杭州退休职工大学新址修缮改造工程加固设计

陈志刚,李骏嵘,焦俭

(浙江省建筑设计研究院,浙江 杭州 310006)



杭州退休职工大学新址修缮改造工程加固设计

陈志刚,李骏嵘,焦俭

(浙江省建筑设计研究院,浙江 杭州 310006)

介绍了杭州退休职工大学利用原有的校区,通过改造整合,对不满足现行规范要求的和不满足受力要求的构件进行加固处理,从而为办成质量较高、特色鲜明、具有社会影响力的综合性老年大学，提供了坚实的硬件基础,并且具有显著的社会效益。

退休职工大学；工程改造；加固设计；社会效益

1　工程概况

杭州市退休职工大学现有的建筑由6层的教学楼,4层的图书教研楼,以及3层的教学办公楼组成。教学楼为框架结构，图书教研楼为局部框架的混合结构,建造于1984年；其基础采用打入式沉管灌注桩；教学办公楼为砖混结构,建造于1964年,基础采用天然地基条形基础。现经功能整合,原6层教学楼的功能仍为教学楼;图书教研楼功能改为展厅、校史陈列以及教学办公等；教学办公楼底层保留两个培训教室,其余改为教学办公和小型会议室。原有工程除了卫生间和部分屋面板为现浇板外,楼板均采用预应力多孔板。原本三幢房子各自独立,经过功能整合后,变为功能齐备、方便老年人培训办事的综合性教学办公楼。

2　与结构相关的改造内容

2.1原6层教学楼(框架结构)

4)部分房间由于建筑功能需要,原多孔板拆除,改为现浇板。

2.2原图书楼(砖混结构、部分框架)

2)在承重墙上开大洞,砖墙洞口加固。

2.3教学办公楼(砖混结构)

2.4楼与楼之间的连接

1)原有图书楼与原6层教学楼之间的连接：拆除原有的钢楼梯,增加混凝土楼梯,增加每层连接平台。

2)原有图书楼与原3层教学办公楼之间的连接：增加两楼之间的连接平台。

3　建筑结构的安全等级及设计使用年限

1)建筑结构的安全等级为二级；

2)原建筑使用年限为50年,按业主要求,加固设计后正常使用年限为30年；

3)结构抗震等级：框架为四级[1]；

4)抗震设防烈度为6度,丙类建筑,抗震措施按6度考虑；

5)地基基础设计等级为丙级；

6)建筑耐火等级为Ⅱ级。

4　工程自然条件

1)基本风压：0.45 kN/m2,地面粗糙度C类[2];

2)基本雪压：0.45 kN/m2[2];

3)建筑场地类别为Ⅲ类。

5　设计依据

1)本工程设计使用现行国家及省市的标准、规范、规程。

2)本工程相关资料如下：

①本工程教学楼、图书楼本院存档底图及建设单位提供的干部文化补习学校(教学楼)图纸;

②浙江省建设工程质量检验站有限公司提供的杭州市退休职工大学教学办公楼、教学楼、图书资料楼主体结构检测鉴定报告;

③建筑专业提供的建筑图;

④浙江省工程物探勘察院提供的《杭州市退休职工大学新址修缮改造工程岩土工程勘察报告(详勘)》。

3)浙江省建设工程质量检验站有限公司提供的《杭州市退休职工大学工程检测及抗震鉴定报告》：

①在不改变结构构件平面布置的前提下,杭州市退休职工大学教学楼主体结构能满足安全使用要求。改造装修时,填充墙应与框架梁柱进行有效的连接。

②杭州市退休职工大学图书教研楼主体结构能满足安全使用要求。

③杭州市退休职工大学教学办公楼墙体砌筑砂浆质量较差,整体未设置构造柱,房屋整体性较差,不符合抗震构造要求；从结构安全考虑,应对该楼进行抗震构造及承重墙体的加固补强。

6　计　算

由于本工程的建筑物分别建造于1984年和1964年,当时的框架结构采用二维单榀框架进行,且当时的混凝土强度等级和钢筋强度与现行规范中的规定有所不同。本次加固计算采用空间计算软件PKPM2010版进行计算复核,根据建筑物原有的结构断面输入模型,按照建筑使用功能调整的要求输入楼面和梁上荷载,在计算过程中对钢筋强度和混凝土强度等级按照当时的强度进行调整,按照现有规范的要求,复核柱子的轴压比、柱子的纵横向配筋、柱子的箍筋以及梁的配筋,对不满足规范要求和梁柱配筋不足的地方进行加固；对基础不满足承载力要求处进行加固。

7　加固技术以及应用

7.1加固的施工要求

1)本加固工程的施工必须由具有特种施工资质(结构补强)的专业公司完成。

2)构件进行加固前,应优先考虑将原结构构件除其自重外进行卸载,如无法卸载应及时向设计人员报告,得到设计人员认可后方可施工(或采取临时支撑措施)。

3)在加固过程中若发现结构构件有开裂、腐蚀、锈蚀、老化以及与图纸不一致的情况,施工单位应进行记录，检查结构的损害程度,向设计人员报告,得到设计人员同意后方可继续相关的加固修复工作。

4)工程施工前必须完全理解整体加固的原则及加固的需要,若部分结构拆除工作需先行加固,必须确保加固工作的完成且加固构件达到设计强度后,并做好临时支撑工作后方可进行相关的拆除工作。

5)施工单位在施工中必须做好对新旧混凝土浇筑界面的处理,凿毛、充分湿润、接浆(或使用其他界面剂),保证连接面的质量及可靠性。新增加的混凝土与砖墙界面处应凿除砖墙粉刷层、清理、浸润后方可施工。

7.2本工程结构加固内容

工程结构加固内容见表1。

表1　工程结构加固内容

7.2.1基础的加固[3-4]

根据计算结果,对桩基不满足承载力要求的柱下基础采用200 mm×200 mm锚杆静压桩,编号为MZa-20-2.0-5。桩身有效长度为10 m,桩端持力层为①-2粉砂,单桩承载力特征值为250 kN,具体做法参照《锚杆静压桩(2004浙G28)》。在老基础上补桩的位置凿出250(300) mm×250(300) mm(括号内为下部尺寸)洞口并凿穿原有承台,待压桩完毕后封孔,封桩前凿毛和刷净桩头和桩孔,以C30微膨胀早强混凝土浇灌封桩, 预压封顶应在千斤顶

不卸载条件下进行,待封桩混凝土强度达到设计要求后方可卸载。加大基础面积,以满足桩基的承载力要求,对不满足桩基抗剪或抗冲切要求的承台,采用加高基础高度。增加的基础高度尚须满足原有承台配筋的抗弯强度。

1)教学楼框架结构增加2台电梯并进行基础加固(图1)。

首先，利用原有结构的重量打锚杆桩,待锚杆桩封孔以后, 再进行卸荷, 即卸除上部结构电梯范围内的多孔板或功能要求需要拆除的墙体, 减少桩基所承受的上部荷载。由于这部分承台根部的标高为-1.00 m,而电梯的基坑高度为1 700 mm,加上门厅地面抬高250 mm,承台根部的标高超过电梯基坑的高度,还需要凿除承台根部范围的450 mm。为了满足承台的抗剪、抗弯、抗冲切要求,必须在承台下部的一定范围对根部凿除的承台高度加以弥补。基坑底板的钢筋通过植筋锚入原有的承台或锚入新浇筑的混凝土里,与原有结构连接时,表面凿毛,通过界面剂套浆后再浇筑混凝土。在施工前,与施工单位进行技术交底,通过详尽地讲解,明确承台需要加深的范围,让施工单位彻底了解和理解设计意图。

图1　教学楼电梯基坑平面图

2)教学办公楼砖混结构增加1台电梯(图2)。

图2　教学办公楼电梯基坑平面图

砖混结构的基础是条形基础,基础埋置深度并不深,电梯基坑的深度比原有基础深，利用原有房子的重量压入锚杆桩并没有难度,其难度是该建筑物是砖混结构,浇筑电梯基坑需要拆除该电梯范围的承重墙,故在电梯基坑施工前,需要对2层该范围的墙体进行加固处理。

7.2.2柱子加固[3]

根据复核计算结果,6层教学楼部分柱子的轴压比不符合现行规范要求,需要对不满足要求的柱子加大截面。根据建筑物的使用功能,采用单面或三面加大截面,以满足《建筑抗震设计规范(GB 50011—2010)》表6.3.6要求,主筋上下采用植筋,箍筋采用与原柱子箍筋单面焊接(焊接长度10 d)。见图3。

图3　柱子加固

7.2.3梁加固[3]

根据复核计算结果,当框架梁的复核计算配筋值与实际配筋值相差较大时,优先采用增大截面加固法；当框架梁的复核计算配筋值与实际配筋值相差较小时或构件断面的改变影响建筑使用功能时,采用外粘型钢加固法。

教学楼报告厅屋顶改造为门球场,由于屋顶的荷载超过原有多孔板允许的活荷载,故原有的多孔板需要改为现浇板；考虑到门球场场地的平整要求,利用原有屋顶的找坡高度将原有的主梁和次梁均往上翻,适当抬高后浇的屋面板标高。根据原来主次梁的跨中配筋,反算加高梁的高度,采取往上加大梁截面方法加固,支座配筋根据计算结果采用另配。

加固平面表示方法参照《建筑结构加固施工图设计表示方法(SG111—1～2)》[5]。

7.2.4教学办公楼砖墙加固(钢筋网砂浆面层加固)[4]

根据浙江省建设工程质量检验站有限公司提供的《杭州市退休职工大学工程检测及抗震鉴定报告》,需要对教学办公楼的墙体进行加固处理。先凿除原有砌体的粉刷,采用双面钢筋网砂浆面层加固。钢筋网砂浆面层加固是指在面层砂浆中配设一道钢筋网或钢板网或焊接钢丝网,达到提高墙体承载力和变形性能(延性)的一种加固方法。先用Φ6钢筋固定墙两侧的钢筋网,再采用喷射砂浆工艺喷射墙两侧的砂浆,在喷砂浆后4 h即应开始养护,每班喷水不得小于一次。

设计构造要求如下:

1) 砂浆强度等级采用M15水泥砂浆,厚度35 mm。

2) 钢筋网采用细密点焊钢筋网,规格为Φ4@(120～150) mm×(120～150) mm,采用S形Φ6钢筋以钻空穿墙对拉, 间距为900 mm,呈梅花状布置,具体要求与做法详见《砖混结构加固与修复(03SG611)》[4]。

7.2.5原图书楼改造加固[3]

3)增加标高3.720 m楼板和框架梁东西两跨框架方向的梁和中柱南北的梁主筋采用植筋,由于四周是承重墙,为了搁置楼板,需要在墙的内侧增加边梁,中间跨搁置在框架的梁上,两端边跨搁置在砖墙上。

4)承重墙上开洞在洞口两侧增加构造柱(原有结构有柱处利用原来的柱子),待柱子的混凝土强度达到设计强度后,先对楼板采取临时支撑,拆除洞口砖墙,在构造柱上通过锚栓加预埋件,再将H300×250的H型钢四面围焊在预埋件上。H型钢顶部的空隙用三角钢楔顶紧,并用发泡剂封闭,具体做法见图4。

图4　洞口加固详图

7.2.6拆承重墙,原墙顶加固

教学办公楼3楼根据功能要求,拆除一道承重墙,改会议室。

根据计算结果,利用2根反向槽钢,通过对穿螺杆固定在板底的砖墙上,两侧加临时支撑,拆除砖墙,槽钢底部的缀板与槽钢底部翼缘焊接,空隙部位用C30灌浆料灌实。具体做法见图5。

图5　砖墙顶加固

7.2.7抗震加固

根据浙江省建设工程质量检验站有限公司提供的《杭州市退休职工大学工程检测及抗震鉴定报告》要求,框架结构的填充墙应与框架梁柱进行有效地连接；教学办公楼等砖混结构整体未设置构造柱及拉结筋。根据上述要求,采取下列措施进行加固。

1)教学楼(框架结构)[1，3]

①凡柱(构造柱)与砌体连接处应在高度方向设置2Φ6@200拉筋,长度700 mm,且大于1/5墙长(该长度范围的砌体先拆除,待植入水平拉筋后再恢复),柱子部位采用植筋。

②当填充墙长度超过5 m时,宜在5 m长度范围内设置构造柱,构造柱尺寸为240 mm×240 mm,内配4Φ12,箍筋Φ6@200。构造柱纵筋通过植筋锚固于上下梁内,柱顶留30 mm空隙。

③当填充墙净高超过4 m时,宜在4 m高度范围内设置圈梁,圈梁尺寸为240 mm×240 mm,内配4Φ12,箍筋Φ6@200(在设置圈梁以上的砌体先拆除,待圈梁浇筑完毕后再恢复)。

④对于教学楼报告厅位置,由于层高较高,柱子的抗剪加固采用2层300 g碳纤维一级布,厚度0.167 mm,搭接长度150 mm[4]。

2)砖混结构加固[4]

①在建筑物的四角及中间隔一开间的位置设置构造柱,柱截面尺寸240 mm×240 mm,内配4Φ12,箍筋Φ6@200,在砌体中预留马牙槎；拉结筋采用4×2Φ12的钢筋, 分别布置在上下层高各1/3范围内,

长度1.5 m,紧贴横墙布置；一端锚在新增的构造柱内,另一端锚入横墙的空洞内；空洞尺寸为120 mm×120 mm,拉结筋的锚固长度15 d,并用混凝土填实。

②原建筑物3层没有设置圈梁,故在外墙及中间隔一开间的纵墙上通过2[18的槽钢,在楼板底的砖墙上间距1～1.5 m通过对穿螺杆2M12固定,代替圈梁。

7.2.8多孔板改现浇板[3]

根据建筑功能的要求及板面增加的恒载或荷载超过原有多孔板允许的活荷载,本工程部分多孔板需要改为现浇板。对于框架结构的多孔板端部有砌体的首先要将砌体拆除,利用原有多孔板的厚度,根据计算配筋,钢筋锚固长度不足可采用植筋的方式锚入梁内；对于砖混结构,由于多孔板搁置在承重墙内,只能采用静力切割,对于板跨较小的板,采用单边搁置,在单边的位置增加边梁,边梁搁置在两端的砌体上；对于板跨较大的双向板,则采用四边搁置,在板的四周设置次梁。

8　结　语

本工程通过采用锚杆桩、植筋、加大截面法、粘贴碳纤维布、粘钢、钢筋网砂浆面层喷浆工艺、钢结构、钢砖组合梁等加固手段对原有建筑的基础、梁、柱、砖墙、砖墙开洞及拆除承重墙进行加固,让建造年代久远的建筑通过加固改造满足现代功能的需求,为既有的建筑物获得新生做了部分探索和尝试,创造了良好的社会效益和经济效益。希望本文能给有类似项目的设计同行们提供一定的参考借鉴作用。

[1]中国建筑科学研究院.GB 50011—2010 建筑抗震设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社,2010.

[2]中国建筑科学研究院.GB 50009—2012 建筑结构荷载规范[S].北京：中国建筑工业出版社,2012.

[3]四川省建筑科学研究院.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,2006.

[4]中国建筑标准设计研究院.03SG611 砖混结构加固与修复[S].北京：中国计划出版社， 2010.

[5]中国建筑标准设计研究院.SG111—1～2 建筑结构加固施工图设计表示方法[S].北京：中国计划出版社,2010.

Reinforcing Design on the Repair Works for the New Address of University of Retired Staff and Workers of Hangzhou

CHENZhigang,LIJunrong,JIAOJian

2016-06-27

陈志刚(1965—),男,浙江乐清人,高级工程师,从事建筑结构设计工作。

TU746.3

B

1008-3707(2016)10-0008-06