1加层加固房屋的受力分析和加固方案的探讨

1.1实例工程概况

某商业大楼工程前身是一幢七层的现浇钢筋砼框架结构，没有任何地震反应，地基采用了一种新型的板筏地基。因施工单位因扩大经营需求，需将原7层楼改为10层楼，并按照福州7度地震设防。楼面活荷载：1-4层为固定的购物中心，5-7层以前是办公楼，现在改成了购物中心，另外增加了8-10层作为办公室和活动场地。

1.2加固方案的选择

经过研究，最后决定以增加结构的整体侧向刚度为主要原理，进行了以下几种加固措施：

(1)在原有“L形”平面形态的建筑“内转角”增加一部电梯井，并在其周围设置一座配有框架的抗侧力剪力墙，并在其角部增加一层配筋混凝土剪力墙。

(2)采取扩大截面的方法，适当增大立柱的截面；

(3)对原有框架梁的梁端承载力不足的部位，可通过粘贴钢板或碳纤维布等方法进行加固；

(4) 利用静压桩对地基进行补强。

根据上述设计方案，经整体模拟计算，加层后结构的整体抗震性能能够满足设计要求（地震循环和水平位移都满足设计要求）。尤其是增层后，每一层梁的新内力与原有梁的受力情况差别不大，与加固前的受力情况基本一致。

2框架结构加层加固设计要点

2.1框架结构加层加固中应强调强柱弱梁、强剪弱弯

鉴于该项目受商场功能约束，无法在商业中心设置钢筋砼剪力墙，只能在建筑边缘设置部分剪力墙以提高其抗侧承载力，但其整体刚度仍不够大，且剪力墙承受的地震倾覆力矩也不超过50%，因此，为保证结构在加固后仍能保持较好的抗震性能，目前在设计中仍坚持“强柱弱梁”的原则。

由于原框架结构中的混凝土强度普遍偏低，一、二层柱为C25，三-七层柱只有C20，按原层数、原荷载及原截面计算，轴压比都已超限。但由于柱轴压比限值较高，导致柱延性不足，易发生脆性破坏。

为保证柱的轴压比，同时又不会造成截面过大，在具体设计中，我们通过“卸荷”和增加新加混凝土的方法，对一些大截面的柱，按照抗震规范，采用了复合螺旋箍（经过与建设单位的研究，在施工中实现了螺旋箍的设计），螺旋环间距不超过100 mm，箍筋肢距不超过200 mm，直径不少于12 mm，且原柱截面增大后接近于核心柱，所以轴压比应增加0.1，也就是将其控制在0.9以内，其他的都要控制在0.8以内。

然而，原有的框架柱配箍只配箍¢6@250双肢箍，远远小于规范规定的最小容积配箍率，以实现“强剪弱弯”的增强效应。针对目前单柱配箍率严重不够的问题，项目拟采取如下增强方式，即：柱四边变粗，再加粗后，配箍（只适用于轴向压力较大的柱），配箍的尺寸控制在¢12@100以内，满足配箍率的要求。

对框架柱纵向钢筋的配置，应按《混凝土结构加固设计规范》中的“增大截面加固法”设计公式来计算配筋量，而不是简单地从电算结果中直接取用计算出的结果。

2.2框架竖向构件加层加固应重视应力滞后

采用“增大截面加固法”的工程中，框架柱的加固是通过新加混凝土截面与原柱混凝土截面的组合实现的。由于新加混凝土与原柱混凝土在受荷过程中应力应变不同，计算承载力时不能简单将加大后的柱截面作为整体计算。考虑到加固前构件已承受荷载，截面应力较高，而新加固部分在新增荷载下才开始受力，存在应变滞后问题。为解决这一问题，在加固设计中应注意加固构件的应力应变滞后。可采取两方面措施：一是卸除原房屋尽可能多的永久性荷载，例如隔墙、梁板面层等；二是在凿除原柱表面混凝土保护层的同时对梁端进行加临时支撑，相当于帮助框架柱临时卸荷。通过这些卸荷措施，可减少原柱混凝土受压应力，降低新加混凝土的应力滞后问题，提高整个加固柱的协同承载能力。

2.3重视抗震加固构件的构造设计

加层加固工程与新工程一样，其构造对抗震效果有直接影响，构造设计和结构计算在其中同样至关重要。特别是对于原本没有抗震设计的老建筑，必须在加固过程中加强抗震构造措施。震害调查表明，在框架结构中，梁柱交点是容易受到地震作用影响的薄弱部位，即框架构件连接节点在抵御震害方面是薄弱的。因此，强化原框架结构中的抗震薄弱部位和加强新增构件与原框架构件之间的可靠连接是保证框架结构在抗震加固后整体协同工作的关键。节点加固的目标是实现“强柱弱梁、节点更强”。在梁柱节点加固中，常见的方法包括梁柱加密箍构造和纵筋补强，采用粘贴钢板条或碳纤维布进行加固是常规做法。

本工程选用碳纤维布对梁柱节点进行加固，而柱则采用“截面增大加固法”，因此，节点构造要求与新工程相似。鉴于个别梁柱节点存在质量缺陷以及需要重点加固的部位，我们采用了“节点全包式加固法”进行处理。具体的设计施工步骤包括：1) 将外包钢板就位；2) 用锚钉固定钢板；3) 对钢板进行电焊连接；4) 在钢板的内侧进行注胶并与柱混凝土体粘结。这一加固方法可以显著提升节点的抗震性能，特别适用于存在缺陷的梁柱节点和需要强化的关键部位。

3重视加层工程的基础补强

3.1尽可能多地对原建筑物卸荷

为了减小房屋自身重量及整个建筑物荷载引起的地震力，使加固构件断面减少、地基基础承载力减轻，本工程在加层设计前结合建筑立面改造和功能要求，提出最大限度进行卸荷。在得到相关方同意后，拆除原建筑所有沿街外阳台、外墙遮阳板、装饰板以及原屋面的后加盖建筑物，将内外墙体改用轻质墙体，减轻房屋约6550kN。这降低了基础补桩量超过20根（单桩承载力为350kN），显著减小了补桩工程量，同时减小了地震作用效应。

3.2充分发挥桩土共同作用效应

本工程的地基属于高压缩性土层，底部软弱层达20米厚，过去二十年内已沉降约15cm。因此，地基处理不仅关乎承载力问题，更重要的是如何防止加层后的地基变形。在设计补桩数量时，采用以下策略：原房屋重量由片筏基础承担，只有加层后的实际增加重量（即加层设计后总重量减去卸荷重量）由补桩承担。由于加层后的实际增重仅占整个建筑总重的约1/4，采用这种计算方法相较传统桩基承载力设计，大幅减少了所需的桩数量，降低了工程成本。

4结束语

通过对加层加固工程的受力分析和加固方案的探讨，本文突出了在改建商业大楼的过程中，如何有效加固原有结构以满足新的建筑需求和地震设防标准。通过采用增加整体侧向刚度、扩大柱截面、梁端加固、静压桩等措施，成功提高了结构的整体抗震性能。在框架结构加层加固设计中，强调“强柱弱梁、强剪弱弯”的原则，特别关注了框架竖向构件的加固，对柱的轴压比、配箍率等进行了细致处理，保证了结构的安全性和稳定性。此外，注重了加层工程的基础补强，通过卸荷、改用轻质墙体等手段，有效降低了地震作用效应，减少了基础补桩的工程量。整体而言，本文提供了一系列细致的设计方案和加固要点，为类似工程提供了有益的参考和指导。

参考文献

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