1房屋结构布置
该楼一层层高为4.2m，二至四层层高均为3.0m，五层层高为3.6m，房屋总高度为16.8m。原设计(1－9)－(A－B)轴间作为办公、会议室使用，(4－9)－(B－C)轴间为过道。该楼主要柱网尺寸为3.6m×7.2m及3.6m×2.25m;(A)轴及(B)轴一层框架柱截面尺寸均为500mm×500mm，二至五层框架柱截面尺寸均为450mm×450mm;(C)轴一至五层框架柱截面尺寸均为300mm×300mm;二至屋面层横向框架梁截面尺寸均为250mm×600mm;二至五层(A)轴及(B)轴框架梁截面尺寸为250mm×600mm，(C)轴框架梁截面尺寸为200mm×600mm;屋面层(A)轴及(B)轴框架梁截面尺寸为250mm×400mm，(C)轴框架梁截面尺寸为200mm×400mm;一层(7－8)轴间布置有钢筋混凝土墙。房屋结构平面示意图详见(图1至图4)。
2房屋结构分析
2.1原结构设计信息该楼原设计柱、梁、板混凝土强度等级均为C20，柱、梁主筋均采用HＲB335级钢筋，箍筋均采用HPB235级钢筋。全楼柱、梁箍筋均采用Φ6@100/200。2.2结构现状调查结果由某检测公司出具该楼的检测报告表明，该楼现状一层柱及二层柱混凝土强度等级可达到C30，三层柱混凝土强度等级可达到C25，四至五层柱混凝土强度可达到C20，二至四层梁混凝土强度等级可达到C25，五至屋面层梁混凝土强度等级可达到C20。柱网尺寸及各层层高均符合原设计图纸要求;柱梁结构布置、截面尺寸、钢筋数量、钢筋直径及箍筋间距基本符合原设计图纸要求。2.3结构承载力验算采用中国建筑科学研究院编制的PKPM系列软件，结合该楼现状及委托方提供的改造方案对该楼改造后的上部结构进行承载力验算。计算时，楼面恒荷载根据板厚及改造方案中的二次装修的实际做法取值，楼面活荷载档案室取为5.0kN/m2，其余楼面活荷载取为2.0kN/m2，不上人屋面活荷载取为0.5kN/m2;由于检测报告中柱、梁混凝土构件抗压强度未全数检查，故混凝土抗压强度仍按原设计C20进行取值;其余计算参数均按规范要求进行取值。根据结构电算结果结合该楼现状的检测报告及设计图纸进行核对，结果表明:全数一层及二层柱构件、三至五层(A)轴及(B)轴柱构件实际配筋不满足电算结果;部分二至五层横向框架梁及三至五层(A)轴及(B)轴框架梁构件实际配筋不满足电算结果;二至五层(A－B)轴间板构件实际配筋均不满足电算结果.
3加固处理
该楼由于使用荷载由原设计2.0kN/m2增加为5.0kN/m2，使用荷载大幅度增加，致使全楼柱、梁、板构件的承载力大范围的不足，需全面进行加固。该楼加固处理难度较大，在进行加固设计前，首先应该考虑的是尽量降低上部结构的荷载，可以从以下两方面出发:①建议委托方降低使用荷载;②建议委托方采用更为轻质的墙体材料及楼面装饰材料。在加固设计时，要先确定楼板的加固方案，再确定框架柱、梁的加固方案，同时应尽量避免增加各自的负重，增加加固工程量及加固难度。3.1楼板加固处理该楼二层仅(7－8)－(A－B)轴间楼板较大，其余楼板均较小，故在(7－8)－(2/A－B)轴间楼板增设一道次梁，对二层楼板采用板面增大截面进行加固，同时对板底不满足构造配筋要求的楼板采用板底粘贴碳纤维布进行构造补强。三至五层(A)轴与(B)轴间楼板较大，若直接采用增大截面加固，板厚需增厚较多，荷载相应也增加较多，反而会加重框架柱梁的负担，因此，对每块大板采用增设3道次梁将其分解为4块小楼板进行加固，同时对增设次梁处的板面支座采用粘贴钢板进行加固补强，对板底采用粘贴碳纤维布进行加固补强。加固后梁、板结构平面示意图详见(图5，图6)。3.2框架加固处理3.2.1加固处理分析在对框架柱、梁进行加固设计时，若对所有不满足电算结果的柱、梁构件直接采用增大截面或外包钢进行加固，加固工程量大且费用较高。我们注意到该楼(C)轴一至五层框架柱截面尺寸均为300mm×300mm，不符合现行《建筑抗震设计规范》(GB50011－2010)第6.3.5条三级抗震且超过2层时框架柱截面宽度和高度不宜小于400mm的规定;全楼柱、梁箍筋直径均采用6mm，不符合现行《建筑抗震设计规范》(GB50011－2010)第6.3.3.3及6.3.7.2条三级抗震箍筋最小直径为8mm的规定。为使房屋的结构符合现行设计规范，利用该楼一层已有的钢筋混凝土墙，改变结构体系，将该楼框架结构转变为框架抗震墙结构。该楼位于7度抗震设防区，房屋总高度为16.8m，根据现行《建筑抗震设计规范》(GB50011－2010)第6.1.2条7度抗震设防高度不大于24m的框架抗震墙结构的框架抗震等级为四级。从而使(C)轴框架柱截面尺寸符合现行《建筑抗震设计规范》(GB50011－2010)第6.3.5条四级抗震框架柱截面宽度和高度不宜小于300mm的规定;使框架柱、梁的箍筋直径满足现行《建筑抗震设计规范》(GB50011－2010)第6.3.3.3及6.3.7.2条四级抗震箍筋最小直径为6mm的规定。3.2.2增设抗震墙加固处理由于改造使用功能的限制，房屋仅能在(1)轴、(5)轴及(9)轴间增设横向抗震墙，且仅能在(2、3、4)－(B)轴及(6、7)－(B)轴柱处增设纵向抗震墙。通过反复验算分析，最终在该楼一至五层的(1)轴、(5)轴及(9)轴间增设横向抗震墙，在一至五层(B)－(3－4)轴间增设纵向抗震墙，在规定的水平力作用下，使房屋底层框架部分所承担的地震倾覆力矩小于结构总地震倾覆力矩的50%。加固后柱、墙结构平面示意图详见(图7，图8)。4.2.3框架柱、梁加固处理增设抗震墙后，框架柱、梁的内力大大减小，柱的主筋配置均满足承载力要求，仅对少数几根梁面支座配筋不足的梁构件采取粘贴钢板进行加固补强;对箍筋配置不满足要求的柱构件采取粘贴环形碳纤维布箍进行加固补强;对箍筋配置不满足要求的梁构件采取粘贴U形碳纤维布箍进行加固补强。
4地基基础分析
由于上部结构的使用荷载大幅度增加，故需对基础及地基的承载力进行验算。该楼采用主梁为桁架式筏板基础，基础刚度较大，通过验算，基础的承载力满足要求。根据加固改造后的上部结构传给基础的内力，对原设计地基承载力进行验算结果表明，地基承载力满足改造后上部结构的使用要求。
5后续使用年限
该楼约建于二十世纪八十年代，至今已使用约30年，其加固后的后续使用年限根据《混凝土结构加固设计规范》GB50367－2006第3.1.7条规定取为30年;另外，应定期检查加固构件的工作状态，对使用胶粘方法加固的构件，其第一次检查时间最迟不应迟于10年。7结语本文通过工程实例，介绍某框架结构加固处理方案的设计过程，旨在为类似工程的加固设计提供一些参考。(1)该楼的加固处理有以下几个优点:①采用增设次梁将面积较大的楼板分层若干小楼板进行加固，比采用增大截面加固所增加的恒荷载小，对原框架结构更有利;②采用增设抗震墙将框架结构加固成框架抗震墙结构，有效的降低了框架的抗震等级，使结构及柱、梁的钢筋配置符合现行设计规范的要求，同时也大大减少了对框架柱、梁的加固工程量，加固效果也更有保证。(2)在对使用荷载明显增加的建筑进行加固设计时，应注意以下几点:①尽可能的降低上部结构的荷载，以减轻承重结构的负荷;②尽量减轻对原有结构的破坏，避免对原有结构截面产生过大的削弱;③采用改变结构体系将框架结构加固成框架抗震墙结构，必须使房屋底层框架部分所承担的地震倾覆力矩小于结构总地震倾覆力矩的50%时，才能将框架部分的抗震等级按框架抗震墙的规定确定;④必须对现有的地基及基础的承载力进行验算;⑤对加固改造的建筑应明确其后续使用年限。
作者：郑泉洪 单位：福建省建筑科学研究院
