南京固强建筑技术有限公司

固强大讲堂文章

    南京某办公楼加固与改造设计

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    ['摘要']: 本文结合南京某办公楼加固与改造实例,较全面地讨论了近代砖木结构加固改造设计中应考虑的若干关键问题,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']:砖木结构;加固;改造

    Reinforcement and Reconstruction Design of One Office Building In Nanjing

    Zhang Weibin

    (Nanjing Guqing Construction Technology Co.Ltd, Nanjing 210005,China)

    ['Abstract']: Based on reinforcement and reconstruction project of one office building in Nanjing, Some key questions in the reinforcement and reconstruction design of latter-day brick and timber structures are roundly discussed. some effective methods are introduced to solve the problems. These can be referenced for similar reinforcement and reconstruction design.

    [Key words]: brick and timber structure; reinforcement; reconstruction;


    1、 工程概况

    南京市某办公楼为民国时期建造的近代砖木结构,原为国民党财政部大楼,现为南京市

    局办公楼,南京市重点文物保护单位。该楼东西向长33.26m,南北向长25.26m,占地面积约840m2,共三层,层高3.5m,均为木楼面,坡屋面。采用纵横墙承重体系,底层承重墙体厚度400mm,二、三层承重墙体厚度280mm,墙体材料为粘土实心砖,以粘土石灰砂浆砌筑。屋面构造为三角形木屋架,基础采用条形大放脚砖基础,下设毛石垫层。该楼虽历经多年的沧桑,其结构未受到严重的破损,但砂浆风化较严重。考虑到该楼的特殊意义和重要性,为日后能安全使用,需对其进行抗震加固。又应甲方的要求,将第三层变为大会议室,需将三层中部承重墙体拆除。图1为该办公楼的外观图,图2为该办公楼的底层结构平面图。

    本工程地质勘察是由南京市苏杰岩土勘察设计有限公司进行的,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;原结构检测由南京工业大学建工综合实验室进行的,测得青砖强度等级为MU2,砂浆强度等级为M1.5;原结构现场测绘是由东南大学建筑学院派员完成的,笔者采用PMCAD对该办公楼进行抗震验算,计算模型见图3。

    1、 加固设计

    经计算分析后得知:该办公楼底层和第二层局部受压承载力不能满足要求,各层抗震承载力均能满足要求。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如下:

    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。

    本次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400mm厚墙体受压承载力可提高38%,单面钢筋网水泥砂浆加固400mm厚墙体抗压承载力可提高19%,双面钢筋网水泥砂浆加固280mm厚墙体受压承载力可提高63%,单面钢筋网水泥砂浆加固280mm厚墙体抗压承载力可提高35%。经计算,加固后的各层墙体受压承载力均能满足要求。墙体加固图见图4。

    2.2 抗震构造加固

    本次加固对该办公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,新增构造柱和新增圈梁具体作法分别见图5和图6,新增圈梁遇到木梁处的处理方法见图7。


    2.3 基础加固

    从地质勘察报告得知:该办公楼范围内各层土的土体强度差异较大,同时存在可液化土层,地下水位埋深较浅,且基础底部直接落在杂填土层,因此本次加固对基础进行了加固,不仅提高了承载力,也增加了整体刚度,具体作法见图7。


    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8,如出现翘曲变形较大的则必须更换。对木楼梯梯梁采用图9的加固方法。


    由于三层楼面原使用功能为办公室,现需改为大会议室,故需对楼面结构进行加固,本次加固采用在会议室位置下的木梁中间再加一道原材料木梁,尺寸同原木梁的方法。经加固后,承载力提高为原来的2倍,能满足规范要求。

    2.5 木屋架加固

    该办公楼在三层C轴线有一道承重墙,木屋架下弦杆搁置于此,采用半企口连接,现由于这道承重墙需拆除,故需对木屋架进行加固,内容包括屋架本身的加固和支撑系统的加固。笔者采用SAP2000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10。木屋架本身重点需对端部节点和下弦半企口连接节点进行加固,分别见图11和图12。


     由于该楼原有屋架支撑系统为木结构,布置并不规范,且由于年代久远,木材腐朽和干裂较严重,已基本丧失作用,本次加固采用钢结构支撑系统替代原有的木结构支撑系统。具体加固作法见图13。

     

    1、 结语

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

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

    (5)       对木屋架采用钢结构支撑系统,可大大提高其整体性和稳定性。

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

    ['2'] 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

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

    ['4'] 淳庆 邱洪兴.南京某公馆砖木结构楼房的加固改造设计与施工.建筑科学.2005(2)

    ['5'] 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)

    ['6'] 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']: 本文结合南京某办公楼加固与改造实例,较全面地讨论了近代砖木结构加固改造设计中应考虑的若干关键问题,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']:砖木结构;加固;改造

Reinforcement and Reconstruction Design of One Office Building In Nanjing

Zhang Weibin

(Nanjing Guqing Construction Technology Co.Ltd, Nanjing 210005,China)

['Abstract']: Based on reinforcement and reconstruction project of one office building in Nanjing, Some key questions in the reinforcement and reconstruction design of latter-day brick and timber structures are roundly discussed. some effective methods are introduced to solve the problems. These can be referenced for similar reinforcement and reconstruction design.

[Key words]: brick and timber structure; reinforcement; reconstruction;


1、 工程概况

南京市某办公楼为民国时期建造的近代砖木结构,原为国民党财政部大楼,现为南京市

局办公楼,南京市重点文物保护单位。该楼东西向长33.26m,南北向长25.26m,占地面积约840m2,共三层,层高3.5m,均为木楼面,坡屋面。采用纵横墙承重体系,底层承重墙体厚度400mm,二、三层承重墙体厚度280mm,墙体材料为粘土实心砖,以粘土石灰砂浆砌筑。屋面构造为三角形木屋架,基础采用条形大放脚砖基础,下设毛石垫层。该楼虽历经多年的沧桑,其结构未受到严重的破损,但砂浆风化较严重。考虑到该楼的特殊意义和重要性,为日后能安全使用,需对其进行抗震加固。又应甲方的要求,将第三层变为大会议室,需将三层中部承重墙体拆除。图1为该办公楼的外观图,图2为该办公楼的底层结构平面图。

本工程地质勘察是由南京市苏杰岩土勘察设计有限公司进行的,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;原结构检测由南京工业大学建工综合实验室进行的,测得青砖强度等级为MU2,砂浆强度等级为M1.5;原结构现场测绘是由东南大学建筑学院派员完成的,笔者采用PMCAD对该办公楼进行抗震验算,计算模型见图3。

1、 加固设计

经计算分析后得知:该办公楼底层和第二层局部受压承载力不能满足要求,各层抗震承载力均能满足要求。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如下:

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。

本次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400mm厚墙体受压承载力可提高38%,单面钢筋网水泥砂浆加固400mm厚墙体抗压承载力可提高19%,双面钢筋网水泥砂浆加固280mm厚墙体受压承载力可提高63%,单面钢筋网水泥砂浆加固280mm厚墙体抗压承载力可提高35%。经计算,加固后的各层墙体受压承载力均能满足要求。墙体加固图见图4。

2.2 抗震构造加固

本次加固对该办公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,新增构造柱和新增圈梁具体作法分别见图5和图6,新增圈梁遇到木梁处的处理方法见图7。


2.3 基础加固

从地质勘察报告得知:该办公楼范围内各层土的土体强度差异较大,同时存在可液化土层,地下水位埋深较浅,且基础底部直接落在杂填土层,因此本次加固对基础进行了加固,不仅提高了承载力,也增加了整体刚度,具体作法见图7。


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8,如出现翘曲变形较大的则必须更换。对木楼梯梯梁采用图9的加固方法。


由于三层楼面原使用功能为办公室,现需改为大会议室,故需对楼面结构进行加固,本次加固采用在会议室位置下的木梁中间再加一道原材料木梁,尺寸同原木梁的方法。经加固后,承载力提高为原来的2倍,能满足规范要求。

2.5 木屋架加固

该办公楼在三层C轴线有一道承重墙,木屋架下弦杆搁置于此,采用半企口连接,现由于这道承重墙需拆除,故需对木屋架进行加固,内容包括屋架本身的加固和支撑系统的加固。笔者采用SAP2000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10。木屋架本身重点需对端部节点和下弦半企口连接节点进行加固,分别见图11和图12。


 由于该楼原有屋架支撑系统为木结构,布置并不规范,且由于年代久远,木材腐朽和干裂较严重,已基本丧失作用,本次加固采用钢结构支撑系统替代原有的木结构支撑系统。具体加固作法见图13。

 

1、 结语

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

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

(5)       对木屋架采用钢结构支撑系统,可大大提高其整体性和稳定性。

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

['2'] 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

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

['4'] 淳庆 邱洪兴.南京某公馆砖木结构楼房的加固改造设计与施工.建筑科学.2005(2)

['5'] 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)

['6'] 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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