某大樓結(jié)構(gòu)原設(shè)計(jì)為單向框架，現(xiàn)用途由廠房變更為通信機(jī)房，需對(duì)其進(jìn)行整體抗震和承載力加固。對(duì)加固方案進(jìn)行了詳細(xì)的說明，其中用到了目前結(jié)構(gòu)加固中常用的加大截面法、表面粘貼碳纖維法、增設(shè)剪力墻等方法，將結(jié)構(gòu)加固為框架剪力墻結(jié)構(gòu)。用軟件進(jìn)行了加固效果分析，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。
1工程概況
該房屋位于上海，原設(shè)計(jì)主要作為加工儀器、儀表或電子產(chǎn)品的廠房使用。廠房為地下一層，地上五層的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，建于1994－1995年，建筑面積約10000㎡。廠房建筑平面大體為矩形，東南角局部突出，樓梯間位于東南角和西北角，東北端有電梯間，房屋東西向總長(zhǎng)度56m，南北向?qū)挾?9.6m，室內(nèi)外高差1.2m。廠房四周有外圍護(hù)墻，室內(nèi)樓梯間，電梯間，衛(wèi)生間和9~10軸間辦公生活區(qū)有隔墻，9~10軸間一層到四層均有夾層。廠房地下室層高3.7m，一層層高6m，二層層高5m，三層層高5m，四層層高5m，五層層高4.5m?，F(xiàn)擬將廠房用途改為通信機(jī)房。
廠房原設(shè)計(jì)為單向框架，橫向框架梁跨度為12m，梁主要截面大小為350mm×1100mm，縱向主次梁跨度均為6m，梁截面大小250mm×500mm。廠房主體結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度C25～C30，夾層樓板厚度80mm，混凝土強(qiáng)度C20。填充磚墻采用機(jī)制空心磚，厚度240mm，25號(hào)混合砂漿砌筑，局部?jī)?nèi)墻采用泰柏板輕質(zhì)隔墻。地下室外部混凝土墻厚350mm，內(nèi)部混凝土墻體厚度250mm、350mm，墻體雙層雙向鋼筋。地下室混凝土強(qiáng)度C30。基礎(chǔ)采用樁+承臺(tái)基礎(chǔ)，混凝土大底板，承臺(tái)厚度1.6m（含基礎(chǔ)底板0.6m），預(yù)制樁采用全國(guó)通用建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)試用圖集《預(yù)制混凝土方樁》（JSJT－89），廠房樁型JZHb-240-1515C、JZHb-240-1514C，截面400×400，樁混凝土強(qiáng)度C40，樁長(zhǎng)29～30m，設(shè)計(jì)單樁承載力Nu＝1100kN，樁尖位于砂質(zhì)粉土上。廠房基礎(chǔ)筏板厚度為650mm，南北向鋼筋板底、板頂φ16 180鋼筋，東西向鋼筋板底、板頂φ16 140，東西向基礎(chǔ)梁尺寸500×1300，南北向基礎(chǔ)梁400×1200、700×1500。混凝土采用C30、S8防滲混凝土。
2原結(jié)構(gòu)驗(yàn)算結(jié)果
改造作為通信機(jī)房使用后，房屋樓面荷載增加較大，用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件對(duì)原結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)算。
地震作用：地震烈度在結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)按七度（0.1g），特征周期為0.90s，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，場(chǎng)地類別為上海。由于作為網(wǎng)絡(luò)機(jī)房使用，其使用功能不能中斷或需盡快恢復(fù)的建筑，依抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)為乙類建筑，框架抗震等級(jí)取為二級(jí)，剪力墻抗震等級(jí)取為一級(jí)。
風(fēng)荷載：基本風(fēng)壓取0.55kN/m2，地面粗糙度取B類。
活荷載及恒荷載參考并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果及荷載實(shí)際分布情況按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009-2001)規(guī)定取值。
樓面恒載：200厚現(xiàn)澆板樓面取6.5 KN/m2，120厚現(xiàn)澆樓面恒載取4.5 KN/m2，，100厚現(xiàn)澆樓面取4.0 KN/m2，，80厚現(xiàn)澆樓面取3.5 KN/m2，，屋面取5.5 KN/m2，，突出部分取4.4 KN/m2，，樓梯間取6.5 KN/m2，。墻體恒載取4.5 KN/m2，。
活荷載：樓面機(jī)房活荷載取8.0KN/m2，夾層活荷載取2.0KN/m2，樓梯活荷載取2.5KN/m2，走廊活荷載取2.5KN/m2，衛(wèi)生間活荷載取2.0 KN/m2，上人屋面活載取2.0 KN/m2，不上人屋面活荷載取0.5 KN/m2，屋頂電梯間活荷載取為7.0KN/m2。
材料：鋼筋及混凝土強(qiáng)度根據(jù)原設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)取值。構(gòu)件截面尺寸按照原設(shè)計(jì)圖紙和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)取值。
房屋結(jié)構(gòu)平面布置規(guī)則、基本對(duì)稱，豎向剖面也對(duì)稱，結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度均勻變化，豎向抗側(cè)力構(gòu)件的截面尺寸自下而上逐漸減小，質(zhì)量分布較均勻，不屬于不規(guī)則類型。
通過計(jì)算，計(jì)算結(jié)果反映出以下幾個(gè)問題：
（1）框架柱軸壓比
改變用途后，一層柱大部分軸壓比超過規(guī)范限值，二層及以上少數(shù)幾根柱軸壓比超過規(guī)范限值。
（2）層間位移
結(jié)構(gòu)平動(dòng)為主的第一自振周期為1.7316s。在地震作用下，改變用途后的結(jié)構(gòu)X向?qū)娱g位移角最大值為1/346，已經(jīng)超過規(guī)范要求的1/550；Y向?qū)娱g位移角最大值為1/381，也超過規(guī)范要求的1/550。
?。?）結(jié)構(gòu)梁、柱、板的配筋復(fù)核
將計(jì)算結(jié)果與原來設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，局部梁、柱的配筋不足，且欠缺較大，屋面板的配筋不足。
（4）地基基礎(chǔ)驗(yàn)算
采用板元法基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)有限元程序JCCAD進(jìn)行基礎(chǔ)驗(yàn)算，表明基礎(chǔ)基本滿足規(guī)范要求。
由于房屋原設(shè)計(jì)為單向框架，房屋縱向較薄弱，房屋的結(jié)構(gòu)體系、層間位移、箍筋配置等抗震構(gòu)造與現(xiàn)行規(guī)范有差異。且現(xiàn)作為網(wǎng)絡(luò)機(jī)房使用，樓面活荷載增加較多，結(jié)合以上分析和驗(yàn)算，靜承載力和抗震都不能滿足規(guī)范要求，為了保證結(jié)構(gòu)的安全性，必須對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固處理。
3加固方案及加固后計(jì)算結(jié)果
通過對(duì)結(jié)構(gòu)體系的整體分析，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工條件，本著經(jīng)濟(jì)適用的原則提出了以下的加固方案。
3.1承載力不足的加固
由于機(jī)房樓面活荷載為8kN/m2，較原來的設(shè)計(jì)荷載增大很多，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算結(jié)果，提出如下加固方案：
對(duì)配筋不足的梁采用粘貼碳纖維板加固處理；
由于樓面荷載增加較大，大于原有樓板的設(shè)計(jì)荷載，因此建議對(duì)屋面和各樓層樓板采用粘貼碳纖維的方法進(jìn)行加固。
3.2抗震加固
抗震加固方案如下：
由于一層框架柱大部分軸壓比超限，采用灌漿料加大截面法加固，對(duì)地下室、二三層柱子，建議也加大截面，以增加結(jié)構(gòu)抗側(cè)力剛度；
由于原設(shè)計(jì)年份為1992年～1995年，梁和柱加密區(qū)箍筋配置、框架節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)箍筋配置不能滿足現(xiàn)行抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中對(duì)抗震構(gòu)造措施的相關(guān)規(guī)定，采用加碳纖維布U型箍的方法加固；
原設(shè)計(jì)為單向框架，結(jié)構(gòu)體系不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，而且在結(jié)構(gòu)驗(yàn)算中也體現(xiàn)為部分與柱相連的縱向連系梁配筋不足或者超筋，層間位移角超過規(guī)范限值，將西北角和東北角四周的樓梯間填充墻體改為鋼筋混凝土剪力墻，以抵抗地震力，剪力墻分布區(qū)域見圖1所示。
3.3加固后計(jì)算結(jié)果
1）框架柱軸壓比
通過對(duì)原結(jié)構(gòu)軸壓比超限的柱采用加大截面方法加固后，柱軸壓比都控制在0.80以內(nèi)，滿足規(guī)范關(guān)于軸壓比的限值。
2）層間位移
增設(shè)鋼筋混凝土剪力墻后，結(jié)構(gòu)平動(dòng)為主的第一自振周期為0.8003s。在地震作用下，改變用途后的結(jié)構(gòu)X向?qū)娱g位移角最大值為1/734，滿足規(guī)范要求的1/550；Y向?qū)娱g位移角最大值為1/652，滿足規(guī)范要求的1/550。雖未達(dá)到規(guī)范關(guān)于框架-剪力墻結(jié)構(gòu)1/800限值的要求，但由于是加固改造項(xiàng)目，已能符合使用要求。
3）梁、柱配筋
通過上述方案加固改造后，結(jié)構(gòu)未出現(xiàn)梁、柱超筋現(xiàn)象。
由此可見，上述加固方案有效可行，加固效果良好。加固后的結(jié)構(gòu)能較好的完成預(yù)期的功能要求。
4結(jié)論
目前，本大樓經(jīng)過加固施工后作為通信機(jī)房已投入使用，運(yùn)行狀態(tài)良好。從本工程實(shí)例可以看出，增設(shè)剪力墻對(duì)于框架結(jié)構(gòu)而言是一種有效的整體抗震加固的方式，能達(dá)到良好的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)同類型的改造加固工程具有一定的借鑒意義。
