成都市高新區智慧指揮中心結構加固改造

付曉東，范 樂，崔劍鋒

(中國建筑科學研究院有限公司西南分院，四川成都 610041)

目前，既有建筑改造漸漸地進入大眾的視野，逐漸的被大眾所接受。隨著人們物質文化生活水平的提高以及生產技術工藝的發展，人們理念的變化及對新鮮事物的追求，原有建筑已經不能滿足人們新的需求，既有建筑改造越來越多，從之前的單一結構改造到現在的全專業改造，改造種類越來越多，改造需求也越來越多。但在改造及使用過程中，結構加固改造應排在首位，結構安全至關重要，它是其他所有專業改造的基礎。現在人們對品質要求越來越高的情況下，如何做到結構加固改造設計既不影響功能又滿足安全需求，這是對廣大結構工程師的一大考驗。

1 工程概況

高新區智慧指揮中心位于成都市高新區天韻路186號高新國際廣場C座，該樓修建于2003年，為聯通的成都總部大樓，見圖1。該房屋為地上11層全現澆鋼筋混凝土框架-剪力墻結構。1層層高為7.4m，2層層高為5m，3層及以上層高為4.5m，房屋總高度為53.2m。現業主要在一層局部改造，包括增加部分夾層及首層樓面局部增加設備房，需局部增加荷載。

圖1 該房屋外觀照片

2 原結構的檢驗檢測

該房屋在改造之前，委托了某檢測中心對其改造范圍內的主體結構進行了檢驗檢測。

2.1 原結構的主要設計參數查閱

根據委托方提供了該樓的施工藍圖，該樓在正常使用條件下，本建筑結構設計使用年限為50a。地震烈度：本工程抗震設防烈度為7度。建筑場地類別為Ⅱ類。風荷載：基本風壓為0.3kN/m2。雪荷載：0.2kN/m2。根據建筑抗震設防分類標準，本工程為乙類建筑。主樓下設2層停車庫，基礎為筏板基礎，剪力墻抗震等級為一級，框架二級，建筑結構安全等級為二級，地基安全等級為一級，本工程按六級人防設計。本工程主要使用荷載為：辦公1.5kN/m2，樓梯走廊3.5kN/m2，屋面1.5kN/m2，衛生間1.5kN/m2，電梯機房、空調機房6.0kN/m2，其他生產機房6.0kN/m2，傳輸設備室8.0kN/m2。電池電力室16kN/m2。

主要結構材料：基礎墊層C15,基礎筏板C40防水混凝土，抗滲等級S8。柱：16.750m以下，C60。梁板、剪力墻C35，樓梯C30。墻體材料：車庫填充墻采用頁巖實心磚，外墻、內墻采用容重不大于8kN/m3的輕質墻材，砂漿采用M5混合砂漿砌筑。混凝土保護層：基礎底板、地基梁35mm，地下室混凝土外墻臨水面50mm，地下室混凝土外墻內面20mm，地下室內混凝土墻、剪力墻20mm，梁、柱、構造柱25mm且不小于d(d為鋼筋直徑)，板15mm，箍筋保護層15mm，分布鋼筋保護層10mm。

2.2 現場調查

(1)該建筑該部分實際使用功能及荷載調查。該樓改造范圍內，原使用功能為聯通營業廳，現已搬離，現場已經空置，無其他使用荷載。

(2)結構構件布置與尺寸檢查。該樓為鋼筋混凝土全現澆框架剪力墻結構，實際與之相符。在檢測范圍內，框架柱截面為850mm×850mm，實際與之相符。主框架梁多為400mm×750mm，實際與之相符。

(3)構件外觀質量檢查。該樓在改造范圍內，未見影響結構安全的明顯外觀質量缺陷，在受力較大處(如梁柱節點及跨中部位)未見引起結構安全的受力裂縫。

2.3 實體檢測

(1)梁柱構件的混凝土強度檢測。按照JGJ/T23-2011《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程》[1]的要求，采用回彈法對構件混凝土強度進行檢測。在改造范圍內，柱和梁的混凝土強度檢測結果為：所抽檢柱的混凝土強度為60.2～61.3MPa，符合設計規定的C60要求。所抽檢梁的混凝土強度為36.4～38.6MPa，符合設計規定的C30要求。

(2)混凝土構件鋼筋配置檢測結果。采用磁感儀對混凝土構件的鋼筋配置進行了抽樣檢測，檢測操作依據JGJ/T152-2008《混凝土中鋼筋檢測技術規程》[2]的有關規定進行。各構件的鋼筋配置檢測結果表明：所抽檢部分的鋼筋配置符合設計要求。

2.4 結論

綜上所述，所檢測項的建筑和結構布置與圖紙一致，構件混凝土強度和鋼筋布置與圖紙一致，無影響結構安全的表觀質量缺陷。可按原結構施工圖進行改造。

3 房屋的加固改造

為充分減輕新增夾層的結構自重，及建筑功能需要，本次改造設計采用鋼結構夾層，梁采用H型鋼截面，樓板采用鋼筋混凝土組合樓板。建立原樓的整體模型，復核各項整體指標是否滿足相應規范要求，復核基礎是否需要加固。對原結構連接處進行承載力驗算，對不滿足要求的構件進行加固處理。新增機房處，進行承載力驗算，對不滿足要求的部位進行加固處理。對新老設計規范不一致處，按新規范從嚴進行設計復核。

3.1 加固改造主要參數

本工程建筑抗震設防類別為乙類，建筑結構的安全等級為二級；本工程場地地震烈度為7度，設計基本地震加速度0.10g；地震分組：第三組；本工程設計標高±0.000同建筑圖紙。改造后正常使用條件下本工程主體結構設計使用年限為30a,到期后，若重新進行的可靠性鑒定認為該結構工作正常可延長其使用年限,在使用期內每5a定期檢查改造的結構、構件的工作狀態。

3.2 加固改造方案與措施

3.2.1 新增鋼結構夾層設計

鋼材均采用Q355B鋼，柱跨距為8.4m，平面布置圖詳見圖2，主要鋼梁截面為HM488×300×11×18、HM582×300×12×17、HM482×300×11×15、HN350×175×7×11、HN300×150×6.5×9。所用鋼材的屈服強度實測值與抗拉強度實測值的比值不應大于0.85；應有明顯的屈服臺階,且伸長率不應小于20 %；應有良好的焊接性和合格的沖擊韌性；所有鋼材的機械性能(抗拉強度、延伸率、屈服點等)和化學成分(碳、硫、磷、錳等的含量)均應符合規范規定，且鋼材必須具備出廠證明和合格保證，并有機械性能和化學成份合格證明。

圖2 鋼結構平面布置

新增鋼梁與混凝土墻柱連接處采用鉸接，鋼梁從混凝土墻柱上懸挑處加斜向支撐。為了避免節點處對原結構的損傷過大及施工方便，經比選，采用化學錨栓加圍箍鋼板的形式代替植筋，化學錨栓采用特殊倒錐型化學錨栓，螺桿采用8.8級鋼，使用高品質錨栓，化學錨栓須做現場承載力檢測試驗；圍箍鋼板圍繞柱一圈布置，鋼板厚度為20mm，具體節點詳見圖3。

圖3 化學錨栓加圍箍鋼板節點大樣

3.2.2 原結構加固設計

(1)地基基礎加固：增加鋼結構夾層后，通過對全樓整體模型復核，各項指標均滿足相應規范要求。因鋼結構夾層的荷載不大，單柱荷載增加值約為400kN，單柱總荷載約為9 000kN，新增荷載增幅不大，且原樓基礎為筏板基礎，經對比分析，富余量較大，增加荷載對原有基礎的影響很小，原有基礎滿足設計要求，故基礎無須加固。

(2)上部結構加固：新加夾層后，對二層以上的影響很小，可以忽略不計。在一層至二層之間，墻柱的配筋及軸壓比均滿足原設計要求，但考慮在夾層節點處，鉆孔對原結構的削弱作用，且在夾層處原柱的箍筋未加密，對原柱在一層至二層板面之間進行包鋼加固[3]，提高其抗震性能，加固節點詳見圖4，現場照片詳見圖5。

圖4 原柱加固大樣

圖5 現場加固照片

(3)增加機房加固：原設計樓板為跨度4m×4m的雙向板，未考慮新增機房處的荷載，經承載力復核，原首層樓板板厚為180mm，配筋及截面均較大，原設計樓板及梁柱配筋滿足設計要求，但充分考慮到機房運行時的動荷載，及安裝時對樓板開小孔等不利影響，綜合考慮采用碳纖維對樓板進行加固處理，加固大樣詳見圖6。

圖6 碳纖維加固樓板大樣

3.3 現場施工注意要點

.加固過程中及使用過程中不得增加原設計要求的設計荷載值。在加固設計使用年限內，未經技術鑒定或設計認可，不得改變加固后結構的用途和使用環境。除本設計表述的對規定構件的鉆孔及切割外，不得進行其他任何損傷原結構的施工操作。施工前，應現場核實已建成結構的標高、截面、配筋是否與原設計圖及變更吻合，如發現不同，必須通知設計院，經過設計院的認可后方可施工。加固施工前必須應使原結構處于卸載狀態，同時在相應部位架設可靠臨時支撐，且待加固結構構件達到設計強度后方可拆除支撐。對原有結構構件進行剔鑿時，必須使用無振動方法，禁止使用大錘夯鑿，禁止使用風鎬。在原結構構件上鉆孔時，必須事先探明原結構構件的鋼筋位置且避開，禁止損傷任何鋼筋。結構改造施工過程中不得對原結構構件造成損壞，不得降低原結構構件的承載力。

本項目施工順序為：加固一層原結構柱→施工夾層鋼結構梁→澆筑夾層樓板，為保證澆筑質量，本工程剔鑿后澆筑的混凝土均采用CGM微膨脹無機灌漿料澆筑。.新澆注混凝土及無機灌漿料與原結構的交界面須鑿毛、松動部位應剔除至實處，用鋼絲刷清洗干凈、充分潤濕、涂刷高性能界面劑，再澆注混凝土。新加混凝土疊合板與原結構的交界面，其鑿毛的不平度需不小于20mm。植筋工程必須由具有加固專業施工資質的單位施工，植筋施工工藝、流程施工須滿足現行規范要求，施工方應采取措施保證植入的鋼筋達到規范錨固要求。鉆孔前需將鋼筋保護層剔開以找準鉆孔位置，鉆孔時不得損壞原有結構鋼筋。植筋時必須先焊后植，若植筋后仍需進行焊接操作，必須采取耐焊接高溫的植筋膠，并做好降溫措施，如在植筋外露部分的根部敷冰水毛巾等，且焊點距離基材混凝土表面大于15d。植筋間距及邊距：除特別注明外，植筋間距不小于5d，植筋邊距不小于2.5d。d為植筋直徑。植筋深度：除特別注明外，在原結構的柱、墻上植筋深度23d；在原結構的梁、板上植筋深度16d。

4 結束語

現階段，房屋大規模新建的時代已經基本結束，在國家政策的扶持下，即將迎來加固改造的浪潮，加固改造的比重越來越大，隨著現代人們生活水平的不斷提高，房屋的現有功能已不能滿足新的需求，人們對房屋的品質要求越來越高，對房屋的安全性也格外關注，特別是現階段土地資料緊缺，講究綠色環保的新時代，為了節地節材，老舊房屋改造的例子不斷增多。本文通過實例分析，通過對整個加固改造工程的梳理，闡述了加固改造的流程及方法，對以后出現的類似問題可作參考。