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    南京某民国建筑加固设计

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    ['摘要']: 本文结合南京某民国建筑加固实例,较全面地讨论了民国建筑加固设计中应考虑的若干关键问题,包括基础加固、墙体加固、抗震构造加固及木屋架加固等,介绍了一些有效的解决办法,可供同类建筑物加固改造参考。

    ['关键词']:民国建筑;砖木结构;加固

    Strengthening Design of A Construction Built In

    Republic of China Period In Nanjing

    Zhang Weibin

    (Nanjing Guqing Construction Technology Co.Ltd, Nanjing , 210001,China)

     ['Abstract']: Based on strengthening project of a construction built in Republic of China period in Nanjing, some key questions in strengthening design of constructions built in Republic of China period are roundly discussed, including foundation reinforcement, brick wall reinforcement, seismic reinforcement and wood roof truss reinforcement. Some effective methods are introduced to solve the problems. These can be referenced for similar strengthening design.

    [Key words]: Construction built in Republic of China period;brick and timber structure; strengthening;

    1、 工程概况

    南京市某民国建筑始建于上世纪20~30年代,主体为砖木结构,部分为钢筋混凝土结

    构,现为南京市重点文物保护单位。该民国建筑共两层,局部错层部位为三层,东西向长17.75m,南北向长10.15m,建筑面积约320m2,总高约10.57m,楼面为木楼面,屋面为木屋架坡屋面。结构采用纵横墙承重体系,外墙厚度380mm,内墙厚度260mm,墙体材料为粘土实心砖,以粘土石灰砂浆砌筑。屋面构造为空间桁架体系的木屋架,基础采用条形大放脚砖基础。该楼虽历经多年的沧桑,其结构未受到严重破损,但砂浆风化较严重。考虑到该楼加固改造后用作南京市政府高规格接待场所,为日后能安全使用,需对其进行加固修缮。图1为该楼的外观图,图2为该楼的底层结构平面图。

    经地质勘察,本工程抗震设防烈度为7度,设计基本地震加速度值为0.10g(第一组),设防类别为丙类,建筑场地为Ⅱ类,基础底部地基承载力特征值为70kPa;对原结构进行检测,测得青砖强度等级为MU2,砂浆强度等级为M1;采用PMCAD对该楼进行抗震验算,计算模型如图3所示。


    1、 加固设计

    经计算分析后得知:该楼底层和二层局部墙体受压承载力不能满足要求,底层承载力不足的墙体主要位于西侧、南侧外墙和内墙,最多差50%;二层承载力不足的主要位于南侧外墙和(C)轴线内墙,最多差38%。各层均有墙体抗震承载力不能满足要求,底层承载力不足的墙体主要位于东侧、西侧外墙和(B)、(C)轴线内墙,最多差33%;二层承载力不足的主要位于东侧和西侧外墙,最多差35%;三层墙体几乎都不满足承载力要求。

    原结构未设圈梁和构造柱,不满足抗震构造要求。

    2.1 墙体加固

    对墙体采用钢筋网水泥砂浆加固,其受压承载力的计算公式见式(1):

    式中: 为组合砖砌体构件的稳定系数;A为砖砌体的截面面积; 为水泥砂浆的抗压强度设计值; 为砂浆面层的截面面积; 为受压钢筋的强度系数,砂浆面层时取0.9; 为钢筋的抗压强度设计值; 为受压钢筋的截面面积。

    其抗震能力的增强系数计算公式见式(2):


    式中: 为第i楼层j墙段的增强系数; 为基准增强系数; 为原墙体的厚度; 为原墙体的抗剪强度设计值。

    墙体加固用双面钢筋网,选用Ф6@200X200,用Ф6“S”形穿墙钢筋拉接;单面钢筋网用锚入墙内的Ф6钢筋拉接,间距800mm,呈梅花状布置。采用M10水泥砂浆抹面,厚度为40mm。门窗洞口处为防止开裂,在洞口角部放置Ф8斜向钢筋。双面钢筋网水泥砂浆加固380mm厚墙体受压承载力可提高175%,抗震能力可提高252%,单面钢筋网水泥砂浆加固380mm厚墙体抗压承载力可提高87%,抗震能力可提高1.92,双面钢筋网水泥砂浆加固260mm厚墙体受压承载力可提高256%,抗震能力可提高3.00。经计算,加固后的各层墙体受压承载力和抗震承载力均能满足要求。墙体加固方法见图4。

    2.2 抗震构造加固

    本次加固还对该楼进行了抗震构造加固,新增了构造柱和圈梁,大大增强了结构的整体性,满足了现代抗震规范的构造要求。新增构造柱和新增圈梁采用钢板做法,这种加固方法既不浪费建筑空间,又不影响建筑美观,在国内是首次尝试。具体作法分别见图5和图6,图7为现场施工图。

    2.3 基础加固

    从地质勘察报告得知:该楼基础下的土体为杂填土层,强度较低,地基承载力特征值为70kPa。经计算分析:该楼基础底面的压力为124kPa,大于地基承载力特征值。因此本次加固对基础进行了加固,采用双梁加固形式,不仅地基承载力满足要求,整体刚度也得到了增强,具体作法见图8。

    2.4 木楼面加固

    对木梁、格栅,如出现干裂的情况,则采用环向粘贴CFRP的加固方法,具体作法见图9,如出现腐朽严重或翘曲变形较大的则必须更换。对东面二层楼面梁采用图10的加固方法。

    2.5 木屋架加固

    该楼木屋架为空间桁架体系,笔者采用SAP2000软件对木屋架的受力进行了计算,结果表明:原有的截面均能满足承载力要求,仅需对节点进行加固处理,计算结果见图11。考虑到木屋架端部节点为齿连接形式,极限状态为顺纹受剪破坏,结构形式较弱,又由于上弦杆在端部的轴力最大,因此传递给端部节点的剪力较大,故需对端部节点进行加固,做法见图12。 中间部分节点加固方法见图13,图14为现场施工图。


    3、 结语

    该加固工程目前基本竣工,结构状况良好,说明本文所述加固设计合理,可为同类砖木结构加固提供一些经验:

    (1)       对民国砖木结构加固设计前,需对其进行全面的检测、计算和鉴定,再制定相应

    的加固方案;

    (2)       为保证加固效果,新加混凝土采用微膨胀混凝土,新老结构结合面处应妥善处理,

    以保证新老结构的可靠连接,保证力的可靠传递;

    (3)       在建筑外观允许的前提下,采用钢筋网水泥砂浆加固墙体可较大程度提高其受压

    和抗震承载力;

    (4)       采用钢板进行抗震构造加固,既不浪费建筑空间,又不影响建筑美观;

    (5)       对木梁及格栅采用粘贴CFRP加固,可有效改善其受力性能;

    (6)       木屋架端部节点通常为齿连接形式,所受的剪力较大,因此需重点进行加固处理;

     

    参考文献
    ['1'] 砌体结构设计规范.北京. 中国建筑工业出版社. 2002

    ['2'] 建筑抗震加固技术规程. 北京. 中国建筑工业出版社. 1998

    ['3'] 曹双寅,邱洪兴. 结构可靠性鉴定与加固技术. 北京. 中国水利水电出版社. 2001

    ['4'] 冯廉,常征. 某办公楼抗震加固、加层结构设计. 建筑科学.2002(6)

    ['5'] 张伟斌. 南京某办公楼加固与改造设计.建筑结构增刊.2007(7)

    ['6'] 曹亚飞. 砖混结构房屋抗震加固设计的几个问题. 辽宁工学院学报. 2002(4)

    ['7'] 付洁,王志浩.某近代文物建筑的加固修缮设计.第八届全国建筑物鉴定与加固改造学术会议论文集.2006



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['摘要']: 本文结合南京某民国建筑加固实例,较全面地讨论了民国建筑加固设计中应考虑的若干关键问题,包括基础加固、墙体加固、抗震构造加固及木屋架加固等,介绍了一些有效的解决办法,可供同类建筑物加固改造参考。

['关键词']:民国建筑;砖木结构;加固

Strengthening Design of A Construction Built In

Republic of China Period In Nanjing

Zhang Weibin

(Nanjing Guqing Construction Technology Co.Ltd, Nanjing , 210001,China)

 ['Abstract']: Based on strengthening project of a construction built in Republic of China period in Nanjing, some key questions in strengthening design of constructions built in Republic of China period are roundly discussed, including foundation reinforcement, brick wall reinforcement, seismic reinforcement and wood roof truss reinforcement. Some effective methods are introduced to solve the problems. These can be referenced for similar strengthening design.

[Key words]: Construction built in Republic of China period;brick and timber structure; strengthening;

1、 工程概况

南京市某民国建筑始建于上世纪20~30年代,主体为砖木结构,部分为钢筋混凝土结

构,现为南京市重点文物保护单位。该民国建筑共两层,局部错层部位为三层,东西向长17.75m,南北向长10.15m,建筑面积约320m2,总高约10.57m,楼面为木楼面,屋面为木屋架坡屋面。结构采用纵横墙承重体系,外墙厚度380mm,内墙厚度260mm,墙体材料为粘土实心砖,以粘土石灰砂浆砌筑。屋面构造为空间桁架体系的木屋架,基础采用条形大放脚砖基础。该楼虽历经多年的沧桑,其结构未受到严重破损,但砂浆风化较严重。考虑到该楼加固改造后用作南京市政府高规格接待场所,为日后能安全使用,需对其进行加固修缮。图1为该楼的外观图,图2为该楼的底层结构平面图。

经地质勘察,本工程抗震设防烈度为7度,设计基本地震加速度值为0.10g(第一组),设防类别为丙类,建筑场地为Ⅱ类,基础底部地基承载力特征值为70kPa;对原结构进行检测,测得青砖强度等级为MU2,砂浆强度等级为M1;采用PMCAD对该楼进行抗震验算,计算模型如图3所示。


1、 加固设计

经计算分析后得知:该楼底层和二层局部墙体受压承载力不能满足要求,底层承载力不足的墙体主要位于西侧、南侧外墙和内墙,最多差50%;二层承载力不足的主要位于南侧外墙和(C)轴线内墙,最多差38%。各层均有墙体抗震承载力不能满足要求,底层承载力不足的墙体主要位于东侧、西侧外墙和(B)、(C)轴线内墙,最多差33%;二层承载力不足的主要位于东侧和西侧外墙,最多差35%;三层墙体几乎都不满足承载力要求。

原结构未设圈梁和构造柱,不满足抗震构造要求。

2.1 墙体加固

对墙体采用钢筋网水泥砂浆加固,其受压承载力的计算公式见式(1):

式中: 为组合砖砌体构件的稳定系数;A为砖砌体的截面面积; 为水泥砂浆的抗压强度设计值; 为砂浆面层的截面面积; 为受压钢筋的强度系数,砂浆面层时取0.9; 为钢筋的抗压强度设计值; 为受压钢筋的截面面积。

其抗震能力的增强系数计算公式见式(2):


式中: 为第i楼层j墙段的增强系数; 为基准增强系数; 为原墙体的厚度; 为原墙体的抗剪强度设计值。

墙体加固用双面钢筋网,选用Ф6@200X200,用Ф6“S”形穿墙钢筋拉接;单面钢筋网用锚入墙内的Ф6钢筋拉接,间距800mm,呈梅花状布置。采用M10水泥砂浆抹面,厚度为40mm。门窗洞口处为防止开裂,在洞口角部放置Ф8斜向钢筋。双面钢筋网水泥砂浆加固380mm厚墙体受压承载力可提高175%,抗震能力可提高252%,单面钢筋网水泥砂浆加固380mm厚墙体抗压承载力可提高87%,抗震能力可提高1.92,双面钢筋网水泥砂浆加固260mm厚墙体受压承载力可提高256%,抗震能力可提高3.00。经计算,加固后的各层墙体受压承载力和抗震承载力均能满足要求。墙体加固方法见图4。

2.2 抗震构造加固

本次加固还对该楼进行了抗震构造加固,新增了构造柱和圈梁,大大增强了结构的整体性,满足了现代抗震规范的构造要求。新增构造柱和新增圈梁采用钢板做法,这种加固方法既不浪费建筑空间,又不影响建筑美观,在国内是首次尝试。具体作法分别见图5和图6,图7为现场施工图。

2.3 基础加固

从地质勘察报告得知:该楼基础下的土体为杂填土层,强度较低,地基承载力特征值为70kPa。经计算分析:该楼基础底面的压力为124kPa,大于地基承载力特征值。因此本次加固对基础进行了加固,采用双梁加固形式,不仅地基承载力满足要求,整体刚度也得到了增强,具体作法见图8。

2.4 木楼面加固

对木梁、格栅,如出现干裂的情况,则采用环向粘贴CFRP的加固方法,具体作法见图9,如出现腐朽严重或翘曲变形较大的则必须更换。对东面二层楼面梁采用图10的加固方法。

2.5 木屋架加固

该楼木屋架为空间桁架体系,笔者采用SAP2000软件对木屋架的受力进行了计算,结果表明:原有的截面均能满足承载力要求,仅需对节点进行加固处理,计算结果见图11。考虑到木屋架端部节点为齿连接形式,极限状态为顺纹受剪破坏,结构形式较弱,又由于上弦杆在端部的轴力最大,因此传递给端部节点的剪力较大,故需对端部节点进行加固,做法见图12。 中间部分节点加固方法见图13,图14为现场施工图。


3、 结语

该加固工程目前基本竣工,结构状况良好,说明本文所述加固设计合理,可为同类砖木结构加固提供一些经验:

(1)       对民国砖木结构加固设计前,需对其进行全面的检测、计算和鉴定,再制定相应

的加固方案;

(2)       为保证加固效果,新加混凝土采用微膨胀混凝土,新老结构结合面处应妥善处理,

以保证新老结构的可靠连接,保证力的可靠传递;

(3)       在建筑外观允许的前提下,采用钢筋网水泥砂浆加固墙体可较大程度提高其受压

和抗震承载力;

(4)       采用钢板进行抗震构造加固,既不浪费建筑空间,又不影响建筑美观;

(5)       对木梁及格栅采用粘贴CFRP加固,可有效改善其受力性能;

(6)       木屋架端部节点通常为齿连接形式,所受的剪力较大,因此需重点进行加固处理;

 

参考文献
['1'] 砌体结构设计规范.北京. 中国建筑工业出版社. 2002

['2'] 建筑抗震加固技术规程. 北京. 中国建筑工业出版社. 1998

['3'] 曹双寅,邱洪兴. 结构可靠性鉴定与加固技术. 北京. 中国水利水电出版社. 2001

['4'] 冯廉,常征. 某办公楼抗震加固、加层结构设计. 建筑科学.2002(6)

['5'] 张伟斌. 南京某办公楼加固与改造设计.建筑结构增刊.2007(7)

['6'] 曹亚飞. 砖混结构房屋抗震加固设计的几个问题. 辽宁工学院学报. 2002(4)

['7'] 付洁,王志浩.某近代文物建筑的加固修缮设计.第八届全国建筑物鉴定与加固改造学术会议论文集.2006




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