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摘要: 介绍某框筒结构办公楼局部使用功能改变的加固改造方案设计。首先，分析了直接改某层荷载结构计算模型的动力特性，确定需要加固的部位。经分析，原框筒结构改造后主要存在改造层的梁板结构承载力不足的问题；其次，对相应的部位进行抗震加固设计，在设计时要注意与建筑、水电暖等专业的配合；最后，验算加固后结构模型的各项性能指标。结果表明:均能满足现行规范的各项要求。此设计为该工程加固方案之一，可供相关工程参考。
关键词：框筒结构局部改变使用功能抗震加固
Abstract: the article introduces a frame tube structure building local use function to change the scheme design of reinforcement and reconstruction. First of all, the load directly to a layer structure calculation model of the dynamic characteristics, determine the need to reinforce the part. Through the analysis, reconstruction of the original frame tube structure mainly exist after the problem of insufficient bearing capacity of the beam slab structure of layer; Secondly, the corresponding parts for seismic strengthening design, should pay attention to when the design and construction, with the major such as water and electricity warm; Finally, after calculating the reinforcement structure model of various performance indicators. The results showed that both can satisfy the requirements of the current specification. This design one of reinforcement scheme for the project, to provide a reference for the related projects.
Keywords: frame tube structure seismic strengthening local change using a function
中图分类号：TB482.2文献标识码：A文章编号：
1 工程概况
某办公楼位于石家庄市，该楼设计建造于2010—2012年，原设计为地下2层，地上13层，房屋总平面为矩形条状，建筑面积为15251.4 m2。混凝土现浇框筒结构，东西向7跨，跨度6. 9m两跨，6.0 m四跨，8.0m一跨，总长度45.8 m；南北向3跨，跨度7.9，6.4,7.9m，总宽度22.2m，室内外高差0.3 m，-1～-2层层高4.70 m,5.07m，1～2层层高4.95m，4.55m，3～12 层层高3.9m，13层层高6.52m，。主体为筏板基础，裙房为独立柱基，基础埋深－12.6m，梁板柱的尺寸详见柱结构施工图楼屋面板大多采用厚120mm的现浇混凝土板。
改建方案主要有:原结构四层标高13.280m,1-2轴/C-F轴，标高28.880m,1-2轴/C-F轴，2-7轴/E-F轴，7-8轴/C-F轴改为档案室，建后各层建筑布局基本一致，框筒四周为内走廊，少量为办公室；部分区域增加钢梁，部分原框架梁加大截面，部分梁粘碳布及钢板，部分板底及板顶粘碳布。
2 计算分析
2. 1 参数取值
改建后的结构仍为钢筋混凝土框筒结构，采用PKPM 系列工程软件SATWAE 进行内力计算分析。其荷载取值按现在使用情况和GB 50009—2001《建筑结构荷载规范》中的相关规定取值。梁柱混凝土强度按检测鉴定单位建议值取C30，新加大截面部分的灌浆料强度等级选用C35。建筑场地类别II类，设计抗震分组为第二组，抗震设防烈度为7 度，设计基本地震加速度值为0.1g，抗震等级为三级，丙類建筑，安全等级为二级，建筑地面粗糙度类别为C类。
2. 2 建模计算简化
1) 模型中楼梯间按在厚度为零的楼板上布置均布荷载处理，不考虑其对整体刚度的影响。
2) 结构中的改建部分与原结构按整体现浇考虑。
2. 3 原建筑物改建的结构分析
2. 3. 1 地基基础
经验算改造后基底压力设计值小于地基承载力设计值，加层后的地基承载力满足要求，不进行处理。
2. 3. 2 框架梁
计算结果表明，改后各层框架梁内力均有所提高，梁端负弯矩和剪力普遍增大。主要原因是改建后，地面活荷载增加，导致风荷载和地震效应增大，进而导致梁内力增加。部分框架梁显示超筋信息，说明框架梁的截面大小不满足抗震设计要求，故进行加大截面。
2. 3. 3 框架柱
经验算各层柱轴压比没有超限，柱的承载力和延性满足规范要求，故不需要对柱进行加固处理。
2. 3. 4 周期及层间位移
改建后结构的1阶阵型为X方向的平动；2 阶阵型为Y方向的平动；3 阶阵型为扭转，均满足相关规范要求。直接加层后结构的第一扭转周期与第一平动周期比为0. 8，满足规范不大于0.9的要求。直接加层后层间最大位移角X向为1/ 578，Y向为1/597，满足规范中不大于1/550 的要求
3 加固设计
3. 1 框架梁加固
3. 1. 1 粘碳纤维布加固对于部分框架梁，采用外粘碳纤维布加固法，既可增加梁的承载力和刚度，又可减少对室内使用空间的影响，同时，应防止加固后梁出现“强弯弱剪”现象，对于高度大于600mm的梁在腰部增设一道压腰带，详图见图1。
图1 粘碳纤维布梁加固做法
3. 3. 2 粘钢板加固
对于部分框架梁，支座处的负筋不满足要求，采用在梁支座上部粘钢板以补强负筋。采用该加固法，既可增加梁的承载力，又可减少对室内使用空间的影响，对于纵向框架梁，由于箍筋量富，故不用设置U形钢箍。对于横向的中间框架梁，其中间支座处的负筋不足，也采用粘钢板法补强负筋，箍筋富裕量不多，设置U形钢箍，防止出现“强弯弱剪”的现象，见图2。
图2 框架梁支座处粘钢板加固示意
1—现浇板; 2—L75 × 5 等边角钢;3—U 形箍;
4— 钢压条结构胶粘结; 5—被加固梁
图3 中间框架梁中间支座处做法
3. 3. 3 梁增大截面加固
原梁采用增大截面法加固，见图4。
图4 原框架梁增大截面加固示意
3. 4 板加固
原结构大多采用现浇板，面荷载增加较大，在密集柜轨道位置应相应增加次梁。经过分析计算，采用工字钢I25b，I28b，Q235B 钢，板加固主要考虑新加钢梁处作为板的新支座考虑，粘贴碳纤维作为板的负筋见图5，图6。新增工字钢次梁与原混凝土梁的连接节点见图7。
图5 四层板加固平面图
图6 八层板加固平面图
图7钢梁与原梁连接节点
4 加固后的结构验算
改建的结构电算模型中，采用增大截面加固法的构件，按加固后的尺寸输入；采用其他方法加固的构件，根据刚度等效的原则，换算成等刚度的混凝土梁柱截面尺寸输入。新旧混凝土组合截面的混凝土强度按GB 50367—2006《混凝土结构加固设计规范》中的公式fcc=0.5 (fc0+0.9fc)进行折算，其中，fcc为新旧混凝土组合截面的混凝土轴心抗压强度设计值；fc0为旧混凝土轴心抗压强度设计值；fc为新混凝土轴心抗压强度设计值，未加固的梁柱按原尺寸输入。经过SATWAE 分析，柱的轴压比均满足规范要求。结构的第一扭转周期与第一平动周期比满足规范要求。加固后结构层间最大位移角X向Y向均能满足规范的要求。另外，加固后的剪重比、刚重比等均符合相关规范要求。
5 结语
该设计仅为该工程加固方案之一。通过对本工程的加固处理，得到以下结论:
1) 对类似的工程进行改造加固处理时，需合理采取结构计算模型。
根据结构构件的具体情况，重视加固方法的选择。
在改建加固设计过程中，要与其他专业密切配合。
对加固后的建筑结构，需特别注意加固后的结构是否能满足规范的要求。
参考文献
［1］ 《混凝土结构加固设计规范》.GB 50367—2006
［2］ 《建筑抗震设计规范》.GB 50011—2010
［3］ 《混凝土结构加固构造》.06SG311—1
［3］ 《建筑加固施工图设计表示方法》.SG111—1~2
［4］ 《建筑物鉴定加固与增层改造》: 中国建筑工业出版社，2008.
［5］ 《建筑加固技术疑难工程案例》［M］. 北京: 中国建筑工业出版社，2007.
［6］高靖斌，张惠英，吴文献. 某框架结构办公楼的加层加固设计［J］. 工业建筑，2006，36(9) :92 -94.
关键词：框筒结构局部改变使用功能抗震加固
Abstract: the article introduces a frame tube structure building local use function to change the scheme design of reinforcement and reconstruction. First of all, the load directly to a layer structure calculation model of the dynamic characteristics, determine the need to reinforce the part. Through the analysis, reconstruction of the original frame tube structure mainly exist after the problem of insufficient bearing capacity of the beam slab structure of layer; Secondly, the corresponding parts for seismic strengthening design, should pay attention to when the design and construction, with the major such as water and electricity warm; Finally, after calculating the reinforcement structure model of various performance indicators. The results showed that both can satisfy the requirements of the current specification. This design one of reinforcement scheme for the project, to provide a reference for the related projects.
Keywords: frame tube structure seismic strengthening local change using a function
中图分类号：TB482.2文献标识码：A文章编号：
1 工程概况
某办公楼位于石家庄市，该楼设计建造于2010—2012年，原设计为地下2层，地上13层，房屋总平面为矩形条状，建筑面积为15251.4 m2。混凝土现浇框筒结构，东西向7跨，跨度6. 9m两跨，6.0 m四跨，8.0m一跨，总长度45.8 m；南北向3跨，跨度7.9，6.4,7.9m，总宽度22.2m，室内外高差0.3 m，-1～-2层层高4.70 m,5.07m，1～2层层高4.95m，4.55m，3～12 层层高3.9m，13层层高6.52m，。主体为筏板基础，裙房为独立柱基，基础埋深－12.6m，梁板柱的尺寸详见柱结构施工图楼屋面板大多采用厚120mm的现浇混凝土板。
改建方案主要有:原结构四层标高13.280m,1-2轴/C-F轴，标高28.880m,1-2轴/C-F轴，2-7轴/E-F轴，7-8轴/C-F轴改为档案室，建后各层建筑布局基本一致，框筒四周为内走廊，少量为办公室；部分区域增加钢梁，部分原框架梁加大截面，部分梁粘碳布及钢板，部分板底及板顶粘碳布。
2 计算分析
2. 1 参数取值
改建后的结构仍为钢筋混凝土框筒结构，采用PKPM 系列工程软件SATWAE 进行内力计算分析。其荷载取值按现在使用情况和GB 50009—2001《建筑结构荷载规范》中的相关规定取值。梁柱混凝土强度按检测鉴定单位建议值取C30，新加大截面部分的灌浆料强度等级选用C35。建筑场地类别II类，设计抗震分组为第二组，抗震设防烈度为7 度，设计基本地震加速度值为0.1g，抗震等级为三级，丙類建筑，安全等级为二级，建筑地面粗糙度类别为C类。
2. 2 建模计算简化
1) 模型中楼梯间按在厚度为零的楼板上布置均布荷载处理，不考虑其对整体刚度的影响。
2) 结构中的改建部分与原结构按整体现浇考虑。
2. 3 原建筑物改建的结构分析
2. 3. 1 地基基础
经验算改造后基底压力设计值小于地基承载力设计值，加层后的地基承载力满足要求，不进行处理。
2. 3. 2 框架梁
计算结果表明，改后各层框架梁内力均有所提高，梁端负弯矩和剪力普遍增大。主要原因是改建后，地面活荷载增加，导致风荷载和地震效应增大，进而导致梁内力增加。部分框架梁显示超筋信息，说明框架梁的截面大小不满足抗震设计要求，故进行加大截面。
2. 3. 3 框架柱
经验算各层柱轴压比没有超限，柱的承载力和延性满足规范要求，故不需要对柱进行加固处理。
2. 3. 4 周期及层间位移
改建后结构的1阶阵型为X方向的平动；2 阶阵型为Y方向的平动；3 阶阵型为扭转，均满足相关规范要求。直接加层后结构的第一扭转周期与第一平动周期比为0. 8，满足规范不大于0.9的要求。直接加层后层间最大位移角X向为1/ 578，Y向为1/597，满足规范中不大于1/550 的要求
3 加固设计
3. 1 框架梁加固
3. 1. 1 粘碳纤维布加固对于部分框架梁，采用外粘碳纤维布加固法，既可增加梁的承载力和刚度，又可减少对室内使用空间的影响，同时，应防止加固后梁出现“强弯弱剪”现象，对于高度大于600mm的梁在腰部增设一道压腰带，详图见图1。
图1 粘碳纤维布梁加固做法
3. 3. 2 粘钢板加固
对于部分框架梁，支座处的负筋不满足要求，采用在梁支座上部粘钢板以补强负筋。采用该加固法，既可增加梁的承载力，又可减少对室内使用空间的影响，对于纵向框架梁，由于箍筋量富，故不用设置U形钢箍。对于横向的中间框架梁，其中间支座处的负筋不足，也采用粘钢板法补强负筋，箍筋富裕量不多，设置U形钢箍，防止出现“强弯弱剪”的现象，见图2。
图2 框架梁支座处粘钢板加固示意
1—现浇板; 2—L75 × 5 等边角钢;3—U 形箍;
4— 钢压条结构胶粘结; 5—被加固梁
图3 中间框架梁中间支座处做法
3. 3. 3 梁增大截面加固
原梁采用增大截面法加固，见图4。
图4 原框架梁增大截面加固示意
3. 4 板加固
原结构大多采用现浇板，面荷载增加较大，在密集柜轨道位置应相应增加次梁。经过分析计算，采用工字钢I25b，I28b，Q235B 钢，板加固主要考虑新加钢梁处作为板的新支座考虑，粘贴碳纤维作为板的负筋见图5，图6。新增工字钢次梁与原混凝土梁的连接节点见图7。
图5 四层板加固平面图
图6 八层板加固平面图
图7钢梁与原梁连接节点
4 加固后的结构验算
改建的结构电算模型中，采用增大截面加固法的构件，按加固后的尺寸输入；采用其他方法加固的构件，根据刚度等效的原则，换算成等刚度的混凝土梁柱截面尺寸输入。新旧混凝土组合截面的混凝土强度按GB 50367—2006《混凝土结构加固设计规范》中的公式fcc=0.5 (fc0+0.9fc)进行折算，其中，fcc为新旧混凝土组合截面的混凝土轴心抗压强度设计值；fc0为旧混凝土轴心抗压强度设计值；fc为新混凝土轴心抗压强度设计值，未加固的梁柱按原尺寸输入。经过SATWAE 分析，柱的轴压比均满足规范要求。结构的第一扭转周期与第一平动周期比满足规范要求。加固后结构层间最大位移角X向Y向均能满足规范的要求。另外，加固后的剪重比、刚重比等均符合相关规范要求。
5 结语
该设计仅为该工程加固方案之一。通过对本工程的加固处理，得到以下结论:
1) 对类似的工程进行改造加固处理时，需合理采取结构计算模型。
根据结构构件的具体情况，重视加固方法的选择。
在改建加固设计过程中，要与其他专业密切配合。
对加固后的建筑结构，需特别注意加固后的结构是否能满足规范的要求。
参考文献
［1］ 《混凝土结构加固设计规范》.GB 50367—2006
［2］ 《建筑抗震设计规范》.GB 50011—2010
［3］ 《混凝土结构加固构造》.06SG311—1
［3］ 《建筑加固施工图设计表示方法》.SG111—1~2
［4］ 《建筑物鉴定加固与增层改造》: 中国建筑工业出版社，2008.
［5］ 《建筑加固技术疑难工程案例》［M］. 北京: 中国建筑工业出版社，2007.
［6］高靖斌，张惠英，吴文献. 某框架结构办公楼的加层加固设计［J］. 工业建筑，2006，36(9) :92 -94.