普通地下室主體結構加固改造方法分析

陳斌，諸宏博

（1.紹興市人防工程質量監督管理站，浙江 紹興 312000；2.浙江省建筑科學設計研究院有限公司，浙江 杭州 310012）

0 引 言

普通地下室一般具有較厚的樁基承臺底板、頂板和側墻，部分高層建筑地下室還有粗大的梁柱和較厚的剪力墻體系，對戰時沖擊波和核輻射有較大的潛在防護能力。在戰時對普通地下室尤其是高層建筑中滿足人防規范頂板構造要求的普通地下室進行主體結構加固改造，實現平戰功能轉換后，可成為戰時臨時性物資掩蔽所或者為人員相對集中區域提供大量的臨時性人員掩蔽場所。

1 普通地下室主體結構加固改造方法

臨戰時，普通地下室頂板直接承受沖擊波超壓，雖然沖擊波在經過上部結構后會減弱一些，但頂板承受的等效靜荷載標準值為60kN/m2（核6級；頂板覆土厚度≤0.5m）[1]，而普通地下室頂板設計荷載值比其小得多，因此頂板是普通地下室相對薄弱的一個環節，特別是當地下室柱間距較大時。

對于滿足人防規范頂板構造要求（頂板厚度≥200mm）的普通地下室，可常用的加固方案有以下幾種[2]：

①增大現有結構承載力，如增大截面加固法、碳纖維包裹法、外部粘鋼加固法、外包鋼加固法等，對于柱間距不大的普通地下室可采用這類方法可提高承載力；

②增設支撐構件，對于柱間距較大的普通地下室可采用這類方法可提高承載力，并有效降低跨中截面彎矩。

1.1 增大現有結構承載力方法

圖1 某普通地下室柱網圖

常用方法有：增大截面加固法、外包鋼加固法、外部粘鋼加固法和碳纖維包裹加固法等。其中碳纖維加固法是指配套用膠將碳纖維布粘貼于混凝土構件表面的補強方法，是新型的結構加固技術。目前國內外己廣泛應用于橋梁、建（構）筑物、隧道、涵洞及其他各種混凝土結構的加固補強工程中。

1.2 增設支撐構件方法

人防工程的加固因工程建成后使用空間受到限制，改變結構受力體系是主要的轉換方法。改變結構的受力體系，需增加相應的支撐結構構件，包括在梁板的中間部位增設支點、增設托梁（架）等方法。改變結構的受力體系能大幅度地降低計算彎矩，提高結構構件的承載力，進而提高整個結構的承載力，達到加強原結構的目的。

柱是常用支撐構件，后加柱類型一般為：鋼柱、鋼筋混凝土柱、鋼管混凝土柱和鋼管柱。

2 普通地下室主體結構加固改造實例分析

某普通地下室，建筑面積約5000m2，平時為地下車庫，柱距8400mm，層高4m，頂板厚度250mm，頂板平時荷載10kN/m2，戰時荷載60kN/m2，采用C40混凝土，HRB335鋼筋。具體柱網布置與梁配筋詳見圖1。

現要求對其進行加固改造，以滿足戰時荷載的需要。本例采用增設鋼筋混凝土柱和采用碳纖維布包裹兩種方法進行加固改造。

2.1 增設鋼筋混凝土柱法

暫定在跨中增設200mm×200mm混凝土柱，則跨度調整為4.2m。

2.1.1 荷載計算[3]

梁所受線荷載設計值

q=60×1/2×4.2=126kN/m

2.1.2 內力計算

按等跨連續梁考慮塑性內力重分布，則

計算跨度l0=4.2-0.2-0.1=3.9m

M中=1/16ql02=119.78kN·m

V=0.55ql0=270.27kN

柱軸力N=ql0=491.4kN

2.1.3 截面強度驗算

b=350m m；h0=665mm；fc=19.1N/mm2；fy=300N/mm2

材料強度調整系數：混凝土為1.5；HRB335鋼筋為1.35。

斜截面受剪承載力

V=0.07fcdbh0=466.8kN>V

由上可得，采取在不改變平時荷載作用下截面及其配筋，只改變梁跨度并增設支撐柱的方法，即可滿足戰時荷載下的防護要求。

2.2 碳纖維布包裹法

采用等級為FTS-C1-20級別碳纖維布進行包裹加固，其抗拉強度ff=3550N/mm2，厚度t=0.111mm，材料強度調整系數：混凝土為1.5；HRB335鋼筋為1.35。

2.2.1 荷載計算

梁所受線荷載設計值：

q=60×4.2=352kN/m

2.2.2 內力計算

按等跨連續梁考慮塑性內力重分布，則

計算跨度

l0=8.4-0.2-0.1=8.1m

M中=1/16ql02=1033.36kN·m

2.2.3 計算所需碳纖維布量

不加固時混凝土梁承載力

采用碳纖維布進行加固，設碳纖維布截面面積為Af，按彎矩等效原則折算成鋼筋時相對應的面積為Af，則

由上可得，采取在不改變平時荷載作用下截面及其配筋，包裹碳纖維布截面面積為219.5mm2，即可滿足戰時荷載下的防護要求。

2.3 兩種加固改造方法比較分析

表1對于增設鋼筋混凝土柱法和碳纖維布包裹法進行了比較分析。

兩種加固方法比較分析 表1

碳纖維布包裹加固方法優點突出，工序簡便、高強高效、耐高溫、耐腐蝕、耐久性好、適應面廣、施工質量易于保證，加固周期短，施工工效高，與增設鋼筋混凝土柱法相比，可節約一半左右施工時間，并降低1/3左右施工費用，且對于地下室停車位無影響，若采用增設鋼筋混凝土柱法則對停車位數量有明顯影響，會導致停車位減少1/4左右。

高技術戰爭條件下，人防工程易遭摧毀，需快速修復。碳纖維加固法的諸多特點能較好滿足高技術戰爭條件下對人防工程進行快速加固的需求，能在一定程度上快速恢復和提高結構的抗力等級，使結構滿足承受一定的二次打擊要求，是對普通地下室主體結構進行加固改造的重要方法之一。

3 結 語

①對于頂板厚度滿足規范構造要求的普通地下室進行加固改造后，使其作為戰時物資和人員臨時性掩蔽場所的方法是切實可行的，且較為快捷、方便。但由于防空地下室戰時對于臨空墻和底板等部位荷載要求較高，將普通地下室改造為標準人防工程難度較大且難以完成。

②臨時性加固改造可選方法較多，對于采取何種加固方式需根據實際情況選用，以做到時效性與經濟性的統一，一般情況下建議采用碳纖維布包裹加固方法。

③對普通地下室進行加固改造后，可為戰時提供大量而有效的物資和人員臨時性掩蔽場所，具有較大的戰備效益和經濟效益，值得進行進一步的探討和研究。

[1]GB50038-2005,人民防空地下室設計規范[S].北京:中國建筑工業出版社,2005.

[2]王麗莉.地下室結構抗核爆效應及平戰功能轉換設計研究[D].武漢:武漢理工大學,2003.

[3]程文瀼,康谷貽.混凝土結構設計原理[M].北京:中國建筑工業出版社,2001.