某辦公樓屋面增設水箱可行性分析與加固設計

徐海軍

(甘肅省建筑科學研究院(集團)有限公司，甘肅 蘭州 730070)

1 概述

1.1 工程概況

某辦公樓(以下簡稱該樓)，位于甘肅省蘭州市，該樓設計建造于1993年，為地上7層(局部8層)現澆鋼筋混凝土框架結構，基礎采用人工成孔灌注樁基礎[1]。根據現行GB 50011—2010建筑抗震設計規范(2016年版)的規定[2]，該樓抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度為0.15g，地震分組為第三組。

1.2 可行性分析目的

該樓在設計建造伊始未設置消防水箱，現為了滿足消防要求，業主方擬在該樓七層屋面增設消防水箱，消防水箱選用國家建筑設計標準圖集《矩形給水箱》12S101中尺寸為3.0 m×5.0 m×2.5 m、公稱容積為37.5 m3的不銹鋼水箱[3]。為確定其可行性，需對該樓屋面增加消防水箱進行荷載計算分析，確定該樓在增設消防水箱后結構構件承載力是否滿足要求。若結構構件承載力不滿足要求，則對其進行加固處理[4]。

2 現場檢測

2.1 混凝土強度檢測

該樓設計建造于1993年，混凝土齡期已超過1 000 d，因此，采用回彈法對該樓七層混凝土結構構件強度進行檢測，并采用鉆芯法對回彈結果進行修正，具體檢測結果見表1～表3。檢測結果表明：該樓7層框架柱、框架梁、現澆板混凝土強度推定等級均為C25。

表1 框架柱混凝土強度檢測結果

表3 現澆板混凝土強度檢測結果

2.2 鋼筋配置檢測

根據規范要求及現場實際情況，在該樓7層抽取5根框架柱、5道框架梁和5塊現澆板，共15個構件，采用鋼筋探測儀對結構構件鋼筋配置進行檢測，檢測結果表明：所檢測的結構構件鋼筋配置均滿足設計要求[5]。

3 計算分析

3.1 參數選取

根據現場檢測結果，采用SATWE計算軟件對該樓增設水箱后在靜力作用下主體結構構件的承載力進行驗算，具體參數選取見表4。

表4 計算參數選取表

3.2 水箱布置

考慮到該樓屋面主梁軸線尺寸為3.6 m×6.0 m，選用不銹鋼水箱，尺寸為3.0 m×5.0 m×2.5 m，滿水情況下總重量為20 kN+375 kN=395 kN，水箱布置方式如下：

1)放置于樓板上：水箱位置如圖1所示，水箱產生樓面均布恒載18.5 kN/m2。

2)放置于新增鋼反梁上：水箱位置如圖2所示，鋼梁間距為1 000 mm，鋼梁上均布線荷載為22 kN/m，鋼反梁支座反力為39.6 kN。

3.3 計算分析

針對以上兩種布置方式對該樓結構構件承載力分別進行計算，具體計算結果見表5。

表5 非地震工況下結構構件承載力計算結果

計算結果表明：當消防水箱直接布置于該樓7層10～11×B～D樓板時，該區域部分梁、板配筋不滿足計算要求；當消防水箱布置于該樓7層10～11×B～D樓板新增鋼反梁時，該區域部分梁配筋不滿足計算要求。

4 加固設計

根據《國家建筑標準設計圖集：矩形給水箱》(12S101)總說明第6.9條“水箱底部應架空，距地面不宜小于0.5 m”的規定，應采用增設鋼反梁的方式增設水箱。通過增設鋼反梁將新增水箱荷載傳遞至框架梁上，水箱布置位置長跨方向框架梁(10×B～D，11×B～D)承載力不滿足計算要求，采用外粘型鋼進行加固處理，其施工工藝流程為：基層處理→放線下料→型鋼、鋼板表面處理→型鋼骨架制作及安裝→注膠→防護面層施工→檢查、記錄等，鋼材采用Q235B鋼，焊條采用E43型焊條，植筋用的膠粘劑采用改性環氧類結構膠粘劑。具體加固做法見圖3,圖4。

5 結語

在既有建筑屋面增設水箱，由于水箱荷載一般都比較大，會對原結構產生不利影響。因此，首先要對原結構進行全面檢測，確定其質量情況，然后按照實際情況將水箱荷載布置于樓板進行計算分析。由于規范要求布置水箱時，底部應架空，且距地面不宜小于0.5 m，因此，一般采用增設鋼反梁的方式布置水箱，將新增水箱荷載傳遞至原有承重結構構件上。當增設水箱后，原有結構構件不能滿足計算要求時，需對其進行加固處理，一般采用增大截面法和外粘型鋼法。在實施過程中， 應按照工程具體情況選擇合適的加固方法，以期能夠達到最好的加固效果。