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高層建筑結(jié)構(gòu)加層加固設(shè)計(jì)方案研究分析論文
1工程實(shí)例
相關(guān)資料證明，以某大廈為例，該大廈主要是集高級(jí)辦公和商務(wù)酒店為一體的高層建筑，原設(shè)計(jì)方案為地下2層，地上18層，總共20層，其中地下而積達(dá)4880 m2，地上而積達(dá)50 000 m2。且原建筑主體主要采用鋼筋混凝土框架——剪力墻結(jié)構(gòu)，其中抗地震的防裂度可達(dá)到6.5度，剪力墻的抗震等級(jí)可以達(dá)到三級(jí)，框架抗震等級(jí)達(dá)到四級(jí)。在建筑基礎(chǔ)上主要采用的是高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，墻壁厚度可達(dá)130 mm，地而的樁端持力層主要為砂土狀強(qiáng)風(fēng)化的花崗巖，其中樁長(zhǎng)大概為30 m，單樁在豎向極限承載力方而的一定標(biāo)準(zhǔn)值可達(dá)到5 000 kN。
該建筑物預(yù)計(jì)在2013年9月完成施工圖的設(shè)計(jì)工作，其中在2015年2月工程已成功施工到15層樓面。因?yàn)榻ㄖ褂霉δ艿牟粩嘣黾蛹霸摰貐^(qū)建筑限制高度的標(biāo)準(zhǔn)下降，故該建筑物的業(yè)主提出了加層的要求，由原來的20層加到25層，建筑屋而的高度由原來的66.59 m加高到82.5 m，擴(kuò)大面積15000 m2。需要注意的是，該建筑工程是在建筑過程中續(xù)加層數(shù)，前后兩次設(shè)計(jì)都是采用統(tǒng)一的建筑行業(yè)規(guī)范，所以不存在設(shè)計(jì)使用年限超過部標(biāo)準(zhǔn)及新老規(guī)范制度銜接不上等施工問題。
2建筑結(jié)構(gòu)加層的設(shè)計(jì)
在原來設(shè)計(jì)20層的建筑工程實(shí)施中續(xù)建5層，主要是解決好在新增加的豎向荷載、地震荷載及風(fēng)荷載作用下結(jié)構(gòu)體系的基本性能、整體結(jié)構(gòu)、已建結(jié)構(gòu)構(gòu)建的承載能力及加固等相關(guān)問題。
從結(jié)構(gòu)體系的整體來進(jìn)行分析與計(jì)算，可以初步判斷出該高層建筑物實(shí)現(xiàn)加層的概率。為了有效發(fā)揮原建筑的各結(jié)構(gòu)構(gòu)件與抗側(cè)力體系的性能，可以先行按照原有的施工布置方案，在其基礎(chǔ)上直接增加5層來進(jìn)行分析與計(jì)算。按照我國建筑行業(yè)相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范，可以采取中國建筑研究院編制的SATWE結(jié)構(gòu)分析軟件來分析該建筑的結(jié)構(gòu)整體。同時(shí)可以采取剛性樓板假定和按照模擬施工的加載方式，結(jié)合士5%偶然與雙向地震的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的作用，對(duì)該建筑物的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行彈性方而的靜力分析。從數(shù)據(jù)計(jì)算的結(jié)果可知:該建筑的結(jié)構(gòu)整體剛度偏于柔性，施工花費(fèi)周期較長(zhǎng)，樓層層間最大位移與層數(shù)的高度形成一定比例，數(shù)據(jù)為1/720，超過設(shè)計(jì)規(guī)范中1/800的限制數(shù)值，其中樓層最小的地震剪力系數(shù)值達(dá)到1.51%，小于7度區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)范的基本限值，底部框架部分能夠承受的地震傾覆力超過了設(shè)計(jì)規(guī)范的55%，一部分的框架柱軸壓力比重，嚴(yán)重超出了限制。
根據(jù)上述情況，需要對(duì)原來的建筑結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整與創(chuàng)新，使其能夠滿足設(shè)計(jì)規(guī)范的相關(guān)要求�？紤]到續(xù)建部分采用的鋼筋結(jié)構(gòu)方案，在設(shè)計(jì)該建筑時(shí)按照建筑物設(shè)計(jì)管理?xiàng)l例的相關(guān)要求，最終選擇了增設(shè)鋼筋混凝土剪力墻、擴(kuò)大剪力墻與框架柱截而尺寸的而積方案。這一方案不但可以提高結(jié)構(gòu)的剛度、強(qiáng)度，而且能夠提高該建筑結(jié)構(gòu)的整體承載能力。同時(shí)，在設(shè)計(jì)該建筑時(shí)應(yīng)在角落多添加剪力墻，在建筑的中部采取增加剪力墻長(zhǎng)度的方式。針對(duì)原框架柱軸壓比出現(xiàn)嚴(yán)重不足的問題，新方案采取了增大截而法加固的方式，適當(dāng)增加其剛度。
3建筑結(jié)構(gòu)的加固
3.1地基的加固
在對(duì)該建筑實(shí)施加層的續(xù)建工程時(shí)，首要而臨的是地基的基礎(chǔ)問題。為了有效減少地基基礎(chǔ)改造的工作量，要求工作人員在最大限度上挖掘上部的載體潛力。第一為墻體材料，可以將原先采購的保溫?zé)Y(jié)空心磚改為容納量度較低的加工混凝土砌塊，在辦公室區(qū)域的磚砌墻改為質(zhì)量較輕的隔墻，在首層地而的填土部分使用架空板，并采取電算荷載的輸入方式，在不同方而及不同渠道對(duì)其進(jìn)行合理卸載。
按照本建筑工程原樁基德布置圖，有效結(jié)合已經(jīng)施工完畢地下室的實(shí)際情況，通過對(duì)比多項(xiàng)方案，最終確定下來的是采用錨桿靜壓樁進(jìn)行全而加固。因?yàn)殄^桿靜壓樁在施工過程中具有輕便性、靈活性及作業(yè)而小的特點(diǎn)，所以讓其在施工基礎(chǔ)上設(shè)置錨桿固定壓樁架，并以建筑的自重荷載當(dāng)成壓樁架上的反力，用千斤頂?shù)姆绞綄㈩A(yù)制的壓樁分段壓進(jìn)土壤中，與原有的施工基礎(chǔ)進(jìn)行連接與聯(lián)合，整體上提高壓力樁基的總體承載力。
3.2上部構(gòu)件的加固
要想最大程度減少加固施工對(duì)于原有建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損壞，遵守對(duì)原有結(jié)構(gòu)構(gòu)件不動(dòng)或者少動(dòng)的加固原則，需對(duì)原有結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度方而與剛度方而的鞏固與加強(qiáng)。在對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)上部構(gòu)件的加固的設(shè)計(jì)中，最方便快捷的方式是擴(kuò)大截而的而積加固法。該種方法不但完全符合強(qiáng)柱若梁抗震的相關(guān)原則，而且能夠幫助框架梁使用粘鋼加固時(shí)的節(jié)點(diǎn)錨固處理方式。在柱截而擴(kuò)大的設(shè)計(jì)方案中，通常會(huì)發(fā)生新加柱的縱筋與鋼筋混凝土框架梁相互碰撞的情況，故縱向鋼筋在排列時(shí)應(yīng)全部或者大部分繞過框架梁，以便達(dá)到規(guī)范規(guī)定的豎筋間距要求。在框架梁的上下兩而各自增加附加的鋼筋，并植入到建筑的框架梁內(nèi)。
因水平荷載作用的大幅增加，部分框架梁出現(xiàn)了彎曲及抗剪承載力不足的情況。所以為了充分保障該高層建筑的施工質(zhì)量與安全性，又不會(huì)對(duì)建筑的使用高度產(chǎn)生任何的影響，可以在框架梁上使用粘貼鋼板及U型鋼箍的加固方法。在建筑的梁而、梁底粘鋼使用材質(zhì)鋼板(Q345B)，在梁箍板上使用材質(zhì)鋼板(Q235B)。當(dāng)計(jì)算梁受彎的承載力時(shí)，應(yīng)該嚴(yán)格按照保守的算法，根據(jù)鋼筋的差距數(shù)值進(jìn)行換算，最終得出梁底粘鋼的數(shù)量。
4結(jié)語
在對(duì)該高層建筑進(jìn)行加層設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)逐步降低建筑的使用功能及對(duì)已建成結(jié)構(gòu)的負(fù)而影響，通過比較多種方案，在達(dá)到現(xiàn)階段建筑行業(yè)規(guī)范及建筑使用的目標(biāo)下，應(yīng)不斷完善實(shí)施加固的結(jié)構(gòu)改造方案。
在對(duì)該高層建筑實(shí)施加層改建中，充分挖掘與發(fā)揮上部荷載的潛力，降低豎向荷載的潛力，這樣的方式不但可以有效降低施工人員在實(shí)施加固的工作量，而且可以有效減輕地震帶來的負(fù)而影響。
該高層建筑在2015年10月主體與外墻立而全部完工，現(xiàn)已進(jìn)入室內(nèi)裝修階段，建筑均勻達(dá)到沉降的狀態(tài)，而最大沉降量達(dá)到了20 mm。從檢驗(yàn)結(jié)果來看，發(fā)現(xiàn)各種加固技術(shù)都具有一定的安全性及可靠性，加層加固能夠達(dá)到預(yù)期與理想的效果。
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