建筑結構不同設計使用年限在天山路公交停車場改造中的應用

吳文學

（上海城市交通設計院有限公司，200025）

1 工程概況

上海市天山路公交停車場單層建筑，底層及屋面均作為公交車停車庫使用。房屋局部設有夾層，作為辦公室使用。軸1～25×D～F區域設有公交車上下坡道。車庫建筑平面近似矩形，東西向總長約137.8 m，南北向總寬約91.4 m,車庫屋面標高6.7 m，室內外無高差。

框架柱主要采用預制柱，截面尺寸為450mm×450 mm；框架梁主要為預應力疊合梁，梁截面尺寸主要有300 mm×1 650 mm，300 mm×1 250 mm，250 mm×850 mm，250 mm×540 mm等；屋面采用預制空心樓板，型號為YKB-A60a-8，板厚為240mm，板上鋪60 mm厚配筋混凝土整澆層，混凝土層上為防水層，防水層上為100～160 mm厚混凝土整澆層，內配雙向φ6@100的鋼筋網片；坡道處梁板柱為現澆結構，坡道處梁、板、柱為現澆結構，坡道柱截面尺寸為300 mm×300 mm，坡道梁截面尺寸主要為250 mm×600 mm、240 mm×600 mm。上部結構混凝土設計強度標號300號。

屋面預制板拼縫普遍開裂，并存在滲水、霉變和開裂并存在滲水、霉變痕跡和鋼筋銹蝕痕跡，梁局部存在滲水、霉變和鋼筋銹蝕痕跡；車庫屋面普遍存在面層破損現象，局部存在修補痕跡。

2 原上部結構靜力驗算分析

2.1 荷載

根據現場實際情況，按現行荷載規范規定取值：

（1）風荷載：基本風壓 0.55 kN/m2，C類地形。

（2）屋面活載：

車庫5.0 kN/m2（車庫按業主提供的實際車輛數滿載計算）。

公交車型號主要為：

金龍 6122，數量為3 veh，自重為11 700 kg/veh；

金龍團客，數量為 1 veh，自重為8 150 kg/veh；

申沃 SOC，數量為3 veh，自重為10 500 kg/veh；

申沃SOD，數量為17 veh，自重為10 500 kg/veh；

申沃 S2A，數量為1 veh，自重為11 000 kg/veh；

申沃S2C，數量為44 veh，自重為11 000 kg/veh；

申沃 S2F，數量為17 veh，自重為10 500 kg/veh；

申沃 S8B，數量為3 veh，自重為8 000 kg/veh。

（3）恒載：按現場檢測實際情況取值。

2.2 結構材料強度

混凝土強度檢測采用取芯法，混凝土梁、柱強度等級評定為C28。

2.3 模型建立

計算程序采用中國建筑科學研究院“PKPM”程序對房屋上部結構進行靜力驗算。計算層高：一層7.0 m。房屋三維計算模型示意圖見圖1所示。

圖1 三維計算模型示意圖

2.4 計算結果

（1）框架柱配筋基本滿足計算要求。

（2）框架梁端負彎矩配筋普遍不滿足計算要求，局部框架梁跨中梁底配筋不滿足計算要求。

（3）屋面預制板承載能力不滿足計算要求。

3 結構改造方案

根據天山路公交停車場雙層車庫安全性檢測報告的結論及建議，結合原有的結構圖紙，經過反復論證，在滿足安全的前提下，本著經濟合理、施工方便的原則，保留原有預制樓板及預制梁、基礎、預制柱及車道；鑿除預制板表面面層，采用疊合梁、疊合板對原有預制梁及預制板進行加固。

4 按建筑結構使用年限50a進行計算分析

按建筑結構使用年限50 a，對整體現澆梁板結構的方案進行了計算，考慮剛性地坪的有利作用，柱計算高度從地坪處起算。7度多遇地震作用下，整體計算指標基本滿足要求，但每個建筑單體的角柱抗彎均不滿足要求，局部邊柱抗彎不滿足要求。

整體計算指標如下：

結構周期（取前3個，見表1）。

表1 結構周期表（一）

主要控制參數（見表2）。

表2 主要控制參數一覽表（一）

角部處局部梁、柱配筋簡圖（新做梁、板采用現澆混凝土結構）如圖2所示。

圖2 角部處局部梁、柱配筋簡圖（一）

原預制柱實配鋼筋如圖3所示。

圖3 原預制柱實配鋼筋簡圖

通過對計算簡圖和預制柱實際鋼筋的比對，柱的計算配筋面積大于原預制柱的實際鋼筋面積，需要對預制柱進行加固處理后才能滿足繼續使用的要求。

5 按建筑結構使用年限30a計算分析相應參數的選用

由于結構已使用了25 a，在上海市房屋建筑設計院房屋質量檢測站提供的天山路公交停車場雙層車庫安全性檢測報告中，柱平均碳化深度為2 mm，梁混凝土平均碳化深度為5 mm，建筑結構的耐久性滿足結構繼續使用35 a的要求。

《建筑抗震鑒定標準》（GB 50023-2009）第1.0.4條第1款：在70年代及以前建造經耐久性鑒定可繼續使用的現有建筑，其后續使用年限不應少于30年；在80年代建造的現有建筑，宜采用40年或更長，且不得少于30年[1]。業主希望對保留的原有建筑結構不進行加固處理，上海城市交通設計院結構設計人員決定降低建筑結構使用年限，改造后建筑結構使用年限為30 a。

設計基準期是指為確定可變作用及與時間有關的材料性能值而選用的時間參數,設計基準期不等同于結構的設計使用年限。我國的建筑設計規范所采用的設計基準期為50 a,即設計時所考慮的荷載、作用、材料強度等的統計參數均是按此基準期確定的。對于一般的丙類建筑,當設計者按我國現行標準進行設計時,即以設計基準期為50 a的標準確定相應的活荷載、風荷載、雪荷載、地震作用取值,確定包括鋼筋保護層厚度等因素在內的耐久性參數,使其達到確定的結構可靠度指標,所完成的工程設計項目的結構設計使用年限即為50a。在地震區,影響結構可靠性指標的最大因素是地震作用取值。雖然一個地區的抗震設防烈度已為國家規定的權限審批、頒發的文件(圖件)確定,但確定的值是與50a設計使用年限相協調的,與低于50a的設計使用年限相協調的抗震設防水準理應低于按國家規定的權限審批、頒發的文件 (圖件)的規定。嚴格地說,與設計使用年限相協調的抗震設防水準,需由國家地震主管部門確定,但對于量大面廣的一般民用建筑而言,由地震主管部門來確定設計使用年限50a以下新建建筑物和既有建筑的鑒定和改造的抗震設防水準是難以做到的[2]。

[3]，不同設計使用年限對應的地震作用修正系數及構造措施方面的調整系數按表3、表4選用。

表3 不同設計使用年限對應的地震作用修正系數一覽表

表4 不同設計使用年限對應的構造措施方面的調整系數一覽表

6 按建筑結構使用年限30a進行計算分析

建筑結構使用年限按30a考慮，根據混凝土結構加固設計規范(GB50367-2006)附錄A,相應的活荷載、風荷載、雪荷載仍按設計基準期50a的標準確定[4]。7度多遇地震作用下，對應的地震作用修正系數為：0.75。

地震烈度7度，設計地震基本加速度0.1g，由建筑抗震設計規范（GB50011-2010）表5.1.4-1確定地震作用影響最大系數：αmax=0.08[5]，

修正后：αmax=0.75×0.08=0.06

在SATWE分析與設計參數補充定義中自定義地震影響系數曲線，見圖4所示。

圖4 地震影響系數曲線圖示

整體計算指標如下：

結構周期（取前3個，見表5）。

表5 結構周期表（二）

主要控制參數（見表6）。

表6 主要控制參數一覽表（二）

角部處局部梁、柱配筋簡圖（新做梁、板采用現澆混凝土結構）如圖5所示。

通過對計算簡圖和預制柱實際鋼筋的比對，柱的計算配筋面積均小于原預制柱的實際鋼筋面積，原有預制柱不需要進行加固處理即可滿足繼續使用的要求。

圖5 角部處局部梁、柱配筋簡圖（二）

7 兩者計算結果比較

兩者整體計算指標相比較:兩者周期、層間位移比、柱軸壓比相同；剪重比、位移角后者小于前者。柱配筋計算結果后者明顯小于前者；框架梁截面為300mm×950mm,跨度為6m，柱截面450 mm×450 mm，高度為6 m，梁線剛度大于柱線剛度較多，因而兩者梁的計算面積較為接近。

8 結語

該工程屬于既有結構的改造,設計中對不同設計使用年限的建筑結構采用不同的抗震設防水準。本文對不同設計使用年限建筑結構作用取值進行計算分析對比,從而可以通過費用-效益的工程決算分析確定最優的設防標準和設計方案。

參考文獻

[1]GB50023-2009,建筑抗震鑒定標準[S].

[2]陳才堡.小于50年設計使用年限的丙類建筑結構抗震設防水準的設計建議[J].建筑結構，2007，（11）.

[3]毛毅.不同設計使用年限的建筑物所受地震作用及構造措施研究[J].建筑科學,2012,（18）.

[4]GB50367-2006，混凝土結構加固設計規范[S].

[5]GB50011-2010，建筑抗震設計規范[S].