加层加固设计

加层加固设计（共8篇）

加层加固设计 篇1

房屋建筑在使用过程中, 由于自身老化、各种自然灾害和功能改变等原因, 使建筑物不断产生各种结构安全隐患。如不及时采取加固措施, 就有可能导致重大的安全事故。为此, 国家每年都要投入大量资金用于各种建筑加固、改造、修复。面对日益增加的维修加固设计, 急需找到一种快速、有效、可靠的方法。碳纤维增强复合材料 (CFRP) 加固混凝土结构技术是一种新型、简捷、高效的方法。CFRP具有特有的高比强度、高比模量、耐腐蚀、抗疲劳、蠕变及热膨胀系数小的优点, 在加固技术中广泛运用。

1 工程概况

某娱乐城, 底层净高6.6 m。因经营不善, 业主准备将该层设为一层车库, 层高为2.8 m;另一层为办公楼, 层高为3.4 m。因为加层, 传到相应的柱子及基础荷载加大, 因此, 相应的柱身和柱与基础交接处应作相应的加固处理。

2 梁的加固

由于新增加楼层, 相应的楼板下需增设一层梁。用PKPM软件对新荷载下的结构重新建模计算, 得出梁、柱控制截面的内力, 并与原配筋竣工图比较, 进行加固设计。

与传统的加固方法相比较, CFRP的抗拉强度可达到普通碳素钢的十多倍, 能最小程度地改变原有结构的应力分布, 保证在设计荷载范围内与原结构共同受力。CFRP加固用量的计算

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式中, Acf为碳纤维布用量;Ag为抵抗不足弯矩所需的钢筋面积;Rg为钢筋的抗拉设计强度;Rcf为碳纤维布抗拉设计强度。

受弯构件受拉混凝土表面上纤维复合材料的加固计算公式为:

1) 正截面

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其中:ψf为纤维复合材料抗拉强度;ff为纤维复合材料抗拉强度设计值;Afe为纤维复合材料有效截面积;fy0, f′y0为原截面受拉、受压钢筋的抗拉、抗压强度设计值;As0, A′s0为原截面受拉、受压钢筋的截面积;h0为加固前截面。

2) 斜截面

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其中:Vb0为加固前梁的斜截面承载力;Vbf为粘贴条带加固后, 斜截面承载力提高值;ψvb为抗剪强度折减系数;Af为配置在同一截面纤维复合材料条带的全截面积, =2nfbftf;其中, nf为条带粘贴层数;sf为条带粘贴宽度;bf、tf为条带宽度和单层厚度;hf为梁侧面粘贴条带的竖向高度。对环形箍, hf=h。

碳纤维布采用CFW200型, 厚度0.167 mm, 抗拉强度≥3 000 MPa, 弹性模量≥210 GPa, 断裂伸长≥1.4%。JGL为承重结构, 承重结构加固用的碳纤维, 须采用PAN基12K以下的小丝束纤维, 与改性环氧树脂胶粘剂复合而成。粘贴纤维增强塑料加固法:外贴纤维加固是用胶结材料把纤维增强复合材料贴于被加固构件的受拉区域, 使它与被加固截面共同工作, 达到提高构件承载力的目的。

梁的加固如图2所示。加固顺序为:增设基础、基础梁——柱加固——梁加固——拆除托梁下墙体。

3 柱的加固

采用方案比较:方案一:若采用碳纤维, 由于碳纤维较差, 使用量太多, 性能与价格不合理;方案二:若采用粘钢法, 则采用钢材较多, 且对施工技术要求较高, 不经济;方案三:综合考虑, 采用外包钢, 以节约造价。一方面, 钢板或角钢对混凝土起约束作用, 提高混凝土的约束作用;另一方面, 钢板或角钢能帮助混凝土承受部分压力, 从而提高柱的承载力。综合考虑, 采用外包钢, 还可以节约造价。

对JGZ为偏心受压柱, 其截面承载力为

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其中:f′c0、f′y0、A′s0分别为原构件混凝土受压面积、受压钢筋屈服强度设计值、受压钢筋截面积;σs0、As0为受拉钢筋应力设计值及纵向钢筋面积;σa为受拉肢或受压较小肢型钢应力, 可近似取σa=σs0;f′a、A′a为型钢抗压强度设计值及全部受压肢截面积;Aa为全部受拉肢截面积。

加固前, 上部结构传给柱的荷载为N=2 489.8 kN, M=248.7;加固后, 上部结构传给柱的荷载为N=4 201.6 kN, M=319.2, 通过计算, 原柱截面配筋不够, 用角钢的有效面积代替需要增加的纵筋面积。所加的型钢布置如图3所示。

外包钢加固法:在柱的四周包以角钢, 角钢间用缀板连接, 且角钢与已建柱之间用化学灌浆料填实。要把表面处理包括加固结合面和钢板贴合面处理作为加固施工过程中的关键。因加层柱承载强度不够, 故采用柱湿式外包钢加固。采用湿式加固施工时, 应先在处理好的角钢及混凝土表面抹上乳胶水泥浆或配制环氧树脂化学灌浆料, 对钢板进行除锈, 混凝土进行除尘并用丙酮或二甲苯清洗钢板及混凝土表面, 进行粘、灌。

在梁柱节点处用钢筋代替缀板, 将钢筋用植筋的方法贯穿植入梁端截面, 外部紧贴等边角钢焊接, 并将钢筋两端弯折90°后, 再紧贴缀板焊接。外粘型钢柱两端应有可靠的直接锚固:角钢下端应锚固于基础中, 中间应穿过各层楼板, 上端伸至加固层的上一层楼板底或屋面底, 柱与基础的连接加固如图4所示。

在JGZ1、JGZ2基础顶面锚入直径为25 mm的锚筋, 锚入深度为250 mm。锚筋与紧贴基础顶面的一块钢板采用穿孔塞焊焊接, 等边角钢的底部再与此钢板焊接, 从而保证柱与基础的连接。

4 结 语

通过对加层梁、柱及基础加固方法及其施工工艺, 对其各自的特点和适用范围进行了探讨。其目的在于帮助工程技术人员在分析原因后, 提出合理方案, 科学经济安全的安排加固的设计与施工, 从而延长建筑物的使用寿命。

选择加固工程方案要有针对性, 不同的加固工程应采取相应的加固措施, 其方案需要在进行价格比、性能比、质量比的同时, 还要体现出其工艺技术的科学性和先进性, 这样的加固方案才是优秀的加固方案。

摘要：建筑加固是一个系统工程, 该文介绍了梁采用碳纤维加固、柱采用外包钢加固的方法, 其目的在于帮助工程技术人员在分析原因后, 提出合理方案, 科学经济安全的安排加固的设计与施工, 从而延长建筑物的使用寿命。

关键词：加固设计,碳纤维增强复合材料 (CFRP) ,外包钢

参考文献

[1]王文炜.FRP加固混凝土结构技术及应用[M].北京:中国建筑工业出版社, 2007.

[2]刘春, 李克让, 孙长水.建筑加固改造工程案例分析[M].北京:中国建筑工业出版社, 2008.

[3]许本东.既有建筑结构的检测、鉴定、加固探讨[J].四川建筑科学研究, 2007, 3:86-88.

[4]冼巧玲, 易伟健, 丁洪涛.粘贴碳纤维布 (CFRP) 钢筋混凝土偏压柱试验研究[J].工业建筑, 2004, 11:78-81.

加层加固设计 篇2

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虽然有时候受限于地方的大小没法装修得多大。但在厨房里准备一日三餐，几乎跟厨房密不可分。把你的厨房变得好用，无论是新房正在装修中，还是已经使用多年的厨房，都可以给你全面的装修指导，使厨房变得宽敞明亮，具有完整的收纳计划、完善的功能安排。下面为业主提供几张旧房改造加层设计报告，寻找自己想要的风格。

旧房改造加层设计报告——米釉碎花瓷砖厨房

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如果您平时的烹饪过程中产生的油烟比较少，或者平时您和家人很少做饭，那么厨房对您来说也只是切洗水果、准备零食的地方，那么则完全可以采用开放式厨房。来为自己的房间增添一道靓丽的风景线。开放式的厨房不仅美观好看，而且在做饭的过程中又可以和家人有一个很好的互动沟通，如果您家的厨房面积不大，不妨大胆的尝试一下。

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实木打造的柜子和顶柜使厨房在狭小中凸显一种高贵的情调。木质的厨房更有一种中式厨房的感觉，防滑的瓷砖地板为您和您的家人的安全做出的考虑。靠墙为业主留下了放置家电的空间，紧挨着柜子的位置刚好可以放下冰箱。

柜子则更是充分利用了空间，虽然占地面积小，但能放下的东西却是不少。实在是即使用又美观。

房屋砖混结构加层加固设计 篇3

关键词：房屋砖混结构,加层加固设计

我国在20世纪七、八年代建造的房屋已经进入“中年期”, 随着国民经济的发展和人民生活水平的提高, 很多旧房屋在使用功能上已不能满足现在的使用要求。限于国家财力, 将这部分房屋拆除重建的办法既不现实, 也不符合中国国情, 特别是在土地紧缺、地价昂贵、人口稠密的大中城市, 对旧房屋加层改造已逐渐成为改善建筑使用的重要途径。

1 概述

我国在五、六十年代兴建了大量的低层住宅、办公楼等建筑, 占去了大量的地皮, 建筑标准也低。随着城市人口的增长、生产的发展和人民生活水平的提高, 对房屋的需求量逐渐增加, 对房屋的使用标准逐步提高, 因此, 对这些层数较低, 使用标准不高而经鉴定不属于拆改危房的建筑, 在确保安全的条件下, 通过增层改造, 尽量扩大其使用面积, 提高使用标准, 无疑具有积极重要的意义。

笔者对住宅楼的加层改造设计中, 经过对原有建筑物的检验, 地质勘探资料的分析, 作了加雇方案的比较及经济分析, 最后采取了不加固地基, 不扩大基础, 直接加二层的方案。房屋加层改造后, 经二年多的使用表明, 加层方案台理, 明显地改善了房屋的使用条件, 具有较好的综合效益。

2 砖混结构房屋加层加固的工作程序

房屋建筑结构加层的工作大体可以按下列程序进行:加层可靠性鉴定→加层方案选择→层加固设计→施工组织设计→施工及沉降观测→验收→沉降观测。通过遵循规定的程序进行工作, 能够保证加层、加固、设计和施工的质量, 以达到房屋加层的预期效果。

3 房屋加层加固设计的方法

对房屋进行加层时, 首先需要对结构进行检测、鉴定。通过鉴定后, 适宜加层的应进行多方案比较, 选择最佳方案进行加层加固设计。砖混结构房屋加层的方法比较多, 目前常用的主要方法分别是:直接加层法、改变荷载传递加层法、外套结构加层法。

3.1 直接加层法

直接加层法是指在原有房屋上不改变结构承重体系和平面布置, 直接加层的方法。这种方法适用于原承重结构与地基基础的承载力和变形能满足加层的要求, 或者经过加固处理后即可直接加层的房屋。从国内大量的加层经验总结和技术经济效益来看, 这种方法加高的层数不宜超过3层;加1层技术经济效果不太明显, 所以加2～3层为好。房屋加层应建立在结构可靠的基础上。直接加层的原有房屋由于加层后荷载加大, 其地基基础、砖墙砌体、混凝土构件等应力应变都发生了新的变化, 只有经过承载力和正常使用状态的验算, 才能保证加层后的房屋安全、适用、耐久, 防止房屋倒塌、倾斜等工程事故, 达到加层的目的。

3.2 改变荷载传递加层法

改变荷载传递加层法是指原房屋的基础及承重结构体系不能满足加层后承载力的要求, 或者由于房屋使用功能要求需要改变建筑平面布置, 相应需改变原房屋的结构布置及其荷载传递途径的加层方法。这种方法适用于原房屋墙体结构有承载潜力, 增设部分墙体、柱子, 或经局部加固处理即可满足加层要求的房屋, 这种方法加高的层数与直接加层法相同, 不宜超过3层。采用本方法加层时, 要求对地基基础和上部承重结构进行承载力和正常使用极限状态的验算, 原有房屋的砖砌体和混凝土强度设计值应根据实测确定, 这是因为原房屋的砖砌体和混凝土强度经长期使用后发生了变化, 应经实测确定其强度设计值, 可以使验算结果具有充分的依据。

3.3 外套结构加层法

外套结构加层法是指在原房屋外增设外套结构, 使加层的荷载通过外套结构传给基础的加层方法。这种方法适用于需改变原房屋平面布置, 原承重结构及地基基础难以承受过大的加层荷载, 用户搬迁困难, 加层施工时房屋不能停止使用, 并且设防烈度不超过8度, 场地类别为I, Ⅱ, Ⅲ类的房屋加层。外套结构底层柱不宜过高, 以保证结构的稳定性和抗震性能。我国已建成的采用外套结构加层的工程, 基本上可以分为两大类:a.外套结构与旧房完全脱开, 称为“分离式外套结构”;b.外套结构与旧房连成整体, 称为“整体式外套结构”。由于目前我国对外套结构加层尚未进行系统的试验研究, 整体式外套加层与旧房连在一起受力不明确, 没有清晰的计算简图、计算方法和构造措施, 所以规范不推荐使用, 仅规定可以使用分离式外套结构。

4 房屋加层加固设计的内容

4.1 地基基础的加固

已建房屋加层, 上部荷载增加使下部地基基础承受的荷载加大, 因此首先要验算地基承载力和原设计基础宽度及强度。地基承载力是加层设计中至关重要的问题, 其大小决定增加层数和上部结构方案的选择, 所以应首先弄清已建房屋现在的地基承载力。实践证明建成多年的原有旧房由于上部荷载的长期作用而使地基被压实, 地基固结, 含水量和孔隙比大幅度减小, 基础沉降基本完成, 地基趋于稳定, 所以地基承载力有一定提高。根据经验, 一般情况下其地基承载力可比原始承载力提高10%～50% 。在设计中一般取20%～30% 。加层前原房屋确定地基容许承载力后, 应对加层后原有房屋的地基承载力按规范中有关公式进行验算。原房屋直接加层后通过验算如果地基承载力不满足要求, 就需要对地基基础进行加固。地基加固的主要方法有挤密法和灌浆法。基础加固的方法一般可采用加大基础底面积加固法, 通常是在条形基础外包钢筋混凝土上进行加固。

4.2 墙体的加固

原有房屋墙体材料随着使用年限的增加而使强度和耐久性均有所降低, 所以在旧房增层改造时需验算墙体承载力。在确定墙体结构承载力时, 应根据实测材料强度等级按相应规范中的要求进行验算, 这样做是符合实际情况的, 而且也稳妥可靠。如经验算墙体承载力不足, 应采用以下方法进行加固, 如混凝土扶壁柱法、钢筋网水泥砂浆法加固砖墙、增大截面法加固砖柱、外包角钢加固砖柱。

4.3 混凝土构件的加固

混凝土构件是否需要加固, 应先进行结构可靠性鉴定确认。如需加固, 可对混凝土构件进行加固, 加固的基本方法有:增大截面加固法、粘贴钢板加固法、外加预应力加固法和外贴碳纤维布加固法等。

5 结语

浅谈砖混结构的加层加固设计 篇4

砖混结构房屋是我国民用建筑中最为量大面广的结构体系,特别是住宅、办公楼等民用房屋。新中国成立以来至20世纪80年代以前,中小城市几乎全部采用这类结构体系,就是北京、上海、天津等特大城市和其他大城市中也大量存在砖混结构房屋。20世纪80年代以来,砖混结构房屋仍是我国城镇中民用建筑的主要结构体系。

这些基本国情决定了我国对低层砖混结构房屋必须尽可能的改造利用,而不能采取全部推倒重建的方针。事实上,近年来我国大中城市中对低层砖混结构房屋进行加层设计的实例已经很多,采用了多种加层方法,获得了显著的社会效益和经济效益,受到使用部门和住户的欢迎,也积累了丰富的加层设计与施工经验。这些都说明砖混结构房屋的加层设计和改善功能是改造我国旧城镇民用建筑的重要途径之一,这不仅符合我国当前的国情,也具有走中国自己改造旧城镇道路的特色。

我国建设部在“八·五”科研规划中就已经提出“今后住宅建设将由新区建设为主转向新区建设与旧区改造结合,并逐步过渡到以旧区改造为主”的方针;同时旧建筑物的鉴定与评估方法,加层加固改造技术的研究和应用课题已列入研究项目计划。

2 砖混结构房屋加层加固的工作程序

房屋建筑结构加层的工作大体可以按下列程序进行:加层可靠性鉴定→加层方案选择→加层加固设计→施工组织设计→施工及沉降观测→验收→沉降观测。通过遵循规定的程序进行工作,能够保证加层、加固、设计和施工的质量,以达到房屋加层的预期效果。

3 房屋加层加固设计的方法

对房屋进行加层时,首先需要对结构进行检测、鉴定。通过鉴定后,适宜加层的应进行多方案比较,选择最佳方案进行加层加固设计。砖混结构房屋加层的方法比较多,目前常用的三种主要方法分别是:直接加层法、改变荷载传递加层法、外套结构加层法。

1)直接加层法。

直接加层法是指在原有房屋上不改变结构承重体系和平面布置,直接加层的方法。这种方法适用于原承重结构与地基基础的承载力和变形能满足加层的要求,或者经过加固处理后即可直接加层的房屋。从国内大量的加层经验总结和技术经济效益来看,这种方法加高的层数不宜超过3层;加1层技术经济效果不太明显,所以以加2层～3层为好。

房屋加层应建立在结构可靠的基础上。直接加层的原有房屋由于加层后荷载加大,其地基基础、砖墙砌体、混凝土构件等应力应变都发生了新的变化,只有经过承载力和正常使用状态的验算,才能保证加层后的房屋安全、适用、耐久,防止房屋倒塌、倾斜等工程事故,达到加层的目的。

2)改变荷载传递加层法。

改变荷载传递加层法是指原房屋的基础及承重结构体系不能满足加层后承载力的要求,或者由于房屋使用功能要求需要改变建筑平面布置,相应需改变原房屋的结构布置及其荷载传递途径的加层方法。这种方法适用于原房屋墙体结构有承载潜力,增设部分墙体、柱子,或经局部加固处理即可满足加层要求的房屋,这种方法加高的层数与直接加层法相同,不宜超过3层。

采用本方法加层时,要求对地基基础和上部承重结构进行承载力和正常使用极限状态的验算,原有房屋的砖砌体和混凝土强度设计值应根据实测确定,这是因为原房屋的砖砌体和混凝土强度经长期使用后发生了变化,应经实测确定其强度设计值,可以使验算结果具有充分的依据。

3)外套结构加层法。

外套结构加层法是指在原房屋外增设外套结构(通常为框架—剪力墙或者框架等),使加层的荷载通过外套结构传给基础的加层方法。这种方法适用于需改变原房屋平面布置,原承重结构及地基基础难以承受过大的加层荷载,用户搬迁困难,加层施工时房屋不能停止使用,并且设防烈度不超过8度,场地类别为Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ类的房屋加层。外套结构底层柱不宜过高,以保证结构的稳定性和抗震性能。

我国已建成的采用外套结构加层的工程,基本上可以分为两大类:a.外套结构与旧房完全脱开,称为“分离式外套结构”;b.外套结构与旧房连成整体,称为“整体式外套结构”。由于目前我国对外套结构加层尚未进行系统的试验研究,整体式外套加层与旧房连在一起受力不明确,没有清晰的计算简图、计算方法和构造措施,所以规范不推荐使用,仅规定可以使用分离式外套结构。考虑到目前我国采用这种方法的经验还不够丰富,所以该加层法加层的层数受限制较严,应符合CECS 78∶96砖混结构房屋加层技术规范中的要求。

4 房屋加层加固设计的内容

1)地基基础的加固。

已建房屋加层,上部荷载增加使下部地基基础承受的荷载加大,因此首先要验算地基承载力和原设计基础宽度及强度。

地基承载力是加层设计中至关重要的问题,其大小决定增加层数和上部结构方案的选择,所以应首先弄清已建房屋现在的地基承载力。实践证明建成多年的原有旧房由于上部荷载的长期作用而使地基被压实,地基固结,含水量和孔隙比大幅度减小,基础沉降基本完成,地基趋于稳定,所以地基承载力有一定提高。根据经验,一般情况下其地基承载力可比原始承载力提高10%～50%。在设计中一般取20%～30%。加层前原房屋确定地基容许承载力后,应对加层后原有房屋的地基承载力按规范中有关公式进行验算。

原房屋直接加层后通过验算如果地基承载力不满足要求,就需要对地基基础进行加固。地基加固的主要方法有挤密法和灌浆法。基础加固的方法一般可采用加大基础底面积加固法,通常是在条形基础外包钢筋混凝土上进行加固。

2)墙体的加固。

原有房屋墙体材料随着使用年限的增加而使强度和耐久性均有所降低,所以在旧房增层改造时需验算墙体承载力。在确定墙体结构承载力时,应根据实测材料强度等级按相应规范中的要求进行验算,这样做是符合实际情况的,而且也稳妥可靠。如经验算墙体承载力不足,应采用以下方法进行加固,如混凝土扶壁柱法、钢筋网水泥砂浆法加固砖墙、增大截面法加固砖柱、外包角钢加固砖柱。

3)混凝土构件的加固。

混凝土构件是否需要加固,应先进行结构可靠性鉴定确认。如需加固,可对混凝土构件进行加固,加固的基本方法主要有:增大截面加固法、粘贴钢板加固法、外加预应力加固法和外贴碳纤维布加固法等。

5 结语

建筑物在规定的时间内,在规定的条件下,应能满足安全性、适用性和耐久性的要求。对已建房屋的加层及加固设计,与新建的建筑结构设计具有很大不同。不仅需要执行一般设计的现行国家规范和行业标准,而且还应当执行有关加层加固设计的标准。因此,从事建筑结构设计的人员接受加层加固设计任务,应是一项熟悉和掌握的工作内容。

通过对砖混结构房屋进行加层改造可以获得显著的经济效益和社会效益,受到了使用部门和住户的欢迎。通过已经积累的丰富的加层设计与施工经验,我相信一定能使砖混结构房屋的加层设计与施工做到安全适用、经济合理、有利抗震和确保质量,使砖混结构房屋的加层技术跃上一个新台阶。

摘要：阐述了砖混结构房屋加层改造设计的意义,提出了砖混结构房屋加层加固的工作程序、方法和设计的内容,指出对已建房屋的加层及加固设计,除需执行一般设计的现行国家规范和行业标准外,还应执行有关加层及加固设计的标准。

关键词：砖混结构,加层加固设计,工作程序

参考文献

[1]李国胜.建筑结构裂缝及加层加固疑难问题的处理——附实例[M].北京:中国建筑工业出版社,2006.

[2]徐占发.特殊砌体建筑结构设计及应用实例(修订本)[M].北京:中国建材工业出版社,1993.

某高层建筑加层分析及加固设计 篇5

某小区商住楼,原设计地下2层;地上12层;建筑总高度34.75m。建筑平面如图1所示。

该商住楼抗震设防烈度6度(0.05g),第一组:Ⅱ类场地、框架抗震等级3级;建筑结构类型为带转换层的框架结构,有少量剪力墙,转换层位于地上1层顶;现浇钢筋混凝土柱、梁、板;人防地下室部分为梁板式筏形基础,非人防部分为混凝土灌注桩基础。

该商住楼在施工过程中加层4层,总层数变为16层。由于在设计未作变动修改的前提下进行了上述较大的变化,因此,有必要立即对该商住楼结构进行全面地检测与鉴定,并及时采取措施进行加固处理。

2 现场检测发现的主要问题

1)抹灰层偏厚

地上3层～8层外围护墙及内隔墙均已施工完成,根据现场观察,已砌筑的墙体普遍存在抹灰层偏厚的现象,局部最大处甚至达到40mm,对于此种情况结构分析计算时需予以考虑。

2)混凝土强度偏低

根据回弹法与钻芯法综合检测结果,混凝土实测强度远低于设计强度,原设计C40的混凝土现场检测仅能达到C30左右,A区地下2层钻取的芯样,强度试验仅能达到C25。

3 结构计算分析

结构计算采用我国建筑科学研究院的PKPM软件SATWE模块与PMSAP模块。根据计算结果,加层后,原设计基础梁承载力不足,且有较多的框架柱配筋超筋,轴压比超限。其中,地上2层～5层轴压比不满足规范限值的根数占90%以上,个别柱轴压比达到1.96;有较多的基础梁抗力和荷载效应之比小于1.0,不满足承载能力要求。

经分析,基础梁抗力不足、框架柱超筋且轴压比超限,主要有以下两个原因引起:1)荷载增加较大:原设计12层时,A区荷载总值为307081k N,B区为212287k N;增加4层后,A区荷载总值为404572k N,B区为277987k N;荷载总值增幅达31%左右。2)根据检测结果,混凝土的实测强度远小于设计强度。

按检测鉴定结果及初步的计算分析,考虑到建筑物加层造成荷载效应增大,所以为了达到经济合理加固原建筑物,就必须最大程度地减小装修荷载。为此,考虑采取以下减荷措施:9层及以上各层内隔墙由非承重空心砖改为GRC轻质空心条板;2层及以上各层楼面做法中的轻集料混凝土垫层,厚度由原设计的60mm减少到30mm以下;屋面找坡材料由水泥焦渣改为水泥膨胀珍珠岩。

采取以上措施后,计算结果如下:

1)A区荷载总值为383237k N,B区为264767k N;荷载总值增幅降为25%左右。

2)柱轴压比仍有较多超限,不满足规范限值的柱根数占总根数的75%,最大轴压比A区由1.64降为1.59;B区由1.96降为1.81。

3)结构考虑扭转耦联时的振动周期、振型、扭转计算结果如表1所示。

计算结果表明刚度分布合理,结构的扭转效应不大。

4)考虑水平荷载作用下的楼层最大位移计算结果如表2所示。

计算结果表明结构抗侧刚度足够,不会产生过大位移而影响结构的承载力和正常使用要求。

5)除原设计部分基础梁抗力不足。

6)转换梁抗力严重不足,根据计算结果抗力效应比最小仅0.6。

4 加固设计

根据计算结果,该商住楼加固需要解决以下三个主要问题。

4.1 框架柱轴压比不满足规范限值要求

该工程目前仅完成主体和9层以下填充墙施工,此阶段A区荷载总值为266 685k N,B区为198541k N,约为原设计12层荷载总值的90%左右,为采取卸荷措施后16层的荷载总值的68%左右。

原设计地下1层、2层柱截面多为600mm×600mm,3层减少为500 mm×500 mm,4层及以上均为400mm×400mm,建设方要求加固方案尽量不影响现场施工,所以在加固方案的选择上就需要兼顾安全性、施工便利性及经济性。经过细致的多方案论证,本工程对于轴压比大于0.95的混凝土柱采用外包型钢加固法,其余超限混凝土柱采用粘贴碳纤维加固法进行加固,以下仅对外包型钢加固法展开论述。

1)根据《混凝土结构加固设计规范》GB50367--2006),外包型钢加固构件,其截面刚度近似按下式计算:

式中,Ec、Ic分别为原混凝土柱的弹性模量及柱截面惯性矩;Ea、Aa分别为加固型钢的弹性模量及加固柱一侧的型钢截面积;a为受拉与受压两侧型钢截面形心之间的距离。

2)外包型钢加固钢构架与原柱所受外力按各自刚度比例进行分配。钢构架的受弯刚度可近似计算为:

式中,N、M分别为作用于柱上的轴向压力设计值和弯矩设计值。

3)外包型钢加固后,混凝土柱轴压比计算公式简化:

加固后轴压比限值为[n],则可按轴压比定义对Nc验算。

考虑外包型钢加固后混凝土柱由于钢构套的作用,提高了原有混凝土柱的抗弯刚度,所以加固后的柱的内力与未加固前是不同的,在计算实际所需角钢面积时需要进行多次试算,方可达到设计要求。

按前述混凝土柱现阶段的荷载状况,我们可以预先假定加固柱用型钢的面积Aa,用式(1)计算出各个柱的抗弯刚度EI;然后进入分析软件,通过整体空间分析,求出各柱加固后的内力,按刚度进行内力分配;再按式(2)、式(3)求出所需角钢面积;最后按式(5)、式(6)验算加固后柱轴压比,若不满足,则调整角钢面积,直到计算满足要求为止。

4)由于结构加固后,混凝土柱和后加型钢共同承担受力,所以能否让后加型钢钢构套有效传力,节点处理就十分重要了。钢构套工作时处于拉、压、弯、剪、扭复合应力状态,受力复杂,所以对称配置角钢,角钢上下贯通连续。

当原设计框架柱在楼层处相邻两层截面尺寸不同时(如图2所示),文献[1]指出,可将上下柱四角型钢交汇于楼面,并利用其内外间隔嵌入一定厚度的钢板焊成水平钢框(见图2),与上下柱角钢及上柱角钢箍相互焊接固定。

柱外包钢加固时,柱加固角钢下端应锚固于基础中,本工程柱四角角钢与基础梁外包钢构套可靠连接,如图3所示。

转换梁上的外包角钢加固柱应生根于转换上的外包钢构套,如图4所示。

考虑该工程为商住楼,故钢构套的辍板与肢对接平焊,钢构套表面抹25mm的高强度等泥砂浆(加钢丝网防裂)作防护层。

4.2 基础梁承载力不足

根据计算结果及工程经验,采用增大截面法进行加固,以提高基础梁的承载力及刚度,新增截面的受力主筋焊接于原基础梁上的钢构套,然后再浇注混凝土,节点如图5所示。

4.3 转换梁承载力不足

本工程转换梁由于承载力严重不足,所以,加固方法的选择需要能够大幅提高承载力。经过对各种梁加固方法的对比论证,结合框架柱的加固方法,转换梁的加固也选用外包型钢加固法,详见文献[1]有关章节。

5 总结与体会

高层钢筋混凝土框架结构加层后,建筑物荷载增加,容易出现框架柱轴压比不满足规范限值要求、框架梁受弯承载力不足、基础刚度不足或承载力不足等安全问题,甚至当加层层数较多时在施工中就会出现结构构件损坏的情况,所以在结构加层前需做好结构检测及结构分析,在此基础上选择出安全可靠、经济合理的加层加固方案。

摘要：通过对某高层建筑的加层分析及加固设计,探讨由于加层改造引起框架柱轴压比超限、转换梁及基础梁抗力不足等问题的解决办法,并阐述了外包钢加固法及扩大截面法在特定工程中节点的构造措施。

关键词：加层,加固,轴压比,外包角钢混凝土,刚度

参考文献

[1]GB50367-2006.混凝土结构加固设计规范[S].

[2]宋彧.工程结构检测与加固[M].北京:科学出版社,2005.

[3]李华亭,等.高层建筑混凝土柱抗震加固方案探讨(二)[J].工程抗震与加固改造,2006,28(2):51-55.

[4]聂兴福.多层框架结构办公楼的加层改造设计[J].建筑结构,2001,31(3):29-30.

加层加固设计 篇6

关键词：既有建筑物,加层改造,结构加固,稳定性

1工程概况

甘肃某宾馆大楼建成于2003年12月。该大楼为4层钢筋混凝土框架结构,整个建筑物呈“L”字形布置。建筑物总长30. 3 m, 总宽20. 7 m,总高17. 4 m,总建筑面积2 508. 84 m2。基础采用柱下钢筋混凝土独立基础。由于该建筑处于繁华闹市区域,建设单位根据需求,决定在原4层大楼屋面增建2层,以扩大原结构的使用面积。

2原结构加层改造

2.1结构加层形式

根据建设单位的需求,对原有结构进行加层改造设计。通过对目前实际工程中应用较广泛,技术较成熟,最适宜的几种常见的加层方法进行综合对比,经各方人员协商一致确定采用直接加层法对结构加层最有效,最经济。建筑物进行改造设计,这种方法在框架结构加层中最有效,最经济。

2. 2加层前后结构分析与对比

根据建设单位的要求,对该建筑物进行加层改造,根据原有结构和加层后结构平面布置图、设计图纸、工程施工的原始资料、 前期工程人员的检测及抗震鉴定报告,通过软件PKPM鉴定加固模块对结构建立模型,模型如图1所示。

1) 周期分析对比见图2。

2) 变形分析对比见图3,图4。

3)轴压比及配筋。

经分析,结构加层后,由于上部荷载增加,结构总体质量增加,原有框架柱的设计只是满足原有结构框架要求。因此,经加层后,在地震作用下,框架柱的变形具有一定幅度的增大,而部分原有框架柱并没有加大截面,刚度明显不足。所以该结构加层后部分框架柱的轴压比明显增大,个别出现超限现象; 部分框架柱及框架梁承载力也不满足要求; 因此,需对轴压比较大以及配筋不足的构件进行加固处理。

2. 3结构构件加固方法

根据混凝土框架结构加固设计涉及的相关规范[1,2,3]进行计算,得出相应的所需加固构件具体的加固方法,具体方法如下:

1) 轴压比过大的框架柱加固方法见图5。

2) 承载力不足的框架柱加固方法见图6。

3) 承载力不足的框架梁加固方法见图7。

2. 4加固效果评价

1) 加固前后结构周期分析对比见图8。

2) 加固前后结构剪重比分析对比见表1。

通过表1对比可以得出,结构加固后剪重比稍微增大,但均满足抗震规范中的2. 4% 的要求。

%

3) 结构最大层间位移角对比见表2。

从表2可以看出: 加固后结构X,Y方向最大层间位移角均有减少,说明结构经加固后,刚度增大,并且满足规范规定的限制1 /550。

3 SAP2000对结构的分析

3. 1模型的建立

根据工程的基本概况,使用SAP2000软件对加层加固前框架结构建立模型,使用杆件模块来建立框架梁、柱等构件模型,使用面单元模块建立楼板、屋面板等构件模型[4]; 根据工程中实际荷载添加到模型框架构件中,荷载与PKPM一致,结构模型底部设置固定约束。

模型图如图9所示。

加层加固后结构三维模型建立时,由于部分加固构件截面增大或外围粘贴钢板,构件截面及尺寸发生变化,这时需使用SAP2000中截面定义功能里截面设计器,即SD截面编辑器[5]。 具体截面形式如图10所示。

3. 2结构模态分析

1) 加层加固前后结构模态分析及对比见表3。

s

从表3中可以看出: 加层加固后结构模型SAP2000中第一振型X轴平动,周期为1. 254 7 s; 第二振型Y轴平动,周期为1.160 1 s; 第三振型Z轴扭转,周期为1. 013 8 s; T3/ T1= 0. 81,满足规范要求。与结构加固前模型周期的对比可以看出,由于框架柱,框架梁的SD截面的加固设计,部分框架柱及梁的截面尺寸及刚度增大,使结构侧向刚度增大,使得加固后的结构自振周期减小,与上文结构加固后效果评价是一致的。

2) 层间位移角、结构位移及相对层间位移量变化情况见图11 ~ 图16,表4。

由图11 ~ 图16,表4可知: 在第一振型( X向平动) 当中,加固后的结构层间位移角、结构最大位移以及层间相对位移量相比于加固前结构均有减小; 在第二振型( Y向平动) 当中,加固后的结构层间位移角、结构最大位移以及层间相对位移量相比于加固前结构也均有减小; 在第三振型( Z向扭转) 当中,加固后的结构X, Y向最大位移以及层间相对位移量相比于加固前结构也均有减小; 说明结构的框架柱和框架梁的加固对结构的整体刚度产生了加强的作用,并且提高了框架柱和框架梁的承载力。通过本实际加层改造工程,理论上证明了在原有结构屋面增层改造,荷载增加的情况下,通过加固设计提高承载力和结构稳定性是可行的, 是正确的。

4结语

本文通过某框架结构的加层改造这一实际工程,首先对结构进行加层及加固设计,并进行加固效果评价; 然后使用SAP2000有限元软件对加层加固前结构和加层加固后结构建模,进行模态分析,通过周期、层间位移角以及结构位移等数据分析结构中采取的加固措施所起到的作用。

1) 通过PKPM模型分析对比,得出结构加层改造前后在周期、位移角、构件内力、结构重要参数以及配筋等方面的变化情况,确定了所需加固的构件。

2) 通过软件对加固前与加固后结构模型分析可以看出,对结构构件的加固,能够使得结构自振周期减小,层间位移角减小,结构位移减小,框架柱轴压比减小,框架柱、梁承载力增大,结构整体刚度增大,说明结构加固设计是成功的。

该加层加固工程完工后已使用一年多。通过建筑使用情况及建筑沉降观察,均符合要求。证明该建筑加层、加固设计方法达到预期的效果,可供同类工程设计参考。

参考文献

[1]GB 50367—2013,混凝土结构加固设计规范[S].

[2]GB 50011—2010,建筑抗震设计规范[S].

[3]GB 50009—2012,建筑结构荷载规范[S].

[4]赵枫.北京市某框架结构别墅加层改造的应用研究[D].成都:四川大学,2006.

加层加固设计 篇7

1. 国内外碳纤维加固混凝土技术的发展与应用

自从18世纪初英国人发明波特兰水泥以来，混凝土就一直成为建筑行业中最重要的建筑材料之一。混凝土是以水泥为胶凝材料、卵石或碎石为粗骨料、砂为细骨料等组合在一起的混合物，具有经济性好、抗压强度高、耐水性、耐火性及耐久性好等诸多优点，但也有抗拉强度和抗弯强度差、自重大等不足之处。为解决混凝土结构中的这些问题，美国从上世纪60年代起就开始进行高性能纤维，如玻璃纤维增强混凝土(GFRP)项目的研究。其他西方发达国家很快也陆续跟进，像日本1972年就从英国pilkington公司引进了玻璃纤维增强混凝土。由于早期没有找到合适的纤维，作为增强材料使用的玻璃纤维在强碱性作用下会引起强度下降，因此，采用玻璃纤维增强混凝土的应用受到了影响。20世纪70年代中期以来，欧美一些国家开始使用FRP筋来代替钢筋，在实验研究和工程应用等方面均取得了不少成果。1973年，加拿大加尔盖利市的一座公路桥上首先使用了FRP筋，而日本应用FRP筋作为配筋材料的工程结构迄今已超过500个。环氧树脂涂层钢筋也于1973年首次在美国宾西法尼亚州的一座桥面板上使用，并于1976年进入建筑市场。其后，日本也开发出了FRP筋(包括圆形、方形等)、FRP绞线、三维和平面格状材、片材、板材等多种碳纤维增强材料。日本于1993年编制了第一个FRP设计施工规范，并于1997年发行了欧洲版本。1997年，FRP片材被作为一种抗震材料提出，特别是1995年神户大地震之后，日本加速开展了对FRP片材的使用和开发，并编制了相应的设计施工规范。目前，国外有关碳纤维研究应用的几个热点方面集中在：(1)碳纤维筋的预应力锚具;(2)碳纤维塑料网状筋;(3)热塑性纤维塑料筋。

我国的碳纤维加固钢筋混凝土技术的研究工作始于20世纪80年代后期，最早进行这方面研究的是国家工业建筑诊断与改造工程技术研究中心。国内对碳纤维在混凝土结构中的研究主要集中在构件的补强加固应用，特别是CFRP和FRP等补强加固机制及应用，武汉理工大学、清华大学、东南大学、天津大学等不少高校都相继对此进行了应用研究，武汉理工大学还在关于聚合物混凝土以及FRP增强聚合物混凝土方面进行了一定的研究工作。目前，国内有关研究工作主要集中在对碳纤维增强塑料筋、增强普通混凝土梁、柱和增强预应力混凝土梁以及对碳纤维塑料筋的力学性能等方面。近年来，国内这方面的工程实例也不断的增多，已逐步应用于道路桥梁、高层建筑、工业厂房等建筑结构的加固工程中。反映这一技术在国内已逐步受到重视和推广。在标准化方面，中国工程建设标准化协会已完成了《碳纤维加固修复混凝土结构技术规程》等规范标准。

2. 碳纤维及其碳纤维加固混凝土结构技术概述

碳纤维是纤维增强塑料的简称，也称树脂基复合材料。目前在建筑工程中使用比较多的碳纤维产品是用纤维原丝制成的纤维增强塑料，英文名为Fiber Reinforced Plastic即FRP或碳纤维增强塑料，英文名为Carbon Fiber Reinforcement Polymer即CFRP。碳纤维丝是通过氧化有机聚合物留下碳素材料而产生的，其碳原子沿原有纤维长度排列整齐而形成碳素纤维。每根碳纤维丝由若干个碳原子丝以绞线或麻绳的方式编织而成，其粗细仅相当于人的1根头发丝。这些碳纤维丝可以根据不同的工程需要加工成不同的型材，如纤维布、纤维板、棒材、短纤维等。碳纤维丝产品特点是：(1)轴向抗拉强度高，顺纤维方向的抗拉强度远大于普通钢筋，是普通钢筋碳素钢的十多倍，;(2)密度小、重量轻，易于施工操作;(3)耐久性好，有良好的抗腐蚀及耐老化性能，不需采取特殊的防护措施;(4)弹性模量高，高强型纤维的弹性模量可以达到钢材的2倍;(5)疲劳强度优于钢材;(6)应力一应变曲线直到破坏仍呈线性关系，破坏形式属脆性，(7)不导电、不带磁。据瑞士联邦材料试验厂家对用碳纤维制成的缆索所做的测试，当平均应力为550 MPa时，200万次循环荷载应力幅度可达900 MPa，高出钢材的3倍。因此，碳纤维丝产品不仅可用于加固混凝土梁、板、柱以及隧道等，而且还可以用于抗震防灾及公路的修补等。

碳纤维加固技术就是将碳纤维布用高性能的粘结材料粘贴在结构构件表面，使两者共同工作，以提高结构构件的承载能力。粘结剂的作用是即保证碳纤维布中的各碳纤维丝能协同工作，防止在承受荷载时部分碳纤维丝首先达到其抗拉强度而退出工作状态;又保证碳纤维布与混凝土结构的共同工作，从而达到混凝土结构的补强和加固的目的。碳纤维加固技术适用于对各种混凝土结构类型和结构部位的加固修补，如混凝土梁、板、柱、架、墩、筒体、壳体等，能有效的增强它们的抗弯、抗剪、抗震强度，碳纤维加固混凝土技术具有如下的特点：

(1)强度高。

碳纤维是一种非金属材料，其抗拉强度可到达2500～3500MPa，抗拉弹性模量为2.35×105～5.0×105MPa，这些都要高于或远高于建筑用钢材的相应指标。它适合于加固钢筋混凝土结构的受拉区域，尤其适用于桥梁等承受动力荷载的大中型结构的抗震加固。

(2)施工简便。

在实际施工中使用碳纤维加固构件不需大型施工机构及周转材料，易于操作，施工周期短，经济性好。

(3)抗腐蚀性好。

碳纤维加固构件能大大提高结构的耐酸碱盐类介质腐蚀性及耐久性，可以应用于各种工作环境的构件加固。

(4)不增加结构自重及截面尺寸。

在施工中使用碳纤维加固构件无需对原混凝土结构打孔，不会造成结构物的加固损伤，能够保持建筑结构原状。

3. 碳纤维加固混凝土构件的途径和机理

目前，碳纤维加固钢筋混凝土构件主要有以下几种方式：

一是碳纤维加固钢筋混凝土受弯构件，是将碳纤维布粘贴于构件受拉区，代替或补充钢筋的受拉性能，从而提高构件的抗弯承载力。粘贴碳纤维后，在构件受拉区混凝土开裂前，碳纤维的应变很小。在混凝土开裂后，碳纤维布逐渐参与共同工作，应变增长加快。而在钢筋屈服后，碳纤维布充分发挥作用，应变增长迅速加快，其高强高效的性能得以充分体现。

二是碳纤维加固钢筋混凝土抗剪构件，是将碳纤维粘贴于构件的受剪区，碳纤维的作用类似于箍筋。在构件屈服前，碳纤维的应变发展缓慢，所达到的最大应变值也较小。在构件屈服后，箍筋的作用逐渐被碳纤维代替，碳纤维的应变发展加快，应变值要高于箍筋的应变值，而箍筋所起的约束作用减小，其应变发展缓慢。

三是碳纤维对混凝土柱的抗震加固，是通过用碳纤维布横向包裹钢筋混凝土柱来提高其延性来实现的，碳纤维的主要作用是被动的约束内部混凝土。随着混凝土柱轴向压力的增大，横向膨胀促使外包碳纤维布产生环向伸长，从而提高了侧向约束力。碳纤维布约束混凝土表现出两阶段受力过程：第一阶段，混凝土处于类似素混凝土的线弹性阶段，横向变形小，故碳纤维横向变形也很小，分界点在素混凝土峰值应力附近;第二阶段，构件达到极限承载力后，混凝土横向膨胀变形急剧增加，碳纤维环向应变显著增长，环向约束力增加，混凝土极限压应变得以提高，因而推迟了受压区混凝土的压碎，充分发挥了纵向钢筋的塑性变形性能，改善了构件的延性。

4. 工程实例

江苏省科技情报研究所办公楼加层改造工程于2005年12月动工，2006年底竣工，工程中采用了包括碳纤维加固技术在内的一些新材料、新技术，现主要介绍碳纤维加固技术在工程中的应用。

⑴工程概况及方案确定。

江苏省科技情报研究所办公楼是1986年建成并投入使用的，原为三层钢筋混凝土框架结构，局部四层，建筑面积5068㎡。其建筑使用功能设计为:一层为书库,二层为图书资料阅览室,三层为办公、会议用房。按这样的使用功能划分的楼面设计活荷载为4.0kn/㎡，地面为12.0kn/㎡。随着江苏省科技情报所各项业务的不断拓展，原有的办公楼在使用面积和功能上都已不能满足需求。2005年江苏省科技情报所决定对办公楼进行加层改造，要求将原有的三层办公楼加层改造增至五层，建筑面积可增加3160㎡左右。为确保办公楼的承载力满足建筑物的安全及使用要求，并达到经济、可靠的目的，委托原设计单位对该办公楼进行加层改造方案的可行性研究和实地考察，通过对多套方案反复进行分析和计算，最终确定加层结构仍采用钢筋混凝土框架结构，但关键必须减轻原结构自重，对原有建筑使用功能进行合理调整。在这种情况下，采用碳纤维材料对原钢筋混凝土结构进行加固等方法来满足该办公楼加层改造的要求，显然是最为科学、经济和可行的方案。其最终方案是：

(1)将二层阅览室改为办公用房和电子阅览室，即楼面活荷载改为2.0 kn/㎡;原建筑采用上人屋面改为不上人屋面，其使用荷载为0.5 kn/㎡。

(2)拆除原有内外粘土砖和空心砖墙体以减轻建筑物的重量，内墙采用100厚ALC板材，外墙采用200厚加气混凝土砌块，新增楼层全部采用轻质墙体。

(3)对原有框架梁、柱等建筑承重部位进行碳纤维加固(见图1、图2)，以满足抗震和框架梁、柱最小配箍率要求，新老框架柱交接处采用植筋。

⑵设计要点及使用材料。

本工程加层改造项目的设计要点之一，是对办公楼原三层的174根框架柱和68根边框梁进行碳纤维加固处理。具体做法是采用100㎜宽的碳纤维布，对截面尺寸为450㎜×450㎜的混凝土柱进行封闭式环绕，搭接长度不小于150mm。柱顶和柱底设加密区，间隔100㎜，柱中间隔200㎜。边框梁截面尺寸大多数为200㎜×450㎜，碳纤维布采用∪型加固形式，两端设加密区，间隔100㎜，梁中间隔300㎜。

工程中采用了日本进口的碳纤维布，品种编号为(HT300-50)，其性能指标为：单位质量300g/㎡;设计厚度0.167㎜;拉伸强度标准值MPa(N/㎜2)，检验值4053≥3500标准指标;弹性模量GPa，检验值253≥230标准指标;伸长率%，检验值1.72≥1.4标准指标;拉伸速度2㎜/min。结构胶采用国产的JGN-T型建筑结构胶，剪切强度：>18MPa;拉伸强度：>28MPa;压缩强度：>50MPa;适用温度：0～38。

⑶碳纤维加固施工工艺。

碳纤维加固混凝土具有许多优越性，但其混凝土与碳纤维布之间界面处理的好坏直接影响到混凝土梁、柱加固效果。因此，合理的施工方法是确保加固效果的关键因素之一，工程中主要施工工艺和方法为：

(1)表面检查及放线。首先应检查拟加固的混凝土结构是否存在裂缝，若有裂缝，要对其进行分析界定。当确定为有害裂缝时，必须进行修补。同时清除被加固结构表面酥松、蜂窝、腐蚀等劣质的混凝土，按加固施工图用墨线弹出需粘贴碳纤维布的部位。

(2)表面修复和打磨。用砂轮机将粘贴部位打磨平整，除去表层浮浆、油污等杂物，并用修复材料将表面修复平整。直至完成露出混凝土结构新面。柱角应打磨成圆弧状，圆弧半径不小于20mm，用丙酮或二甲苯清洗混凝土表面。粘贴面要保持清洁、干燥、平整，不得有结露或潮湿现象。

(3)涂敷基底树脂。在混凝土表面均匀涂刷基底树脂，自然风干后，用找平胶进行修补，以保证粘贴面平整，提高混凝土与碳纤维之间的粘结力，确保加固效果。要特别注意调好的底胶须在规定的时间内用完，一般情况40分钟内。

(4)铺贴碳纤维布。按设计要求裁剪碳纤维布，并保持布面的清洁，用干净的抹刀将配制好的粘贴剂均匀涂抹到已处理好的混凝土柱面，厚度1.5 mm左右，然后将碳纤维布材紧贴在预定的位置上。顺着纤维的方向搭接长度不小于150mm，搭接位置应相互错开。

(5)粘贴过程要求平整、顺直、不得有波纹、皱折，用刮板或塑料滚子边刮边贴或来回滚压，防止空鼓和皱折。多层粘贴时重复步骤。粘贴完最后一层碳纤维布后在表面均匀涂抹一层粘贴胶。

(6)养护。施工完毕后，要进行养护，用塑料薄膜覆盖其表面，防止风沙和雨淋、灰尘及污染，24小时内严禁扰动粘贴好的碳纤维布材，在20℃温度下养护一周以后即可增加荷载。

碳纤维加固后的钢筋混凝土梁、柱，面层按正常设计要求进行粉刷、涂饰。

⑷施工注意事项。

(1)钢筋混凝土梁、柱在加固前，需要对构件采取一定量的卸荷，减少外包碳纤维对于混凝土梁、柱表面的应变滞后。否则就会使得碳纤维的补强效果降低，不能发挥其高强抗拉性能。

(2)由于碳纤维布的耐高温耐火性能差，使用碳纤维布时应尽量远离电气设备和电源。碳纤维布的配套树脂的原料应密封储存，远离火源，避免阳光直接照射。施工现场应通风良好，并采取相应的劳动保护措施。

(3)做好工程质量验收，碳纤维布和配套的树脂类粘结材料必须具有合格证，且在保质期内，施工时应按比例进行调配，并由专业的施工队伍及技术人员承担。还应进行现场取样检验，其中最关键的要保证碳纤维粘贴的密实度，若粘贴面积小于90%时，则应判定为粘结无效，需重新施工。

5. 结语

江苏省科技情报研究所办公楼加层改造工程完成后已投入使用两年，至今尚未发现碳纤维加固的钢筋混凝土梁、柱有任何异常现象，原办公楼结构的承载能力得到了有效的提高，达到了预期的目的。从沉降观测成果报告来看，各观测点基本处于稳定状态，目前，本建筑物处于均匀沉降阶段。由此可见，采用碳纤维加固技术在办公楼加层改造中对结构进行加固补强的效果是十分理想的，它能够增强钢筋混凝土梁、柱的抗弯和抗剪性能。对钢筋混凝土柱进行碳纤维加固后，约束混凝土的承载力和变形能力得到了提高，混凝土由承受轴向受力状态变为承受三向受力状态，对轴压比不能满足抗震设计规范要求的钢筋混凝土柱加固效果尤其明显。总之，碳纤维加固技术能够在原结构不破损、基本不增大梁、柱的截面尺寸和结构自重的前提下，较为有效地解决了在旧楼加层改造中出现的诸如结构、抗震、构造上的一些技术难题。虽然碳纤维材料本身的价格相对高一些，但是其在施工工程中不需要大型施工机具和辅助机械，带来了大量的人力、物力的节省，其机械、人工成本均低于常规的加固方法，所以碳纤维加固工程的综合造价并不很高。另外，随着国产碳纤维材料和结构胶的不断发展和大批量使用，其碳纤维原材料的价格也将会不断下降。因此，可以认为碳纤维加固技术是一项可推广的新技术，应该具有非常好的发展前景，也是建筑业可持续发展的必然趋势。

摘要：碳纤维具有轻质高强、耐腐蚀、耐久性好、自重轻、施工便捷、适用面广等特点,已备受建筑业的关注。文章通过江苏省科技情报研究所办公楼加层改造工程,介绍碳纤维加固技术在实际工程中的应用。

关键词：碳纤维,加固,办公楼加层,改造

参考文献

[1]国家工业基础建筑诊断与改造工程技术研究中心.碳纤维片材加固混凝土结构加固技术规程[S].北京:中国计划出版社,2003.

[2]四川省建筑科学研究院.混凝土结构加固技术规范(GB50067-2006)[S].北京:中国计划出版社,1991.

建筑顶部加层的架构设计 篇8

1 建筑顶部加层设计遵循的原则

建筑顶部加层设计非常复杂, 在工程的施工过程中应将结构拆除以及结构加固同时进行, 保证施工的安全性。对于施工前期的准备工作非常重要, 如果前期准备不足, 会直接影响到施工过程, 且对施工的质量产生不良后果。在建筑顶部的施工设计过程中, 应考虑到一些可行性因素以及经济情况, 主要遵循以下原则:

首先, 建筑顶部加层应满足可靠性的原则, 这是从建筑加层的设计鉴定结构上分析。如果能够满足建筑顶部的可靠性, 那么就可以进行下一步的加层工作。但是, 不能满足相应的可靠性要求, 就应对建筑结构进行建模分析计算, 有可能的话, 还要调出建筑物的原结构设计图纸和有关设计方案进行详细的分析和计算。确定好加固的相关范围以后, 然后通过相关结果进行分析和整体加固, 使结构整体上能够满足加层处理以后的承载力以及刚度要求。

其次, 建筑顶部加层还要按照相应的鉴定结果, 根据相应的结构进行分析和确定损坏程度和安全等级划分等工作。然后, 应着手制定科学施工计划和方案, 对建筑结构顶部进行加层设计, 设计人员要考虑到施工的工期对于业主的影响。尤其是一些大型的商场和建筑住宅, 对施工的周期影响很大。因此, 施工单位要重点考虑到施工的工期, 在保证质量的同时, 要缩短施工工期, 确定科学、合理的施工方案。

在进行建筑顶层设计的时候, 应考虑到结构安全性, 以及实际受力情况, 来进行设计加层, 不可一味的听从业主和客户要求。要按照安全性原则进行设计和施工, 如果建筑物原结构受力小于建筑材料强度的80%, 且构件比较稳定, 没有较大变形, 那么就可以进行加层设计, 在设计的时候应考虑到截面面积, 同时还要减少承载力。

此外, 对于建筑顶部加层的架构焊接时, 应注意到若是在负荷状态下进行焊接, 就要考虑到焊接的高温, 同时对于高温所产生的残余应力要考虑到对架构的不良影响。如果构件在静力荷载的情况下, 应保证材料的设计强度要小于60%。要保证受力的实际情况, 满足相应的条件, 才可进行焊接。在加层施工的过程中, 要加强固件以及被加固件之间连接度, 尽量减少这些高温情况下的不良影响, 采取一定的措施, 然后在进行科学的焊接, 避免由于结构损坏, 例如在高温以及冷脆或者其他不良条件下, 因先解决这些外部原因之后, 最后子啊进行加层施工。

2 建筑物的顶层加层架构设计分析

对建筑物加层设计有几种方式, 主要是直接加层方案设计和多层全框架结构设计, 以及

多层内框架结构设计, 同时还有底部全框架结构和下部砖混, 上部框架机构的相关方案, 和相对应的下部刚性, 上部为弹性方案中的砖混结构方式。这些顶层加层设计方案, 有着很多的施工方法, 首先, 对于一般刚性砖混结构, 也就是上部和下部都是砖混结构方案中, 应先对地基基础进行复核和验算, 还要对墙体强度进行核算, 如果满足相应的要求和抗震设防标准以后, 就可以利用砌块进行上部墙体的施工作业, 当然也可以利用轻质材料进行砌块处理, 例如泰柏板即可。在施工的过程中, 如果一些个别墙段没有达到相应的要求, 或者是基础强度达不到, 应该先进行局部加固。

这时, 在加层承重处理中要在原先承重墙上进行加层处理, 也可以利用房屋的横墙作为承重体, 然后让加层部分作为纵墙承重, 使得建筑物原房子为纵墙承重体系, 而加层部分属于横墙承重体系, 不过这种方案的应用, 应考虑到刚性的要求达到一定的强度, 且抗震应在间距连贯处的刚性横墙。

在多层全框架结构中的的加层设计时, 采用框架时要上柱与下柱完整对齐, 还要凿开原结构中的框架柱顶, 通过连接钢筋以后, 应及时建筑浇筑加层框架混凝土。尤其是在新旧结构的连接点上, 也就是说在建筑物的屋面顶部进行浇筑高截面转换梁, 然后使得新结构和旧结构保证传递方便, 同时在加层出的良好位置, 保证节点有较高的抵抗能力。需要注意的是, 对于计算老框架的强度时, 应考虑到加层垂直荷载, 此外还要考虑剪力墙, 以及其他因素, 如侧移影响等情况, 这些都能有效的提供啊框架的承载能力。

针对框架中的下部砖混结构设计方案中, 应保证减少加层荷载, 同时应填充一定量的轻质墙框架结构体系。这种方案的应用中, 对于上部框架要保证良好的锚固, 还要有可靠的支承, 加强对旧房的固定, 同时进行旧建筑物的设构造柱, 使得建筑物在加层框架中, 形成一个整体, 保证框架柱能够接触地面。同时还要对构造柱进行延伸设计, 保证其建筑室外处于地下500mm, 保证锚如基础圈梁上。使得上部框架能够落地, 避免锚固不可靠。

3 对建筑顶部结构加层的设计和构造的处理

建筑物的顶部加层之后, 其竖向的质量以及刚度也就有了很大的变化。设计人员要主要结构布置过程中, 应主要考虑原结构以及新结构能不能有效的合作, 使得新旧结构一起达到抗震, 提高抗震的能力。如果原结构属于砖混结构, 那么就会有鞭梢效应, 应保证结构的整体性和抗震性, 使得新结构和旧结构能够有效的统一连接, 加强柱脚节点的处理。

在建筑结构加层设计中的柱脚形式有两种, 一种是铰接, 另一种是刚接。如果柱脚属于铰接, 其柱脚受力属于轴向压力以及水平向剪力。如果柱脚属于刚接的情况时, 其柱脚受力就是轴向压力加上水平向剪力, 同时还包括结构的弯矩。因此, 对于建筑物顶部加层的设计中, 一定要考虑到结构上部的情况, 如恒载以及荷载, 还有风荷载等的组合情况, 考虑这些柱脚上部结构, 要关注的就是柱脚产生的最大偏心距。

对于植筋技术, 主要有化学锚固以及砂浆锚固两种方法。在砂浆锚固方法下, 是应用砂浆锚固的硬化收缩进行处理的, 造成砂浆锚固时的连接轻度不够, 且砂浆耐久性达不到相应的要求。因此, 在很多实际建筑工程中, 大部分应用的都是化学锚固方法, 这种方法能够按照材料的性质, 按照胶结剂的分类方式, 这些材料有无机材料以及有机材料、混合材料。

针对无机材料在水泥中, 可以较好的进行硬化, 同时有着良好的耐火性, 不过由于脆性较高, 且粘接力不够, 一般在应用中进性埋深。而有机材料的粘接力较大, 其耐火性较差。而混合材料的耐火性和粘接力都较优, 在实际中应用广泛。在新旧混凝土的粘接界, 其重点工作就是进行粘接。如果在新旧混凝土的粘接处配合不好, 就会产生结合面的强度不够, 并最终造成裂缝等情况。因此, 需要科学的考虑并合理地进行粘接。

4 结语

建筑物顶部加层架构设计和处理, 是一项重要的施工作业, 在我国有着广泛的应用, 适应于各种类型的建筑应用。在实际的应用中, 要加强顶部加层架构技术的分析和研究, 选择科学的方案设计和施工, 保证建筑物的安全性和稳定性。

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