浅议建筑板柱结构改造加固设计

'浅议建筑板柱结构改造加固设计　　摘要：随着我国城市化进程的加快，我国建筑逐步向着高层建筑的方向发展，在多层建筑结构中板柱结构因其平面布置较为灵活得到了广泛的应用。板柱结构比较适合厂房、仓库、商场等建设，具有框架结构的优点，施工简单便于操作。关键词：建筑；板柱结构；加固改造；设计中图分类号：S611文献标识码：A本文主要探讨一下某商场板柱结构加固改造工程中结构设计问题，对设计中存在的问题进行分析，并提出相应的解决措施，以满足工程需要。1工程情况分析某大型商场为三层板柱结构，因无法满足当前经济发展的需求，需要进行改造处理。该建筑层高6m，需要在原来三层的基础上加高至五层，并采取相应的加固措施。依据检测单位提供的检测数据，该建筑主体结构混凝土强度基本达到C20以上，满足加固改造的条件，因此，可以进行加固改造设计。2基础加固方案7 由于该房屋作为商场使用，需要比较规则且较大的空间，限制了竖向构件的位置和数量。基于规范规定和建筑功能限制，我们选择了板柱-剪力墙结构类型。2.1桩型选择该建筑原桩基础的桩型为预制方桩，根据新老桩型宜相同的选择原则，加固桩型仍然选择预制桩为宜。经对地勘报告进行详细分析，场地持力土层层顶埋深约为15m，持力层以上各层土的压缩模量均在10MPa以下，多在5～6MPa，小型压桩设备可以使桩穿透这些土层；同时我们按250×250方桩估算桩侧阻力，单桩侧阻力特征值约240kN。据此，我们选择了锚杆静压桩作为基础加固桩型，桩尖持力层与原预制桩持力层相同，单桩承载力特征值取300kN，最大压桩力要求大于600kN，采用桩长和压桩力双控进行压桩施工。考虑到桩长较长，设计要求采用焊接接桩确保接桩质量。2.2基础传力7 确定桩型后，需要确保上部结构增加的荷载能够有效的传递到新的静压桩上去，以保证基础加固的成功。通常有两种做法来处理基础传力：（1）将增加的桩布置在原桩承台周围，原桩承台加大加厚，这样上部荷载通过柱传递到承台，再传递到新老桩上；（2）将增加的桩布置在承台周围，采用包柱式承台将柱荷载传递到新桩上。本工程中，原基础采用桩承台，但没有基础连梁。我们考虑到：如果把桩承台加大加厚，不外乎向上加厚和向下加厚，则要么向上加厚时承台底部钢筋不能通长，只能采用植筋或焊接接长底部钢筋，所有接头均在同一截面；要么向下加厚保证承台底部钢筋通长，但把承台底部挖空施工难度极大，且难以保证施工质量和安全。结合原基础桩承台之间无基础连梁、基础整体性较差、加固设计考虑增加基础连梁的情况，我们决定将桩布置于新增基础梁下，基础梁纵横全部拉通，形成类似于无板的桩筏基础。基础梁受弯剪较大，采用了800mm×800mm的大截面尺寸，设计的基础梁底标高与原承台面相同，如图1所示。图1基础梁与柱及承台连接这样处理有如下好处：（1）新增桩位置易于布置，可以保证与原桩之间的桩间距；（2）新基础梁宽度比加大截面后的柱大，梁纵筋大部分可以通过柱侧，中间少量纵筋可植入柱中，新增柱纵筋可以锚固在基础梁内；（3）新基础梁可以完全包裹柱根，传力合理有保证；（4）基础梁底与原承台连接面凿毛植筋连接，新老基础共同作用效果好；（5）新增剪力墙下无需另设基础；（6）基础整体性大大增强。3节点处理7 板柱结构房屋改造的另一个难点在于柱帽结点的处理。柱帽节点一般面积大，厚度大，剖面边缘线处于非水平或竖直位置，给改造增加梁或墙的连接增加了难度，之前有关的加固项目中采用加大截面对柱帽进行加固处理，取得了较好的效果。在本工程中，柱帽的处理主要涉及柱帽与新增墙的连接、柱帽与新增梁的连接、柱帽与上部加层接长柱的连接、以及柱帽本身的加固处理等。下面对本工程处理以上连接或加固的方式进行逐一介绍。3.1柱帽与剪力墙连接节点根据结构的平面布置和建模试算，本工程确定新增12处“L”形布置的剪力墙，其转角处为原结构柱。为保证尽可能多的剪力墙纵向钢筋的上下贯通，设计采取了如下措施：（1）将剪力墙截面范围内原楼板的混凝土凿除，钢筋保留，方便楼板范围内剪力墙钢筋贯通施工；（2）由于柱帽分为两节，上节厚度较小，平面尺寸大，下节厚度较大，而平面尺寸小。设计中综合考虑结构安全和施工方便，要求对柱帽上节部分按板处理，凿除剪力墙截面范围内混凝土，保留钢筋，下节则视为柱的一部分，不得破坏。这样做，保证了绝大部分剪力墙纵向钢筋的一下贯通，柱帽下节范围内剪力墙纵向钢筋不能贯通，但数量较少。同时，对于凿除了两个方向部分上节混凝土的柱帽，又可以通过合理的支撑，确保结构安全。柱帽与剪力墙连接处理如图2所示。图2剪力墙、连梁与柱帽连接节点剪力墙水平钢筋均采用植筋锚入柱内，柱则采用加大截面进行加固，便于处理转角处边缘构件钢筋。3.2柱帽与梁连接节点7 本工程新增梁主要为将剪力墙纵横拉通的连梁，该连梁平时除自重外基本不承担任何荷载，在地震时则主要承受剪力。根据其受力特点，经专家论证，为方便施工和保证新老连接的加固效果，连梁设置在楼面以下，高度位于柱帽下节范围内。为了保证梁在柱帽处的锚固，设计将梁的纵筋植入柱帽，同时在梁截面中间无纵筋的空白处，增加了6根直径18mm的抗剪短钢筋，也采用植筋锚入柱帽内，如图2所示。特别的，所有有梁相连的柱帽，其下节还采用加大截面进行加固处理，进一步加强连接锚固效果。柱帽下节加大截面的钢筋，环向箍筋要求封闭，倾斜的纵向钢筋锚入柱加大截面混凝土内，另设置梅花形布置的植筋拉筋，保证新老混凝土的结合。3.3柱帽与上柱连接节点7 加层结构与原结构除剪力墙可保证纵向钢筋贯通外，柱纵筋基本上都无法贯通，只能依靠植筋等后锚固技术将加层柱纵向钢筋锚入原柱帽内。为增强连接效果，设计上采取了三个措施：（1）研究表明，钢筋植筋的极限拉拔力随钢筋直径的增大呈线性增长趋势，说明多根小直径钢筋比同样截面积的大直径钢筋植筋的极限拉拔力要大。因此设计要求在严格控制柱纵向钢筋植筋深度、质量和保证植筋间距的前提下，多采用直径16～18mm的钢筋而不采用直径20～25mm的钢筋，保证植筋效果；（2）要求对新老混凝土接触面进行凿毛处理，在浇筑混凝土前按要求涂刷界面剂，增强混凝土结合，同时在柱截面中间空白处，增加6根直径18mm的抗剪钢筋；（3）在柱下部加密箍高度范围内，设置钢板方筒（兼作模板），方筒钢板上按拉筋位置钻孔，拉筋穿孔塞焊，筒底外围设置钢板底座，采用锚栓锚固在柱帽上，如图3所示。图3加层柱与柱帽连接节点3.4柱帽加固由于该建筑使用已30年，为保证安全，设计决定对柱帽进行加固。所有柱帽上节，均采用6mm钢板包裹，设置梅花形布置的锚栓，钢板与混凝土接触面采用包钢工艺处理，用专用包钢灌浆料灌实。柱帽下节则根据柱的加固情况分为两种情况，当柱采用加大截面加固或是剪力墙转角时，柱帽下节也采用加大截面进行加固；如果柱采用包钢加固时，则柱帽下节也采用和上节相同的方式进行加固处理。4结语该工程自建成投入使用后状况良好，沉降基本稳定，无明显沉降不均引起开裂等现象，得到了业主的好评，说明该工程的改造加固是合理、有效的。通过本工程的实践，展示了板柱结构房屋改造的潜力，为类似工程的改造加固提供了参考实例。参考文献：[1]曾春航，吴如军.建筑物基础加固承台连接方式的探讨[J].广东建材，2003（09）.[2]7 金国芳，金洪涛，李思明，等.无梁楼盖结构柱帽加固方法的探讨与分析[J].四川建筑科学研究，2007（2），33（1）.[3]李晓芝，田稳苓，孙文君.钢筋植筋粘结锚固性能的拉拔试验研究[J].河北工业大学学报，2010（4）.[4]建筑抗震设计规范（GB50011-2010）[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.[5]高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2002）[S].北京：中国建筑工业出版社，2002.7'