檔案館的加固改造設(shè)計(jì)

江蘇城歸設(shè)計(jì)有限公司，江蘇 無(wú)錫 214061

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，房地產(chǎn)行業(yè)迅速崛起，過(guò)度開發(fā)導(dǎo)致部分企業(yè)資金供應(yīng)不足，出現(xiàn)爛尾樓問(wèn)題，如何有效地利用這些爛尾樓是一個(gè)社會(huì)問(wèn)題。文章通過(guò)實(shí)際案例，闡述了將某一擱置多年的地下室加固改造為檔案館的設(shè)計(jì)方法和思路，可為同類結(jié)構(gòu)加固改造提供參考。

1 工程背景及概況

案例工程始建于2010年，原設(shè)計(jì)為31層的公寓及2層商業(yè)裙房，分別為剪力墻結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)。由于各種原因，該工程在完成基礎(chǔ)及地下一層頂板施工后便停止施工，成為爛尾樓。2016年，投資主體更換后擬建設(shè)為檔案館。綜合考慮造價(jià)、施工工期、社會(huì)影響等多方面因素，經(jīng)過(guò)多方案比選，最終確定設(shè)計(jì)方案如下：充分考慮檔案館的功能要求及現(xiàn)狀條件，盡量利用原有基礎(chǔ)和地下室，空間布局、平面尺寸均結(jié)合已有的柱網(wǎng)體系，盡量減少轉(zhuǎn)換。

地下室原主樓區(qū)域剪力墻較多，布置成設(shè)備用房；原裙房范圍對(duì)應(yīng)區(qū)域柱網(wǎng)規(guī)整，布置為停車位。因?yàn)槭褂霉δ艿闹卮蟾淖儯员仨殞?duì)基礎(chǔ)及地下一層結(jié)構(gòu)的梁板柱墻進(jìn)行加固改造。新建檔案館為長(zhǎng)99.3m、寬38.5m的3層框架結(jié)構(gòu)，中間由鋼結(jié)構(gòu)連廊相連，將上部混凝土結(jié)構(gòu)主體分為左右兩部分，地下室面積為4752m2，長(zhǎng)105m，寬約52.9m。地下一層平面圖見(jiàn)圖1。

圖1 地下一層平面圖（單位：mm）

2 加固改造設(shè)計(jì)

2.1 檢測(cè)鑒定分析

由于該項(xiàng)目閑置多年后重新設(shè)計(jì)施工，因此必須請(qǐng)專業(yè)的檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)該地下室的工程質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)和可靠性鑒定。鑒定檢測(cè)的主要結(jié)論如下：（1）地下室結(jié)構(gòu)體系、主要承重構(gòu)件平面布置及尺寸基本符合原設(shè)計(jì)圖紙。（2）地下室外觀質(zhì)量較差，外墻有裂縫，部分已經(jīng)出現(xiàn)滲水，部分裙房頂板裂縫與外墻貫通。（3）部分框架柱、梁、板的鋼筋直徑及間距不滿足原設(shè)計(jì)要求。（4）用鉆芯法檢測(cè)混凝土構(gòu)件強(qiáng)度，基本符合原設(shè)計(jì)要求。（5）將該房屋地基基礎(chǔ)作為一個(gè)結(jié)構(gòu)體系，根據(jù)《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50144—2019）7.2.1條規(guī)定，經(jīng)驗(yàn)算其承載力滿足《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50007—2011）規(guī)定的要求，評(píng)定為B級(jí)。

2.2 基礎(chǔ)的加固改造

基礎(chǔ)的加固改造設(shè)計(jì)主要圍繞地基承載力和底板承載力兩部分進(jìn)行。

（1）地基承載力驗(yàn)算。原主樓為2000mm厚的樁筏基礎(chǔ)，筏板底位于3-2粉土夾粉質(zhì)黏土中，承載力特征值為160kPa；原二層商業(yè)下地庫(kù)為450mm厚的筏基，筏板底位于3-1黏土中，承載力特征值為220kPa。經(jīng)過(guò)深度修正后，地基承載力特征值分別為223kPa和292kPa，能夠滿足設(shè)計(jì)要求。但是由于原主樓下滿堂布置600mm直徑的預(yù)應(yīng)力管樁，地基剛度明顯高于裙房部分，兩者差異較大。根據(jù)當(dāng)?shù)毓こ探?jīng)驗(yàn)，取合適的基床系數(shù)進(jìn)行模擬計(jì)算，得出相鄰柱基的沉降差小于0.002，整體傾斜小于0.004，能夠滿足規(guī)范要求。同時(shí)設(shè)計(jì)采取加大裙房與主樓的連接部位的地梁截面、加大裙房筏板厚度、加大梁筏配筋等措施減少不均勻沉降。該工程從地庫(kù)加固完成后立即開始沉降檢測(cè)，每施工完一層都要觀測(cè)一次沉降情況，結(jié)構(gòu)封頂后每隔半個(gè)月觀測(cè)一次沉降情況直至沉降穩(wěn)定。其沉降變形圖見(jiàn)圖2，從圖2中能看出基礎(chǔ)剛度的差異，最終沉降量與計(jì)算接近，滿足設(shè)計(jì)要求。

圖2 沉降變形圖

（2）底板承載力驗(yàn)算。由于裙房荷載大幅度增加，原裙房部分地下室的梁筏基礎(chǔ)已經(jīng)不能滿足設(shè)計(jì)要求。經(jīng)過(guò)商量，允許采用在原裙房筏板基礎(chǔ)上再疊加樓板的加固方法。經(jīng)計(jì)算，典型板厚由原450mm增加至600mm、梁厚由800mm增加至950mm，能滿足大部分梁板設(shè)計(jì)要求。地下室底板及梁的典型加固大樣見(jiàn)圖3。

圖3 地下室底板及梁的典型加固示意圖（單位：mm）

地庫(kù)③～④軸柱距離達(dá)到9700mm，水平方向地梁按加高截面已經(jīng)完全不能滿足設(shè)計(jì)要求，為減小跨度，在地梁跨中設(shè)置一道250mm厚的混凝土墻，縱筋植入底板及地庫(kù)頂板相應(yīng)框架梁中，可以很好地解決該跨地基梁承載力不足的問(wèn)題。

2.3 柱的修復(fù)加固

地下室范圍內(nèi)框架柱軸壓比及正截面承載力不滿足要求的采用高強(qiáng)灌漿料擴(kuò)大截面的加固方法，斜截面不滿足要求的采用外包碳纖維的加固方法。擴(kuò)截面及外包碳纖維加固的典型截面做法見(jiàn)圖4。

圖4 框架柱擴(kuò)截面及外包碳纖維加固的典型截面做法（單位：mm）

2.4 梁的修復(fù)加固

對(duì)地下室頂板部分承載力不滿足要求的混凝土梁采用擴(kuò)大截面或黏鋼進(jìn)行加固，地下室頂板梁加固示意圖見(jiàn)圖5，擴(kuò)截面加固梁典型做法見(jiàn)圖6。

圖5 地下室頂板梁加固示意圖（單位：mm）

圖6 擴(kuò)截面加固梁典型做法（單位：mm）

黏鋼加固方法施工簡(jiǎn)單，不增加構(gòu)件截面尺寸，但對(duì)施工工藝要求和膠水質(zhì)量要求較高，其承載力提升有限且表面防護(hù)較困難。采用黏鋼加固后，其正截面受彎承載力的提高幅度不應(yīng)超過(guò)40%。由于該工程加固幅度較大，部分梁頂可采用黏鋼+梁端底加腋方法來(lái)提高承載力，典型節(jié)點(diǎn)做法見(jiàn)圖7、圖8。

圖7 梁底加腋+梁頂黏鋼做法（單位：mm）

圖8 梁黏鋼加固示意圖（單位：mm）

2.5 板的修復(fù)加固

原地庫(kù)頂板結(jié)構(gòu)標(biāo)高種類較多，大部分標(biāo)高為-0.60m，變電所位置標(biāo)高為-1.10m，商業(yè)部位標(biāo)高為-0.33m。該建筑改為檔案館后，頂板的結(jié)構(gòu)標(biāo)高為-0.05m，因此需要將板面抬高，既保證建筑標(biāo)高及面層強(qiáng)度，又不能過(guò)多增加結(jié)構(gòu)自重，根據(jù)不同高度采用不同的方式進(jìn)行加固。主要采用疊合板+BDF鋼質(zhì)網(wǎng)箱體+現(xiàn)澆板、疊合板+加氣混凝土砌塊+現(xiàn)澆板的方式，地下室頂板的加固見(jiàn)圖9。

圖9 地下室頂板加固圖（單位：mm）

其中，鋼網(wǎng)箱現(xiàn)澆混凝土樓蓋空腔樓蓋技術(shù)（BDF）是根據(jù)樓板的厚度及跨度，選用合適厚度的鋼網(wǎng)箱作為內(nèi)模，現(xiàn)場(chǎng)澆筑混凝土，制成空腔樓蓋的整套技術(shù)，具有結(jié)構(gòu)整體性好、自重輕、保溫隔聲耐火性好及施工方便等特點(diǎn)。該技術(shù)已經(jīng)通過(guò)由住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部科技發(fā)展促進(jìn)中心組織的建設(shè)行業(yè)科技成果評(píng)估會(huì)。板面負(fù)筋不足部分可以通過(guò)加大疊合現(xiàn)澆層的配筋實(shí)現(xiàn)，對(duì)板底受力筋不足主要采取粘貼碳纖維，碳纖維加固板底示意圖見(jiàn)圖10。

圖10 碳纖維加固板底示意圖

2.6 加固注意事項(xiàng)

加固工程中的新增部分與原有結(jié)構(gòu)能否共同作用很大程度上取決于施工質(zhì)量。

（1）梁柱板加大截面注意事項(xiàng)。①清除混凝土表面的油污、浮漿，并將灰塵清理干凈。新舊混凝土澆筑界面通過(guò)鑿毛、充分濕潤(rùn)、接漿（或使用界面劑）進(jìn)行處理，保證連接面質(zhì)量及可靠性。②按產(chǎn)品說(shuō)明進(jìn)行灌漿料拌制。澆筑過(guò)程中應(yīng)適當(dāng)攪拌使氣體自由溢出，確保澆筑密實(shí)。澆筑完成后應(yīng)采取相應(yīng)的措施進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

（2）黏鋼加固注意事項(xiàng)。①黏鋼加固表面應(yīng)首先進(jìn)行除銹和清潔處理。②黏鋼應(yīng)采取措施保證鋼板中的膠水不能空鼓。

（3）拆除注意事項(xiàng)。在加固改造過(guò)程中，無(wú)論是構(gòu)件的鑿除還是卸載都會(huì)涉及現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)件拆除，稍不注意就會(huì)造成嚴(yán)重的施工事故，因此必須注意以下內(nèi)容：①在拆除前應(yīng)對(duì)需要拆除范圍做好標(biāo)記，以免誤拆。②涉及主體部分的混凝土構(gòu)件鑿除，應(yīng)先在周邊構(gòu)件設(shè)置有效支撐，以保證支撐體系的穩(wěn)定。③對(duì)不需要保留鋼筋的構(gòu)件應(yīng)盡可能采用整體切割工藝，避免損害保留部分。④拆除的建筑垃圾應(yīng)即拆即運(yùn)，不得在樓板上進(jìn)行堆載，應(yīng)嚴(yán)格按《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB 50204—2015）進(jìn)行施工。

3 結(jié)構(gòu)計(jì)算

該工程主體結(jié)構(gòu)的內(nèi)力與位移按彈性方法計(jì)算，采用了盈建科建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件YJK對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析計(jì)算。設(shè)計(jì)使用年限為50年，抗震設(shè)防烈度為7度，場(chǎng)地類別為二類，特征周期為0.35s，框架抗震等級(jí)為三級(jí)。加固設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮原有結(jié)構(gòu)實(shí)際受力狀況、加固部分與原有結(jié)構(gòu)共同作用的程度、應(yīng)力滯后等因素。加固后結(jié)構(gòu)整體計(jì)算指標(biāo)均能滿足規(guī)范要求。

4 結(jié)論

該項(xiàng)目為廢棄建筑物的改造利用提供了一個(gè)切實(shí)可行的實(shí)踐案例，通過(guò)合適的方式進(jìn)行加固改造，可以極大降低成本，縮短工期，取得良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

（1）混凝土結(jié)構(gòu)加固前應(yīng)根據(jù)建筑物的種類，按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50144—2019）和《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50292—2015）進(jìn)行結(jié)構(gòu)檢測(cè)或鑒定。

（2）該工程的地基基礎(chǔ)加固是難點(diǎn)，必須充分考慮原有基礎(chǔ)形式所造成的地基剛度差異。通過(guò)加厚筏板、加大梁高、增加大跨范圍的剪力墻，可以達(dá)到增強(qiáng)剛度、減少不均勻沉降、提高基礎(chǔ)承載力的目的。

（3）地下室頂板采用疊合板+BDF鋼制網(wǎng)箱體+現(xiàn)澆板的加固方式，既能減少自重，又能滿足建筑標(biāo)高的要求。

（4）對(duì)于梁柱板等不滿足要求的構(gòu)件和部位，根據(jù)相關(guān)規(guī)范流程進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)算，采用合理的方案進(jìn)行加固，滿足結(jié)構(gòu)整體性和構(gòu)件的要求。