右，缩短工期60％，收回投资的速度比新建快3倍~5倍。
上世纪80年代及以前计算机结构分析软件尚未广泛应用和普及,结构计算结果存在很多不足：
结构计算模型简化近乎理想状态（如：
多层计算假定为无侧移刚架模型）、计算采用平面空间模型而非三维空间模型、计算结果缺乏足够的可靠性和安全性；同时，这个时间修建的建筑经过30年左右的使用，结构的耐久性已下降，使用功能也会发生改变。
所以对这类建筑结构的加固改造是必要的。
1、工程概况
**公司办公楼*占地3766.22平方米，建筑呈“L”型布局，总建筑面积12570平方米，初始设计为7层框架结构，1989年建成5层框架结构投入使用，1994年增加3层，该房屋为8层钢筋混凝土框架结构，为L形布置，在拐角处设有变形缝。
图片1.3办公楼结构平面示意图（各层类似）
本办公楼自修建至今已使用27年，历经不同的的业主使用，建筑的办公使用功能总体没有变化，但多次的装修改造造成了部分梁、板、柱构件不同程度的损伤，本次装修改造的原则也是不改变办公楼的使用功能，局部个别房间为满足现行国家相关规范的要求改造成卫生间和设备用房；在经历了5.12汶川地震、4.20芦山地震都未对其进行加固改造。
本次加固改造设计为保证在后续使用年限内的可靠性、安全性，根据《混凝土结构加固设计规范》（GB50367-2013）的规定，本工程结构加固后的后续使用年限为30年（简称A类建筑）。
2、加固设计的所遇问题及解决
业主提供的原始资料缺失较多，仅有初始设计的7层建筑各专业的图纸和本工程的抗震鉴定报告。
1994年的加层结构图、第一次修建按5层修建的结构图、本工程两次施工的竣工图以及期间几次装修改造图均没有。
针对此问题，又委托检测单位对本工程进行全面的检测——1~5层以现场检测复核原结构图为准，二次修建的6、7、8三层以现场检测的数据作为复原本工程结构模型依据。
通过上述处理，基本准确完整的把加固设计模型建立起来。
3、本工程结构抗震鉴定及安全性鉴定结论
3.1、现场检测结论
1、①楼面梁存在局部混凝土脱落，纵筋、箍筋外露锈蚀；局部混凝土脱落，纵筋、箍筋外露锈蚀；出屋面构架挑梁底部箍筋锈胀，梁体表面渗水、霉变，部分梁底，箍筋锈胀；水箱抬梁底部钢筋外露锈蚀严重；部分楼（屋）面梁近支座处梁侧面面层开裂，最大裂缝宽在0.1~0.2mm间。
②楼面板个别区域板跨中，并存在错动现象；现浇板存在个别钢筋外露，钢筋被局部截断现象，现象较普遍。
③房屋外装饰条存在损伤或缺失现象；部分墙面及吊点存在渗水现象。
2、混凝土柱强度推定值介于24.3MPa~40.9MPa间；混凝土梁强度推定值介于25.8MPa~36.0MPa间；混凝土板强度推定值介于29.0MPa~39.7MPa间。
3、混凝土柱碳化深度在6.0mm~6.5mm间；混凝土梁碳化深度在6.0mm~6.5mm间；混凝土板碳化深度在6.5mm~7.0mm间。
碳化深度小于保护层厚度，钢筋处于混凝土碱性保护中。
4、办公楼X向无明显倾斜规律；Y向无明显倾斜规律，倾斜率整体满足规范要求。
3.2、抗震鉴定结论
办公楼结构构造有多处不符合抗震要求，部分房间存在钢筋露筋、锈蚀；填充墙与混凝土梁、柱存在竖向或水平裂缝；个别混凝土梁近支座处梁侧存在混凝土竖向裂缝；填充墙拉结筋设置；各楼层综合能力抗震指数均大于1.0，综合抗震能力满足A类房屋要求，但部分抗震构造措施不满足要求，部分楼层框架柱轴压比超限，部分柱配筋不满足抗震承载力要求，部分框架梁配筋不满足抗震承载力要求，应采取措施进行抗震加固处理。
3.3、安全性鉴定结论
办公楼地基基础为Bu级，上部承重结构为Cu级，围护系统结构为Cu级。
根据地基基础和上部承重结构的评定结果，按其中较低等级确定，该建筑鉴定单元的安全性评级为Csu级，安全性不符合该标准对Asu级的要求，显著影响整体承载力。
3.4、相关建议
1、对轴压比超限处的框架柱进行加固处理。
2、对混凝土柱及梁抗震承载力不满足要求的构件进行加固处理。
3、对出现裂缝及露筋锈蚀的混凝土构件采取措施进行处理。
4、对穿管、钢筋截断、钢筋外露锈蚀的混凝土板采取措施进行处理。
5、应综合考虑该房屋后期装修改造的影响，并结合本报告，对该房屋进行整体复核验算及加固改造设计，未经设计许可或技术鉴定，不得随意增加荷载。
4、本工程结构加固设计
4.1、设计荷载
1、活荷载取值：
根据《建筑结构可靠度设计统一标准》的规定——活荷载标准值为设计基准期内活荷载最大分布的某一分位值。
《建筑结构荷载规范》自GBJ9-87版起就规定在楼面的活荷载标准值取值在调查和统计的基础上，考虑荷载随时间和空间的变异性，进而采用了概率统计模型，持续性活荷载和临时性活荷载统一采用等时段的平稳二项随机过程概率模型，假定（设计基准期T=50年）：
a．荷载出现的概率为P，不出现的概率为l—P；
h．荷载持续一次作用时间为τ，则在准基期为荷载变动次数r=T／τ；
c．荷载任意时点的概率分布函数是相同的。
根据以上假定，τ=10年，r=5次，出于分析上的方便，对活荷载分布函数采用了极值I型分布函数：
F（x）=exp{-exp[-α（x-u）]}
其中：
u：
众值u=µ-0.5772/α
α：
尺度参数α=π/2.4495σ
µ、σ为分布函数的平均值和标准差。
二者根据Tukstra的组合原则，并按一定的分位值，得出楼面活荷载的标准值（Qk1）。
但在结构加固时，由于结构已处于服役期，因此荷载基准期T=50年的假定已不再适应，而应改成目标使用期T（t）=30年，根据上述理论得出30年的荷载基准期内的活荷载标准值（Qk2）。
参荷载规范的条文说明Qk2相当于0.95Qk1。
本次加固设计活荷载取值采用了现行《建筑结构荷载规范》的规定，未进行折减，以保证建筑结构加固后的后续使用年限内的活荷载可靠度。
2、建筑恒载卸荷处理：
本工程自1989年建成已使用27年，并几经变更业主，各个使用单位根据自己的喜好对本工程就进行过多次装修。
原设计的建筑楼面为水磨石地面，现状为地砖楼面，根据检测单位现场实测——建筑结构面以上的二次建筑装修层厚度有100mm左右。
为满足后续使用结构安全要求，也是加固施工工艺对结构表面的要求，对结构面层以上的二次装修层进行剔除卸荷处理；同时本次建筑房间分隔增加墙体采用轻质隔墙板（不大于0.8kN/㎡）或玻璃隔断；本次楼面装修采用：
走道、大厅及卫生间设计为地砖地面（荷载大小与原设计相当），其余房间设计为地毯地面。
现状计算模型及结果，不满足抗震验算部位：
结构空间振动模型图
结构加固前柱配筋超限图
4.2、加固设计
加固设计思路：
鉴于本工程原设计时间在上世纪80年代，结构空间计算考虑不足，造成结构侧向刚度偏弱，本次加固设计着重对框架梁、柱的结构整体加固，重点对框架柱的加固——底层按混凝土加大截面处理，二层以上的加固部位采用外包型钢加固，以保证结构的轴压比在0.90以下；在八层会议室两侧的框架柱为单跨框架，尽管其各项构造指标均满足规范，为保证其安全度均进行外包型钢加固处理（以避免其加固后的刚度相对于下一层突变，会议室两侧的框架柱自一层加固至8层）；结构混凝土强度取现场实测值与原设计值的较小值，这样偏于安全。
原设计底部三层为梁、板、柱混凝土强度为300号，折算成现行规范的混凝土强度为C28，三层以上部位混凝土构件混凝土强度为25号，折算成现行规范的混凝土强度为C23。
检测单位实际检测数据中只有3层有一个点低于原设计值。
①对轴压比超限处的框架柱采用加大界面法进行加固处理，因此类问题多在底部产生，加上本建筑为上世纪90年修建就，侧向刚度偏弱，在下部尤为严重。
所以采用增大截面法加固设计不仅可以提高加固框架柱的承载能力，而且还可以通过加大其截面刚度，改变其自震频率，使正常使用阶段的性能在某种程度上得到改善。
此加固方法施工简单，将原柱截面加宽160～200mm。
②对承载力不满足要求的钢筋混凝土柱采取外包型钢法加固设计，其加固特点是被加固构件的截面和自重增加不大，基本不影响建筑空间尺寸，施工工期较短。
③对承载能力不满足要求的钢筋混凝土梁采取粘贴钢板进行处理，粘钢加固的主要特点是被加固构件的截面和自重增加不大，基本不影响建筑效果，施工作业队周边环境干扰小，可靠性高。
加固计算模型及加固部位：
结构空间振动模型图
4.3结构加固后分析结果
加固设计前、后的主要结果对比如下：
结构位移控制参数
加固设计前
作用方向
X
Y
楼层最大层间位移与该楼层平均值的最大比值
1.06
1.26
楼层层间最大位移与层高之比的最大值
1/1063
1/781
加固设计后
作用方向
X
Y
楼层最大层间位移与该楼层平均值的最大比值
1.04
1.25
楼层层间最大位移与层高之比的最大值
1/1115
1/801
最大轴压比：
加固设计前：
1.14；加固设计后：
0.80
楼层屈服强度系数（最不利前三位）
加固设计前
序号
X向
Y向
1
2.3
2.8
2
3.6
3.1
3
3.7
3.2
加固设计后
序号
X向
Y向
1
6.0
5.6
2
7.6
7.1
3
7.8
7.1
楼层抗震能力系数（最不利前三位）
加固设计前
序号
X向
Y向
1
1.4
1.4
2
1.6
1.5
3
2.3
2.1
加固设计后
序号
X向
Y向
1
3.9
2.8
2
4.8
3.4
3
4.9
3.5
楼层综合抗震能力指数：
体系影响系数、局部影响系数的取值：
体系影响系数：
0.8，局部影响系数的取值：
0.7.
加固节点详图：
五、结语
1.确定合理的后续使用年限，可以有效控制改造加固成本。
2.减少结构自重，如地面采用地板、地毯、墙体采用轻质隔墙、玻璃隔断等，尽可能满足现有构件的承载力及降低结构地震反应力。
在改革开放初期的特定历史时间和在建筑技术具有局限性的特定条件下，我国修建了大量的类似本工程的建筑，并且已经使用了近30年，这类建筑也进入了维修加固期。
本次加固设计虽还有许多改进的地方，但本工程从资料搜集、荷载分析取值、加固设计分析等方面为后续开展结构加固工作做参考。
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