广西某厂砖混办公楼改造加固设计

    [摘要]针对某多层砖混结构房屋的改造设计,从抗震设防标准、地基和基础承载能力、竖向和水平构件抗震加固、砖墙开洞、门窗封堵等几个方面加以论述,并对老旧房屋改造中经济合理的加固方案和构造措施加以介绍。

  [关键词]砖混结构;抗震加固;钢筋网喷射砂浆;碳纤维

  一、前言

  广西某厂拟将其办公楼的一层和二层改造成职工食堂,涉及到墙体开洞和楼面作法变更。经查阅设计图纸,该楼始建于70年代中期,建筑面积5700m2,地上6层,地下1层,砖混结构。纵墙和山墙厚度为365mm、内墙厚度均为240mm,粘土砖强度等级为100号/75号,砂浆强度等级为50号,楼面梁和楼板为预制梁和预制空心板,混凝土强度等级分别为300号和200号。基础采用有梁筏板。

  二、加固思路

  增加荷载主要包括两部分:一是1、2层使用功能改变造成的楼面作法和活荷载的增加;二是业主装修时,直接在各层原有楼面上铺设地砖造成的荷载增加。经计算,这两项新增荷载量约为原有荷载总量的8.57%。根据《建筑抗震鉴定标准》规定,建筑物随着建成时间的增长,地基承载力可提高5%~20%,地基承载力满足要求。对基础底板和地梁进行强度和变形的验算,结果表明原设计满足要求。由于新增荷载引起的地震作用增量很小,因此砖墙开洞和现行抗震规范是影响整体抗震验算结果的主要因素。此外,尚需按改造后的荷载,对一、二层水平构件进行验算和加固处理。

  三、加固方案及构造措施

  3.1砖墙墙体抗震加固

  根据PKPM软件计算结果,并考虑地下室潮湿的现状,对于地下室内墙双面和外墙临室内一面,采用20mm厚M10水泥砂浆面层,分两次抹灰加固。对于1、2层有新开洞口和横向间距较大的砖墙,采用钢筋网+喷射砂浆面层,单面或双面加固,喷射砂浆面层单侧厚度30mm,强度等级为M10,钢筋网由¢6@200单层双向钢筋绑扎,并且对应加固面层单面或双面设置,分别采用¢6@600L形锚筋均呈梅花形布置,其在砖墙上的钻孔采用CGM灌浆料填实。水泥砂浆或喷射砂浆的面层,施工时环境温度均应在5℃以上,施工完成后,应将门窗关闭,砂浆终凝后,应每天淋水养护3遍,直至达到设计强度。

  砖墙加固的关键是保证加固层与砖墙之间的整体性、加固后墙体与预制楼板的协同性,因此面层与砖墙、面层与砖墙和预制板交接处、以及面层内钢筋的锚固搭接等一系列构造作法至关重要。

  3.2原有门窗洞口封堵

  按修改后的建筑布置,部分原有门窗需要取消。如果对这些洞口采取可靠措施加以封堵,确保封堵部分与原有砖墙咬合紧密,形成受力整体共同参与抗震,可以弥补新开门洞对砖墙的削弱,相对其它提高抗震性能的措施而言,最为经济可靠而且施工简便。封堵时,对于洞口两侧的交接面,采取将原有砖墙面凿毛、按每隔六皮砖剔出马牙槎(60mm~120mm宽、两皮砖高)、加齿缝砂浆砌筑顶紧等措施,可以保证新旧墙体的紧密连接。而对于洞口顶部,如果采取常规的斜砌砖墙加干硬性浆捻实的方法,受砖墙较厚、斜砌空间较小、工人操作水平不易控制等因素的影响,容易在顶部交接面处产生空隙,形成抗剪的薄弱环节。因此,设计时在需要封堵的门窗洞顶300mm高范围内,采用CGM或掺微膨胀剂细石混凝土加斜模板浇筑,模板顶部和浇筑面略高于门窗洞口顶,以保证浇筑密实。待CGM或混凝土达到设计强度后,剔去多余部分。

  3.3新开(扩)门洞做法

  按修改后的建筑布置,需要在砖墙上新开(扩)部分门洞,由于上述门洞宽度较大、原有砖墙砂浆强度较低且建成时间较长,不宜简单采取砖墙两侧分别开槽、放入预制过梁、最后剔凿门洞的方式。而对于砖墙上开设较大门洞时,比较可靠的常规方法有“外加混凝土框”和“内嵌混凝土框”两种,前者不满足建筑设计要求,后者施工较为繁琐。为保证开洞前后新增过梁托换顺利、受力均匀,不致造成新开门洞上部墙体和楼板的变形,借鉴“内嵌混凝土框”的部分作法,设计出一种安全可行的砖墙开洞方式。

  在砖墙新开(扩)门洞拟设过梁顶面以上位置,按间距0.5m,剔凿约100mm×120mm的小洞,垂直于墙面塞入I10工字钢,与上部砖墙顶紧,将工字钢两端支撑牢固,使工字钢梁暂时承担上部结构荷载。然后按需要的过梁高度和位置剔凿砖墙,绑扎钢筋、支斜模板、浇筑CGM或掺微膨胀剂混凝土。待新加过梁达到设计强度后,拆除工字钢并将过梁上小洞填实,剔凿过梁多余部分及过梁下砖墙。

  3.4预制空心楼板加固

  原设计楼板为预制空心楼板。参考有关资料,原200号混凝土对应目前的强度约为C18,混凝土构件年长日久会发生碳化。因此,加固验算时预制板按碳化深度20mm、混凝土强度C15作为设计依据。

  对于餐厅范围的楼板,既要力争改造后荷载增加最少以减少加固成本,又要避免剔凿对预制板的损伤和拆除量过大。因此,只将业主装修时所做的地砖铲除,按改造后新增楼面做法不超过1KN/m2验算预制板。经计算,改造后弯矩和剪力设计值与预制板允许值(未考虑碳化)之比分别为126%和68%,采用板下粘贴碳纤维即可满足抗弯强度要求。

  对于厨房范围的楼板,改造后建筑楼面作法需要300mm厚,且厨房活荷载标准值4.0KN/m2。经计算,改造后弯矩和剪力设计值与预制板允许值(未考虑碳化)之比分别为215%和139%,现有截面不能满足抗弯和抗剪强度要求。因此,需要修改楼板截面。首先在楼板下做好支撑,然后将预制板圆孔上部70mm~80mm宽范围内的混凝土板凿开,在圆孔内和预制板上表面涂刷界面剂,圆孔内放置水平通长钢筋并伸至板端,预制板上表面铺设单层双向构造钢筋网,并通过三角形箍筋与圆孔内水平钢筋拉结,最后在圆孔内和预制板上50mm高范围内,浇筑掺加微膨胀剂C20混凝土。

  3.5预制楼面梁加固

  原结构1、2层设有预制梁,截面尺寸分别为200mm×550mm和200mm×500mm。经验算,餐厅范围内的预制梁,其截面尺寸满足加固要求,采用梁底粘贴碳纤维提高其抗弯承载力、梁底梁侧粘贴U形钢板提高其抗剪承载力。厨房范围内的预制梁,其截面无法满足碳纤维或钢板加固所需要的最小截面要求,只有采取增大梁截面或减少弯矩剪力值的方法加以解决。本着简单易行、对使用功能影响最小的原则,采取缩短预制梁计算跨度的方式减小弯矩剪力值。在梁两端下部,增设200mm宽、800mm/600mm长的钢筋混凝土墙垛(墙垛长度受建筑平面限制),并通过植入水平钢筋使其与梁下原有砖墙连成整体。对仍然超过预制梁允许弯矩剪力值的部分,通过粘贴碳纤维或钢板补强处理。

  四、结语

  在老旧房屋改造设计中,抗震设防标准的确定对成本影响至关重要,而细部节点的构造措施也应予以充分重视。在最大限度满足建筑使用功能的前提下,本着“安全可靠、经济合理、施工简便”的原则,结合工程具体情况,制定可靠易行的结构方案和构造措施。

  本工程自改造完成并投入使用至今已数年,所有加固构件在新荷载作用下工作状态正常。实践证明,加固合理有效,达到设计预期效果。

  参考文献:

  [1]JGJ116-1998.建筑抗震加固技术规程[S].

  [2]CECS25:90.混凝土结构加固设计规范[S].

  [3]CECS146:2003.碳纤维片材加固混凝土结构技术规程[S].