框架结构建筑局部改造加固设计实例分析
建筑结构加固改造工程实例分析
建筑结构加固改造工程实例分析【摘要】现阶段的工程项目中，结构设计难度越来越高，相关人员在实际的设计过程中，涉及的结构性问题非常多，很多的建筑工程项目中，加强结构加固设计成为了结构优化的关键。
对任何一个建筑结构而言，其加固方案往往包含了多种，为获得理想的加固效果，结构设计人员需做好综合性因素的考虑，选择技术可行性、经济合理性的加固方案。
基于此，本文針对接近设计使用年限或者已经达到使用年限，经鉴定安全等级为 C、D 级的既有建筑进行了相应的加固设计和研究。
【关键词】建筑结构;加固改造;分析针对一些既有建筑的结构加固，其实际的处理难度系数非常高，因为在加固方案的设计上，要从安全性、经济性和技术性的角度出发，来彻底解决建筑结构方面所面临的质量安全问题，最大程度上促进建筑结构目标的实现。
我国现有的很多建筑结构在长年的使用中，面临着结构老化的问题，为了减少翻修所造成的高额成本，往往会在原有结构的基础上采取相应的结构加固设计，通过各种加固技术的应用，来提升结构稳固性和安全性。
1、建筑结构加固的研究现状针对当前整个建筑市场上的结构加固问题，重点体现在历史文化建筑和其他建筑的加固上，对于历史文化建筑而言，从最初的建成投入到当前的使用来看，其时间跨度非常大，自然条件等各种因素都会使得历史文化建筑中的一些结构构件被损坏，而这类建筑比较特殊，在结构加固的过程中，不仅要恢复整体结构，还需要注重对结构加固时的修缮和保护。
而其他住房、商业建筑的加固设计中，重点是要做好加固技术可行性、经济合理性的分析和研究，通过定量化的方式来促进结构问题的处理。
结构加固方面面临的突出难题是技术复杂、施工困难、成本投入高，在加固处理时，重点是要进行技术方案的确定。
结构加固主要包含了两种方向：（1）保留原有结构构件。
这一加固方案下，加固处理要尽量在保留原有结构构件的基础上进行，虽然这种结构加固方案可以最大程度上突破当前规划中的相关限制，但在具体的加固处理过程中，技术难度系数高、工程投资大。
谈建筑结构加固改造工程的实例
谈建筑结构加固改造工程的实例【摘要】目前，我国建筑行业在飞速的发展，每一个地区的建筑工程数量都在不断增加，并对建筑行业的施工标准规划出相应的要求。
那么人们的生活质量好与坏，直接被建筑工程施工质量影响着，所以对建筑工程加固以及改造尤为重要，基于此，本文结合实际案例进行分析，对加固改造方案的选择以及建筑物改造加固设计和施工分析深入探讨。
【关键词】建筑结构；加固改造；工程实例探究1建筑概况分析在本次工程中，对浙江省杭州市某建筑物办公楼进行了具体的分析探讨，随着时间的推移，并且受到地理环境等各方面的因素影响，这建筑物结构明显的发生了改变，但是由于这座建筑还必须要存在，这样就只能对该建筑物进行加固和改造。
这次探讨建筑物的办公楼是3层，每一层的高度是3.5米。
目前，这座建筑物的功能，主要是办公用的，进行加固和改造后，要将建筑物的三楼改造一个大点的会议室。
针对以上要求，在改造的过程中，需要对三楼的部分建筑物进行改造和拆除。
2加固改造方案的选择2.1加大截面加固法混凝土结构的梁柱和墙组件，如主要使用加大截面加固的方法。
这种方法使用的技术主要是通过主钢筋面积增加建筑加固，增加受压柱等等。
2.2预应力加固法此方法乃使用钢筋预应力等工具加固的方法。
这个方法是最明显的特点是在预应力的作用下，可以使撑杆或杆力，改变建筑原有结构内力，减少原始结构的应力水平。
预应力钢筋的方法可以改变原有建筑结构内力，并建立加强和卸货。
2.3外包钢加固法在建筑物的外面包上钢板，也或者是型钢，而这样加固目的就达到了，这种方法被称为外包钢加固法。
这种方法有两种加固方式，分别是及干式以及分湿式。
外包钢加固法在构建界面不增加其大小的时候使用，较为多见。
2.4外部粘钢加固法外部粘钢加固法是在建筑物的外表贴上一层钢板，这样来使建筑物的承载力加大，但是这种方法对外在的环境要求非常高，像湿度低于60%是不能使用的，还有温度也不能高于50℃。
2.5改变结构传力途径加固法这一方法是针对建筑物的传力途径进行加固的，在加固的运行中，传力的途径分为两种，一种是增设支点加固运行，另外一种是托梁拔柱的加固，两种都可运用，要根据实际情况具体分析。
框架结构加固施工技术与实例分析
７ ）放 线 应 根 据 吊葫 芦 起 重 范 围放 线 分块 ， 以 达 到 吊葫 芦安全施工要求。 ３ ． ３吊机 分块 吊装 重量 系数
卸载 １ ３ ／ Ｐ 、 Ｑ 轴Ｂ Ｍ １ （ 一 ４ ． ９ ５ ０ 标高 ） ～ Ｌ ３ 层（ １ １ ． ２ ５ ０ 标 高） 框架柱荷载 。
１ ） 工艺 流程 ： 现场清理——放线 、 验 线——钻孔——清孑 Ｌ ——钢筋除 围见业 主提供 的设计 图和具体技术要求。根据结构稳定 ， 施 工安全及施工 锈——注胶——植筋——报验 可行性 等方面确定分步切割的顺序 ， 切割过程 中， 可统筹安排 ， 交 叉施工 ， ２ ） 放线 、 验线 ： 放出化学锚栓 （ 钢筋植筋 ） 的点位线 ， 复核点位线位置无 同时进行 ， 加快施工进度 。总施工流程 ： 前期施工准备一定 位放线一切割 误 后 ， 采 用 电钻 钻 孔 。 拆 除＿ ＋ 废砼块 吊装 至清运车辆上一 外运一 完＿ Ｔ。
层（ １ ６ ． ７ ０ Ｈ Ｄ 标高 ） ／ Ｐ～Ｒ 轴 间 。如 图 １ 。 主 要 内容包 括对 Ｌ ｌ 层（ 一 ０ ． １ ０ ０ 示 意 图（ 图３ ） 。
图１项 目加 固平 面 图
图２ Ｐ 、 Ｑ轴 梁 切 割 顺序 及 分 步 图
４ ） Ｐ 轴拔柱 切割Байду номын сангаас芯钻孔
为在Ｂ Ｍ１ 层 ～Ｌ ４ 层 间加设钢格构柱 ，在Ｌ ４ 层钢环梁处设置油压千斤顶 ， 逐 当切割到一定 阶段时 ， 不能超 级 加载至设计预应力 ， 通过油压千斤顶加压 改变 传力路 线 ， 将上部框架柱 过钢管支撑 范围 ， 应按施工方 荷载通过钢格构柱传至Ｂ Ｍ１ 层以下框架柱 。 现场 管理 人员 要求 配合 五 吨 因无垂直施工通道和货物电梯 ， Ｂ Ｉ Ｍ层 （ － ４ ． ９ ５ ０ 标 高） ～Ｌ ３ 层（ １ １ ． ２ ５ ０ 标 吊葫芦对砼块进行吊装清运 。
框架结构局部抽柱的结构加固思路与实例分析
框架结构局部抽柱的结构加固思路与实例分析随着社会的发展，经济水平的提高，建筑结构加固技术正越来越受到人们的关注，本文介绍了一些常用的混凝土加固技术方法及其特点，并通过工程实例给出框架结构中抽柱、增大截面等加固方法的技术特点。
1、钢筋混凝土构件加固方法及其特点在我国建筑行业中，钢筋混凝土结构使用比较广泛，对其研究也比较深入，其加固方法在我国也比较成熟、完善，下面简单介绍混凝土结构加固方法及其特点:1.1增大截面法该方法适用于钢筋混凝土受弯和受压构件加固，即在原构件周围增加钢筋，并浇筑混凝土，通过增大截面面积来增加构件承载能力。
该方法使用比较早，有较为成熟的经验，多用于梁、柱、墙体、基础等进行加固。
该方法优点是施工操作简单、施工成本较低;缺点主要是施工工期较长、建筑物使用空间减少。
1.2置换混凝土加固方法该方法适用于承重构件受压区混凝土强度偏低或有重缺陷的局部加固，即把原构件中混凝土强低或有严重缺陷部分混凝土用新的混凝土替换，以提高构件承载能力。
该方法优点是加固后不减少建筑物使用空间;缺点是加固施工工期长、加固施工难度高。
1.3外粘型钢加固法该方法适用于需要大幅度提高截面承载力和抗震能力的钢筋混凝土梁、柱结构的加固，即在构件外面外包型钢，按其与原构件连接方式分为外粘型钢加固方法和无粘结外包型钢加固法。
该加固方法在现加固施工中应用比较广泛，该方法优点是施工后对原建筑物使用空间影响较少、施工工期短;缺点是成本相对较高。
1.4粘贴碳纤维布加固方法该方法适用于钢筋混凝土受弯构件、轴心受压构件、大偏心受压及受拉构件的加固，在构件外部粘贴碳纤维布来提高构件承载能力。
该方法优点是施工操作简单、工期无水印较短，在现加固施工中应用比较广泛;缺点是加固后使用环境不耐高温。
1.5粘贴钢板加固法该方法适用于对钢筋混凝土受弯、大偏心受压和受拉构件的加固，在构件外部粘贴钢板来提高构件承载能力。
该方法优点是对原建筑物使用空间影响较少、施工工期短;缺点是成本相对较高、加固后使用环境不耐高温。
工程结构加固案例分析
一、软土地基事故1、事故现象最常见的事故现象：①产生过量沉降(1) 杭州花园新村4号住宅（四层）下沉1.23m，基础为筏板基础，稳定后顶起。
(2) 武进芙蓉西周村三间三层农宅，下沉18cm，地基均为淤质土，稳定后重做地坪。
②产生严重不均匀沉降武进农机公司仓库，二层，底层为框架结构，二楼为砖混住宅，走廊有外立柱。
在原河塘填土上，一年后下沉，致使二楼住宅墙体产生45°大裂缝，宽16mm。
③房屋倾斜，严重者失稳倒塌。
2、事故原因绝大多数为承载力在80KN/m2以下的淤泥质软土引起的。
3、软土的特性①软土的形成：在静水或缓慢流水环境中沉积而成的饱和粘性土，型式有：(1) 滨海沉积——盐城外黄海滨，古时每年有上百平方公里湿地(长江黄河泥砂)沉积。
(2) 湖泊沉积——(3) 河滩沉积——常武地区是长江下游冲积平原，软土多。
(4) 谷地沉积——②软土的外观：灰色或深灰色③软土的特性及变形特点：特性：(1) 含水量大，甚至饱和达流限；(2) 强度低，一般≤120KN/m2；(3) 压缩变形大。
变形特点：(1) 沉降量大；(2) 初始沉降速度快，延续时间性长（10年～数十年）；(3) 沉降量与含水量成正比。
4、事故实例事例１：①常州冶炼厂，三层框架结构，库房柱倾斜。
(1) 一层砼柱浇筑完，拆模后，有6根柱上端偏离80mm多。
(2) 原因：地基下边有多个小块软卧层（地质钻探与设计不协同）。
(3) 处理：a、将砼柱吊移；b、挖去软卧层，浇筑C10砼至基底标高；c、重新把柱吊装就位。
② 翠竹111号房（住宅）房屋纵向出现竖向裂缝，基础圈梁下产生水平裂缝。
a 、 地基：表层有2～3m 的140KN/m 2的土层，3m 以下是20多米厚的淤泥质土； b 、 基础为筏板基础，上部为6层砖混结构的住宅；c 、 居住三年后，在距山墙外10多米处筑路、架桥，路、桥和住宅下边的地质概况是一样的。
在打桥桩及路基填土碾压干扰下，使111号住宅东端产生二次沉降，而中、西部未沉。
某工程加固改造实例分析
某工程加固改造实例分析摘要：由于建设单位的更换，拟改变已建部分楼层使用功能，结构需要对地下一层、一层及二层结构平面进行加固改造。
关键词：加固方案；加固计算1工程概况本工程位于西安市纺渭路以东，柳新路以南。
由1#楼、2#楼及商业裙房组成（地下一层、地下二层及一层已施工，为改造部分；二层及二层以上为新建部分）。
1#楼地上21层,地下2层；2#楼地上21层地下2层；商业裙房地上5层，地下2层。
建筑结构形式为1#、2#楼采用钢筋混凝土框架-核心筒结构体系，商业裙房采用钢筋混凝土框架结构体系。
现以商业裙房为例介绍本文。
2加固改造的范围和内容本项目由于产权转移及使用功能改变等原因，业主拟对二层楼面结构进行大面积改造，改造范围涉及三个方面：1.拆除部分楼面结构梁板。
2.将二层部分楼板结构洞口用现浇钢筋混凝土进行封堵。
3.电梯改变位置。
4.二层以下原有部分结构柱不满足轴压比要求，需加固处理。
5.由于以上拆除和封堵等改造工作，将会对部分构件甚至局部结构的强度和刚度方面产生影响，故应就此对原结构进行加固。
裙房二层加固改造平面3结构加固方案设计与计算对混凝土结构构件进行加固，目前比较成熟的加固方法有加大截面加固法、粘钢加固法、粘贴碳纤维片材加固法、植筋法、外包型钢加固法和其他传统的加固处理方法。
这里仅对本工程用到的加大截面加固法、粘钢加固法、粘贴碳纤维片材加固法做重点介绍。
3.1 加大截面加固法：该法施工工艺简单、适应性强，并具有成熟的设计和施工经验；适用于梁、板、柱、墙和一般构造物的混凝土的加固；但现场施工的湿作业时间长，对生产和生活有一定的影响，且加固后的建筑物净空有一定的减小。
加固受弯构件计算时，分为受拉区增大截面和受压区增大截面。
当增大受压区截面时，变成了叠合式受弯构件，因而就采用现行砼规范关于叠合式受弯构件的计算方法。
当增大受拉区截面时，加固规范给出了正截面和斜截面的计算公式，公式类似于砼规范的计算公式，只是新增的钢筋和砼强度给了一个折减系数，正截面受弯时钢筋的折减系数为0.9；斜截面受剪时钢筋的折减系数为0.9，砼的折减系数为0.7；轴心受压正截面计算时钢筋和砼的折减系数都为0.8；偏心受压正截面计算时钢筋和砼的折减系数都为0.9。
结构改造加固的实例分析
第 四种方案加大 ＷＹ Ｌ （ Ａ） Ｋ １２ 截面及增 加 Ｋ Ｚ截面。 此方案是在原 有 ＷＹ Ｌ （ Ａ） Ｋ １ ２ 的基 础上 采用 三 面 围套
法加 固 ，使 梁 截 面 由 ５ ０×１０ ｍｍ）变 为 ９ ０×１０ ０ ４ ０（ ０ ７０ （ ｍｍ） 尽管设 计 时 Ｋ ２ Ｚ ， Ｚ 、Ｋ ３的配 筋及 截 面 均满 足 要求 ， 但柱截面为 ６ ０×８０ ｍｍ） 其截面 宽度小 于梁截 面 ，为保 ０ ０（ ， 证柱外面与墙平 齐 ，采用 三面 围套 法加 固柱 ，使其 截 面改 为 １０ ９０ ｍｍ） ０ ０× ５ （ 。加固梁仍 然采用 预应力 ，在其 两侧 各 增加 ２ ０ｍ ０ ｍ，以满足波纹管最 小保护层厚 度的要求 。框 架
柱两侧同样各 分别增加 ２ ０ｍ ０ ｍ，使 梁端部 张拉时不至 于破
（ ）抽掉框架 柱之后 ，原来 由被抽柱所 承担 的竖 向荷 １ 载将转嫁到相邻 的框 架柱 上 ，应考虑 相邻框 架柱及其 柱 下 基础是否有足 够 的强 度 、刚度 、承载力等储 备 。一旦 有那 项不满足要求 ，就需 要对 原有结构 采用合 理可行 的加 固
此房屋顶为上人屋 面 ，严重 影 响屋 顶活 动空 间 ，甲方并 不 认可此方案 ，认 为是万 不得 已的最后方案 。 第三种方案凿掉原框梁 ＷＹ Ｌ （ Ａ） 新做 新框 架梁。 Ｋ １２ 重 此方案采用无 振动 直线 切割 工艺将 ＷＹ Ｌ （ Ａ） 全 Ｋ １２ 完 切除掉 ，然后植入钢 筋重新 做框 架梁 。此 方案不 但要将 屋 面保温层同时 切断 ，而且施 工时要 从地 面开 始做支 架 ，一
一
方法 。
（ ）抽掉框架 柱后 的结构 整体性能 能否满足设 计规 范 ２ 的相关要求。如抗震 规 范对 结构 的振 型情况 、地震作 用下
钢筋混凝土框架结构加层改造设计实例及应用_赵磊
收稿日期：2011－09－14作者简介：赵磊（1973—），男，高级工程师，硕士，主要从事企业内部工业项目土建工程设计、管理工作.宁夏工程技术Ningxia Engineering Technology Vol．11No．1Mar ．2012第11卷第1期2012年3月文章编号：1671－7244（2012）01－0056－051工程概况中色（宁夏）东方集团有限公司原有的研发中心建筑无法满足使用要求，如果重新建设将耗费企业宝贵的时间和经费，而合理地对旧有建筑进行改造，不仅可以加快建设进程、节约建设资金，还可以减少用地紧张和资金量大、回收期长等不利因素.研究中心于2002年建成，原设计为二层现浇钢筋混凝土框架结构，层高3.9m ，一层为实验区，二层为集中办公区，上人屋面.原结构立面、平面示意如图1所示.2009年由于国际市场竞争日趋激烈，对产品性能要求越来越高，集团公司原有研发力量严重不足，决定增加科研投入，增加人员和设备.研究中心需要增加近1.5倍的使用面积，同时严格控制工期和造价.2改造方案2.1加层方案目前房屋加层方法大概分为直接加层法和外套结构加层法两种.前者可充分利用原有建筑的承载潜力，是扩大使用面积最经济、最方便的手段.由于原结构方案选型正确，传力途径明确，节点连接可靠，设计文件（图纸、计算书）齐全，且满足现行规范要求；经检测原结构地基基础变形值和倾斜值均满足规范要求，地基基础稳定；上部结构投入使用时间不长，使用环境良好，结构强度储备充分，仅需要对局部构件进行加固即可满足要求.因此，选择在原有二层的基础上加盖二层框架，功能分区同原第二层.加层部分内外墙体采用轻质材料，改造后结构布置如图2所示.2.2加固技术方案目前流行的加固技术有很多，如增大截面加固法、粘贴钢板加固法、预应力加固法、改变受力体系加固法、外包钢加固法、粘贴碳纤维布加固法、植筋法等等[1].综合建设单位改造要求以及本地区成熟技术确定具体加固方案：①对于加层后轴压比超限的钢筋混凝土框架结构加层改造设计实例及应用赵磊（中色（宁夏）东方集团有限公司工程部，宁夏石嘴山753000）摘要：以中色（宁夏）东方集团有限公司的钢筋混凝土框架结构加层改造工程为例，以现行加层理论为基础，利用SATWE-8软件工具对结构因改造引起的力学性能改变进行了大量的计算和分析，最终提出运用“模拟加层、整体分析、前后对比”的改造设计方法，对该建筑进行了加层改造，并取得了良好效果，不仅验证了上述方法的科学性和实用性，而且积累了大量的改造经验.通过对改造计算结果的分析，得出了一个“经验系数”，在今后类似结构加层改造工程中，利用这个“经验系数”可以简化计算工作量，缩短设计周期.关键词：框架结构；加层改造；整体分析中图分类号：TU375.4文献标志码：Ab 平面图图1原结构立面、平面示意图a 正立面图①⑧7.8006.90011.70010.8004.8003.9003.0000.9000.000①②③④⑤⑥⑦⑧7800720048008400468004800720072007200720072003000E DCB A24600图3框架柱加固截面示意图图2加层部分平立面示意图框架柱采用增大截面加固法处理；②对于加层后承载力不足的框架柱采用外包型钢加固法处理；③对于加层后承载力不足的框架梁采用粘贴钢板加固法处理；④对于独立柱基础采用增大底板截面并配合植筋技术进行处理；⑤对于楼板、次梁类构件暂定不予加固；⑥经检测原地基土质均匀稳定，无需加固处理.3加固设计的分析对比3.1确定需要加固的结构构件(1)根据原结构设计文件（图纸、计算书）使用SATWE-8软件对原结构进行整体分析计算，取得改造前结构内力、配筋、位移等数据.(2)按照建设单位的改造要求使用SATWE-8软件重新模拟加层建模，其中一、二结构层的计算基本条件如构件截面尺寸、荷载标准值[2]、钢筋强度、混凝土标号等完全按照原结构对应条目执行；新增三、四、五层由于使用功能同原结构，故建模时亦按照第二层相关参数设计.经过整体分析计算取得相关数据.(3)通过对前后数据在结构内力、周期、层间位移、刚度、构件配筋等方面的对比分析，确定具体需要加固处理的结构构件.由于篇幅所限，具体过程不再赘述，下面列出需要加固处理的代表性的结构构件：①加层后轴压比超限的框架柱见：一层B/2柱；②加层后承载力不足的框架柱见：一层E/1柱；③加层后承载力不足的框架梁见：一层B/2/3轴梁段；④加层后承载力不足的独立柱基础见：B/2柱下独立柱基础.3.2结构构件加固设计3.2.1框架柱加固设计(1)对于加层后轴压比超限的框架柱：用增大截面法计算时，可根据规范公式计算，但是公式为五元高次方程组，求解比较麻烦，可根据模拟加层后的电算配筋结果进行试算.(2)对于加层后承载力不足的框架柱：用外包型钢加固法计算时，根据规范公式计算，但是公式为五元高次方程组，求解比较麻烦，可根据模拟加层后的电算配筋结果进行试算.(3)框架柱加固设计结果如图3所示.3.2.2框架梁加固设计对于加层后承载力不足的框架梁,用粘贴钢板加固法计算.以B/2/3轴梁段设计为例（图4）.3.2.3独立柱基础加固设计将原基础底板钢筋凿出，同新增底板钢筋焊接，新旧混凝土结合面构造植筋；增高第一步承台高度为400mm （图5）.①②③④⑤⑥⑦⑧7200720048008400468004800720072007200720072003000E DCB A①⑧46800a 加层后正立面图b 新增三、四层平面图19.50018.60016.50015.60014.70012.60011.70010.8008.7007.8006.9004.8003.9003.0000.9000.000新增主筋8准22原柱主筋附加连接筋，沿柱高方向间距500满布准12@500原柱60050050505050500600a 一层B/2柱截面加固示意图新增箍筋准10@1005003030原梁宽原梁宽3030500b 一层E/1柱加固截面示意图原柱M16普通螺栓结构胶植入原梁柱25厚M10钢丝网水泥砂浆防护层将原柱棱角打磨成10mm 半径的圆角待型钢构架焊接完成后灌结构胶处理柱加固等边角钢75mm ×6mm焊缝等边角钢50mm ×6mm 与柱加固角钢焊接15024600第1期赵磊：钢筋混凝土框架结构加层改造设计实例及应用57第11卷宁夏工程技术4加层改造验算4.1框架梁柱加固后截面刚度折算4.1.1框架柱截面刚度折算(1)轴压比超限柱.原柱截面b 0×h 0=500mm ×500mm ，混凝土等级C25，原框架梁混凝土的弹性模量E co =2.8×104N/mm 2，加固后截面尺寸为b ×h =600mm ×600mm.加固后柱截面刚度EI =3.024×1014，加固前柱截面刚度E 0I 0=1.458×1014，改造后截面刚度增幅为107.4%.改造后柱截面刚度增大很多，故验算时取柱截面为b ×h =600mm ×600mm.(2)承载力不足柱.对该类柱本文采用在柱四角粘Q345级等边角钢的加固方法.加固材料为型钢，与原柱材料不同，需要根据两者的弹性模量、截面几何参数进行等刚度折算，将加固角钢对原柱的刚度贡献折算成混凝土柱的截面高度.型钢加固后柱承载力和截面刚度可按整截面计算，其截面刚度EI ，可按下式计算[3]EI=E co I co +E a A a a 2a 2，式中：E co ，E a 分别为原柱混凝土和加固角钢的弹性模量；I co 为原柱截面惯性矩；A a 为加固构件一侧外粘角钢的截面面积；a a 为受拉与受压两侧角钢截面形心间距.加固用Q345∠75×6，E a =2.06×105N/mm 2，单肢截面积879.7mm 2，角钢形心距20.7mm ，则加固后柱刚度EI =1.459×1014.加固前柱刚度E 0I 0=1.458×1014，改造后截面刚度增幅为0.06%.经计算，改造后柱折算截面积A =272369.51mm 2，验算时取柱截面为b ×h =522mm ×522mm.4.1.2框架梁截面刚度折算对框架梁采用在梁顶或梁底粘Q235级钢板的加固方法.加固材料为钢板，与原框架梁材料不同，需要根据两者的弹性模量、截面几何参数进行等刚度折算，将加固钢板对原梁的刚度贡献折算成混凝土梁截面高度.钢板加固后梁承载力和截面刚度可按整截面计算，根据等刚度原则计算截面刚度EI .原梁截面b 0×h 0=250mm ×600mm ，混凝土等级C25，梁顶加固用Q235钢板截面为3mm ×250mm ；加固钢板的弹性模量E a =2.06×105N/mm 2，梁顶所粘钢板的截面面积为750mm 2.经计算加固后梁刚度EI =1.38×1014，加固前梁刚度E 0I 0=1.26×1014，改造后梁截面刚度增幅为9.5%.经计算，改造后梁折算截面积A =154770mm 2，验算时取框架梁截面为b ×h =250mm ×619mm.4.2加层改造后整体验算根据折算后的构件截面尺寸、模拟改造时的荷载重新建立电算模型，用SATWE-8进行结构整体计算，得出结构加层后的力学数据，其结果如满足《混凝土结构设计规范》[3]的相关要求，则表示加固设计成功，如不满足，则须重新进行加固设计直至满足为止.另外，抗震设防区还需根据《建筑抗震设计规范》[4]进行抗震验算前后数据的对比.轴压比对比如表1所示，结构自振周期对比如表2所示，层间位移对比如表3所示.由表1可知，改造后一层柱轴压比较模拟改造后均有不同幅度的减少，且均符合《建筑抗震设计规范》[4]第6.3.7条要求.说明改造后柱在地震作用下的变形性能较模拟改造后有所提高；改造后柱内力较模拟改造后均有不同幅度增减，这是由于改造后梁柱截面刚度增大导致内力重新分布的原因造成的.由表2可知，由于改造后梁柱截面刚度增大的原因，改造后结构自振周期小幅度减少，相应的地震影响系数有较小幅度增大，地震作用效应相对小幅增加.由表3可知，同模拟改造后相比，结构最大层间位移角均有小幅减小，这是由于改造后结构刚度小幅增加所致，且均满足《建筑抗震设计规范》表5.5.1的层间位移角限值（1/550）.4.3加层改造效果分析由上述对比分析结果可知，按照2.2节改造方图4框架梁截面加固示意图1200U 型箍梁底加固钢板梁顶加固钢板同加固钢板粘接12厚L 型钢板宽度同梁宽M14螺栓结构胶植入深度120mm 10mm ×50mm 扁钢U 型箍同L 型钢板焊接U 型箍间距200800b 支座节点详图a 框架梁加固示意图L 0L 1L 1框架梁框架中柱框架边柱梁顶结构胶粘钢板梁底结构胶粘钢板图5B/2柱下独立基础加固示意图加固前将原基础表面凿毛，凹凸高度不小于50mm新增基础C30混凝土原基础加固前将原基础底板钢筋全部凿出新增钢筋同原钢筋搭接焊接，搭接长度10d 双向准14@150300400100300300100-0.700-1.300-1.300-0.60058案对该分析检测中心进行加层改造后，同模拟改造后相比，结构有如下改变：①结构自振周期小幅减小；②结构层间位移角小幅减小；③结构刚度小幅增大；④构件配筋小幅增加.改造后同原结构相比，有如下改变：①结构自振周期大幅增加；②结构层间位移角较大幅度增加；③结构刚度较大幅度增大；④构件配筋较大幅度增加.综上所述，该建筑改造后整体性能较模拟改造后性能有小幅提高，但是同原结构相比有较大差异.改造后无论单体构件还是结构整体性能均能满足设计规范要求，改造在理论上是成功的.4.4经验公式探讨对本工程改造结果进行简单的数值分析（表4）可知，还可以简单地根据模拟电算出的配筋结果确定使混凝土框架梁、柱正截面抗弯承载力达到预期水平所需增加的钢筋截面积，按照等强代换的原则计算出所需加固钢板截面积即可.需要注意的是：考虑到加固材料同原结构协同工作二次受力的影响，加固型钢或钢板不能达到设计强度.实际设计时上述采用等强代换的原则计算出所需加固钢板（型钢）截面积还需要乘以1.3的代换系数.5结语该建筑于2009年改造完成至今，经过2a多的实际使用，未发现任何安全问题，改造效果良好，可认定为成功案例，通过这次成功的加层改造设计，积累了大量的设计经验.更重要的是验证了“模拟加层、整体分析、前后对比”的改造设计方法是科学合理的，是规范方法的补充和延伸，而且更具备可操作性.通过在实际工程改造设计中的应用研究总结出如下经验：(1)旧房加层改造设计时应根据具体改造要求结合现有加固方法，本着安全、经济、可行的原则综合对比确定具体加固方案.(2)在制定加固方案时，除考虑可靠性鉴定结论、加固内容及建设单位要求外，尚应考虑加固后建筑物的总体效应.如进行加层加固改造时，整个结构的荷载发生了变化，除了要把新增部分设计好外，还要对原结构进行整体承载力的验算，不能继续满足要求的构件要进行加固处理，以保证加固后的建筑继续正常使用.(3)进行改造设计前应充分做好前期准备工作：对原结构进行分析检测，以全面掌握其整体结构性能和构件性能，并为改造提供必须的原结构基础数据信息；原结构材料的强度要尽量按原设计取用，当没有原始强度资料时，要进行实测取用；对加固结构承受的荷载，应实地调查并结合设计图纸加以采用；表4柱(梁)代换系数计算柱(梁)号B/3柱A/2柱B轴/2-3轴梁段支座C轴/4-5轴梁段支座D轴/3-4轴梁段支座D轴/3-5轴梁段跨中改造前A0245419642079195019001140模拟改造后A1393639362551236322941520柱(梁)角钢面积A2/mm217602300750750750600代换系数A2×f sp（A1-A0）×f y1.221.211.141.301.281.14柱(梁)配筋面积/mm2注：Q345角钢强度f sp1=310N/mm2；Q235钢板强度f sp2=215N/mm2；HRB335钢筋强度f y=300N/mm2.考虑到加固材料二次受力影响导致其强度折减，代换系数取为1.3.表1改造后同模拟改造后一层柱设计内力对比表柱号A/1，A/8 A/2，A/7 A/3，A/6 B/1，B/8 B/2，B/7 B/3，B/6 B/4，B/5 C/1，C/8 C/2，C/7 C/3，C/6 C/4，C/5 D/1，D/8 D/2，D/7 D/3，D/6 D/4，D/5 E/1，E/8 E/2，E/7 E/3，E/6 E/4，E/5模拟改造后0.350.580.350.550.850.700.710.490.770.730.840.490.770.730.810.360.590.570.68改造后0.330.520.330.500.600.650.660.440.700.670.610.440.710.660.580.330.530.520.62模拟改造后1051.61517.51047.21454.22524.31868.71706.0754.11563.91657.42120.1791.11619.51659.91962.41063.31508.91289.21569.8改造后1011.71510.51011.91404.22511.71862.02127.6754.61567.61618.82028.2793.71631.01482.71849.51024.31564.31282.31558.0模拟改造后281.6298.5282.3288.7321.6395.3368.8355.8394.0363.7406.9367.0409.7364.8379.1286.0291.9336.2351.3改造后55.4275.955.1267.20.1374.9325.2337.9371.6351.7622.0350.1384.2381.8590.458.3270.3314.5330.3轴压比设计轴力/kN设计弯矩/（kN·m）表2模拟改造后结构自振周期与改造后结构对比振型振型1周期(平动振型)振型2周期(平动振型)振型3周期(扭转振型)模拟改造后0.98080.97470.8958改造后结构0.93080.92790.8591增幅/%-5.1-4.8-4.1表3模拟改造后结构最大层间位移角与改造后结构对比最大层间位移角X方向地震作用下最大层间位移角Y方向地震作用下最大层间位移角X方向风作用下最大层间位移角Y方向风作用下最大层间位移角模拟改造后1/5721/5841/36231/2193改造后结构1/5751/5891/39311/2429增幅/%-0.5-0.8-7.8-9.7第1期赵磊：钢筋混凝土框架结构加层改造设计实例及应用59第11卷宁夏工程技术A case study of adding layer of reinforced concrete frame structureZHAO Lei（CNMC Ningxia Orient Group Co.,Ltd.,engineering department ，Shizuishan753000，China ）Abstract ：Take the adding layer engineering of reinforced concrete frame structure in CNMC Ningxia Orient Group Co.,Ltd.for example,based on existing theory about adding layer,using SATWE -8software tool for calculation and analysis of mechanical properties change in construction reconstructed,retrofitting design method is brought forward to use in principles of “simulation adding layer,global analysis,around contrast ”，adding layer reconstruction has good effects,its science and practicability is verified,and reconstruction experience is accumulated.A “empirical coefficient ”has been gotten from analysis of calculated result,and it can be reused in similar structure reconstruction with the effect of reducing the computation workload and shorting design period.Key words:frame structure ；retrofitting of layer adding ；global analysis（责任编辑、校对王德平）工艺设备荷载和吊车荷载等应由建设单位提供；验算时用到的荷载均应符合现行荷载规范要求.(4)要整体分析结构改造前后在整体性能、构件内力及配筋等方面的差异，得出改造对原有结构产生的整体性能弱化、内力重分布等方面的变化规律.(5)针对需要加固的构件确定具体的加固方法进行加固设计.由于加固结构属于二次受力结构，在截面加固设计时应充分考虑加固材料的滞后应力、应变.另外在进行截面构造设计时还应考虑到二次组合结构的情况，充分做好新旧材料的锚固、拉结设计，最大限度确保同步受力.(6)根据加固截面设计结果进行结构整体验算，对改造后结构的整体性能、构件内力及配筋等方面重新分析，若结果满足相关设计规范要求，可在理论上认定改造设计成功，反之则需根据验算结果有针对性地重新调整加固设计直至满足为止.特别需要注意的是：结构构件改造后截面刚度均发生不同程度的变化，在进行整体验算时一定要充分考虑不同加固材料对原构件刚度的贡献，否则验算结果难以真实反映结构加固后的整体性能.(7)本次设计所采用的结构分析软件是中国建筑科学研究院PKPMCAD 工程部开发的《结构空间有限元分析软件SATWE-8》，也可采用ANSYS 等大型有限元分析软件.(8)加固设计方法有很多，实际改造设计中应注重方法的实用性，在实际工程设计计算中可以采用一些简化方法.例如：采用增大截面法对轴压比超标柱进行加固设计，可根据《混凝土结构加固设计规范》[1]第5.4.2节公式计算，但是该节公式为五元高次方程组，求解比较麻烦.在本改造工程中是根据模拟电算出的配筋结果进行试算，具体参见本文第4.4节相关内容.总之，文中采用的方法灵活应用了规范的规定且具有良好的可操作性，便于工程人员实际操作.参考文献：[1]中华人民共和国建设部.GB 50367—2006混凝土结构加固设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2002：15-30.[2]中华人民共和国建设部.GB 50009—2001建筑结构荷载规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2001：5-20.[3]中华人民共和国建设部.GB 50010—2002混凝土结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2002：45-62.[4]中华人民共和国建设部.GB 50011—2001建筑抗震设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2001：63.60。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
框架结构建筑局部改造加固设计实例分析
摘要：工程实践中，因用途改变、设备更新等原因需要对已有建筑结构进行相
应调整，从而发生改变原建筑物使用功能、承重结构或构件的情况，导致建筑物
可靠性不足、安全性降低。
为保证正常使用，需要对此类建筑进行改造加固，使
其具有现行设计规范及建设方要求的安全性、耐久性和适用性。
关键词：结构检测；承载力验算；改造加固
1、前言
由于建筑行业的特殊性，建筑物的建设方、设计方、施工方、使用方为同一
单位的可能性不大，受专业知识所限，具体使用单位难以全面了解建筑物的真实
状况，且从业人员对建筑物科学合理使用存认知差异，在建筑物的装修、使用过
程中难免出现改变初始设计功能、荷载超出设计容许值的情况从而形成安全隐患，对建筑物安全使用极为不利[1] [2]。
在按规定办理完相关审批手续的前提下，工
程实践中通常通过对建筑物施以改造加固来解决这一问题。
本文笔者将通过工程
实例来详细阐述建筑物改造加固设计的具体过程。
2、工程概况
某工程位于北京市石景山区八大处路，地下二层（车库，层高4.5m），地上
十五层（办公区，层高3.8m）。
该建筑采用框架-剪力墙结构，梁式筏板基础。
结构设计使用年限为50年，建筑结构安全等级为二级。
根据建设单位使用意图，预在七层局部设置档案室（3～5轴/A～B轴），荷载为8.0KN/m2，改变了原设计荷载值。
为了解该区域内结构现状及安全性，并为后续改造设计与施工提供依据，需首先对该区域进行检测，并对改造区域竖向承载力进行计算。
3、结构实体检测及结果
建筑物改造设计、施工前，需对结构实体进行检测[3]，检验项目主要包括现
状普查、核对结构平面图、混凝土材料强度检测、竖向承载力验算、结构安全性
鉴定等方面。
（1）现状普查。
所测区域内建筑外观质量良好，未发现结构构件存在明显受
力裂缝、位移及变形。
混凝土构件外观完好，未发现渗水、露筋等现象。
（2）核对结构平面图。
采用激光测距仪、钢卷尺、磁感仪等设备复核关键结
构构件图纸，包括混凝土构件截面尺寸偏差、钢筋配置情况等，并对轴线偏位情
况进行检查[4] [5]。
经检测，所测区域未发现该建筑有较大的、明显的轴线偏位
现象；所测混凝土构件截面尺寸符合设计图纸要求；所测混凝土构件受力钢筋配
置符合设计图纸要求。
（3）混凝土构件强度检测。
采用回弹法对检测区域内混凝土构件进行分批抽
样检测[6]，所测柱混凝土现龄期抗压强度推定区间为[39.5，41.5] MPa，满足原设计强度C40要求；所测梁、板混凝土现龄期抗压强度推定区间为[34.4，35.8] MPa，满足原设计强度C30要求。
4、竖向承载力验算
采用PKPM（2010）结构计算软件，对结构进行竖向承载力验算[7]，局部加固，未考虑抗震问题。
验算时，结构平面布置依据设计图纸和工程现场测绘情况
进行。
（1）验算荷载条件。
未改造区域楼面恒载、楼面活载均按照原设计取值；改
造区域七层3～5轴/A～B轴楼面活荷载按8.0kN/m2（委托方提供荷载条件）。
计算模型如下。
结构三维计算模型图
（2）验算结果。
验算结果表明，在竖向荷载作用下，受改造影响，部分梁、板结构承载力不满足要求，具体位置如下。
承载力不足构件统计表
5、加固设计方案比选
（1）初步选定加固方案。
加固方案应具有安全可靠、技术可行、经济可比、便于施工的
特征。
根据以上检测结果及承载力验算结果，改造影响范围内承载力不足的梁、板构件需进
行加固处理：对于板构件可采用粘贴碳纤维或减小楼板跨度的方式进行加固处理，对于梁构
件可采用粘贴碳纤维布、粘钢或增大构件截面的方式进行加固处理[8]。
（2）方案优选。
1）主梁1位于外墙处，外侧为玻璃幕墙，幕墙窗与梁底间缝隙以镀锌钢板包封。
采用粘
贴碳纤维布或粘钢加固，均需拆除局部外侧幕墙及窗洞镀锌铁皮，待加固施工完成后，重新
恢复原状，此种方式必须进行室外高空作业。
无论是高空拆除作业，还是搭设落地式操作平台、悬挑式操作平台、采用吊篮或蜘蛛人作业均存在安全隐患，且直接投入高，与收益不成
正比。
增大截面加固法[9]相对来讲更加适用此构件，该方法只需室内作业，且不需增加幕墙
拆除及恢复成本。
2）主梁2位于走廊隔墙顶部，走廊一侧管道密布，空间有限。
走廊一侧操作空间狭小，
无法提供支模作业面，因此增大截面法不适用；对于粘贴碳纤维加固法，梁侧需要粘贴抱箍，走廊一侧无法提供涂抹空间，且该方法对主梁2承载力提升有限，故此该加固法也不适用。
有鉴于此，主梁2采用型钢加固法[9]比较适宜，该法于梁侧设截面较小的钢板抱箍，可充分
利用管道间隙进行焊接、灌胶施工。
3）次梁周边无障碍物可采用经济易行、便于操作的粘贴碳纤维布加固法。
4）对于楼板加固，改造区域结构板下设有多组吸顶安装的风机盘管，其与顶板间隙狭小，粘贴碳纤维布及粘钢加固均无法通过。
同时，考虑到楼层标高容许抬高量、控制成本投入、
改造区域上层房间使用功能等，故增大截面加固法亦不可行。
因此，只有通过在风机盘管间
设置工字钢梁[9]缩短楼板跨度的方式进行楼板加固（梁顶相应区域粘贴碳纤维布平衡负弯矩）。
6、总结
（1）建筑物装修、使用过程中，增加的楼面荷载数值以不超出结构设计容许范围为宜；
（2）实际荷载超过设计容许荷载时，应由原设计单位或具有相应资质等级的设计单位进
行复核验算，出具相应的处理方案；如需结构加固，则由具有相应检测资质等级的单位进结
构实体检测，由具有加固设计资质等级的单位进出具加固设计方案，且结构实体状况必须以
现场实际检验数据为准。
（3）加固改造设计方案必须以结构实体检测结果及结构验算为前提，且必须充分考虑其
安全可靠性、技术可行性、经济可比性、施工可能性。
参考文献：
[1] 中国建筑科学研究院. GB 50009-2012建筑结构荷载规范[M]. 中国建筑工业出版社，2012.
[2] 四川省建筑科学研究院等. GB/T 50292-2015民用建筑可靠性鉴定标准[M]. 中国建筑工
业出版社，2016.
[3] 中国建筑科学研究院. GB/T 50344-2004建筑结构检测技术标准[M]. 中国建筑工业出版社，2004.
[4] 中国建筑科学研究院. GB/T 50204-2015混凝土结构施工质量验收规范[M]. 中国建筑工
业出版社，2015.
[5] 中国建筑科学研究院. GB/T 50784-2013混凝土结构现场检测技术标准[M]. 中国建筑工
业出版社，2013.
[6] 陕西省建筑科学研究院等. JGJ/T 23-2011回弹法检测混凝土抗压强度技术规程[M]. 中国建筑工业出版社，2011.。