资源描述：
中国预应力技术五十年暨第九届后张预应力学术交流会论文 2006年 用预应力混凝土板柱抗震墙体系进行 内部改造的工程实例 屠一劬 张德锋 （上海市东方建筑设计研究院，上海 200092） （上海市建筑科学研究院有限公司，上海 200032） 提 要 优秀历史保护建筑由于建造时间久，使用功能和抗震性能都难以满足目前的使用要求和现行规范要求，如何在保持建筑物外墙和屋盖体系不变的情况下，置换内部原有受力体系是该类建筑改造设计和施工的关键。本文介绍了用预应力混凝土板柱-抗震墙体系对上海某别墅进行改造的工程实例，该工程的成功实施不仅实现了其使用功能的巨大跨越，也对使用近80年的老建筑进行了抗震加固，使优秀历史保护建筑永葆青春，重放异彩。 关键词 预应力，板柱-抗震墙体结构，加固改造 1 工程概况 上海市静安区某别墅建于1929年，房屋主体为钢筋混凝土梁、柱体系，钢筋混凝土柱 图1 一层建筑平面 图2 二层建筑平面 屠一劬，男，总工程师，高级工程师 截面有254254～254686、533533等规格,部分为异形柱，柱主筋为方钢或圆钢，数量4ф13～20ф25,箍筋ф6.5254，混凝土梁箍筋ф664～508。楼面为木格栅、上浇100㎜厚钢筋混凝土板，屋盖采用木结构。房屋东西向总长度19.616m，南北向总宽度21.300m，一层层高3.962m，二、三层层高3.810m，建筑平面见图14。 图3 三层建筑平面 图4 四层建筑平面 该建筑原设计为住宅，后由静安区政府改做艺术中心使用，本次将改建为静安区政府会务中心，改建后的建筑平面见图58。此外，该建筑已经上报为上海市优秀历史保护建筑，依据上海市历史文化风貌区和优秀历史保护建筑条例规定原建筑的外立面不得进行改变，只能对内部结构进行更新改造。 图5 一层改建平面 图6 二层改建平面 图7 三层改建平面 图8 四层改建平面 2 原建筑结构的验算及主要改建情况 2.1 原建筑结构的抗震验算 由于受当时建筑水平的限制，该房屋的结构体系与目前建造的钢筋混凝土框架结构有较大差异，不满足现行建筑抗震设计规范GB 50011和上海市相关规程的基本要求，主要是 （1）混凝土强度偏低，低于C20的规范要求； （2）梁柱节点均按铰节点设计，梁主筋与边柱锚固长度不足； （3）部分梁不连续，部分柱仅有单向梁； （4）楼面普遍采用木格栅，楼面刚度小，不能有效传递水平力； （5）部分柱截面宽度、高度仅254㎜，柱纵筋最大间距483㎜，且柱截面偏小，柱纵筋间距偏大； （6）梁、柱箍筋规格偏小，箍筋间距和肢距偏大，角柱未沿全高加密。 若按砖混结构考虑，依据现行建筑抗震设计规范GB 50011进行抗震构造分析，原设计房屋的平面布置、结构体系、构造柱和圈梁设置等主要抗震构造措施基本满足现行规范要求，但材料强度、层高、地圈梁及拉筋设置等仍与现行规范有一定的差距。主要是 （1）砂浆强度等级为M3，砂浆强度偏低； （2）一至三层层高超过3.6m（一三层层高分别为3.962m、3.81m和3.81m）； （3）原有楼梯设在房屋尽端； （4）南侧无外墙； （5）无基础围梁，柱和墙无拉结钢筋。 另外，根据荷载计算，基底压力设计值在100～156KPa之间，外墙基底压力较大，考虑多年使用后地基承载力有一定程度提高，地基承载力满足要求，但房屋的不均匀沉降较大，总体向西倾斜达8.45。 2.2 主要改建内容 （1） 原有主楼梯拆除，在房屋西南角另建主楼梯和电梯，西北角增加电梯； （2）二层2-7/B-E轴范围内原有墙体全部拆除，作为大空间会议室使用，但6轴墙体、D/6-7轴墙体的上方三、四层的外墙保留，3轴上方三、四层墙体保留并支撑屋面结构。为保持原有建筑的净空，大空间会议室上空不得布置混凝土大梁； （3）三、四层原有室内隔墙拆除，重新分隔为大开间房间，且房间上空不得出现混凝土大梁。 3 结构改建设计 3.1 结构改建方案 依据新的建筑改造方案，房屋各层需设置大空间会议室和增设电梯、楼梯等，并且外墙和屋盖保持不变。因此，房屋原有的结构受力体系已不能满足本次改建功能的要求，需设置新的结构受力体系。为满足楼层净高要求，新的结构受力体系采用预应力板、柱结构，即在大空间角部设置6根600 x600mm的混凝土柱，柱距X向8.3m，Y向10.7m，楼面采用250厚的无粘结预应力混凝土板，用以承受竖向荷载，并结合使用要求在西侧设两道X向剪力墙和端柱，且每层楼板又通过植筋与楼层处原有外墙圈梁可靠连接，形成整体抗侧力体系，以保证结构的抗侧刚度。 3.2 荷载及设计参数 （1）楼面荷载 楼面恒载9.5KN/m2，活载2.0KN/m2，荷载准永久值系数фQ0.5； （2）设计参数 本工程抗震设防分类为丙类，建筑结构安全等级二级，结构设计使用年限50年，结构重要性系数1.0，抗震设防烈度7度，设计地震分组第一组，场地类别IV类，特征周期0.9S，采用板柱结构体系计算，抗震等级二级。 混凝土强度等级C40，预应力筋采用1860级高强低松弛钢绞线，张拉控制应力值σcon0.70fptk。 3.2 预应力设计 结构整体分析采用PKPM系列SATWE程序，预应力板采用PKPM系列预应力专用程序PREC进行计算，考虑到周围墙体对楼板的嵌固作用，楼板周边按弹性约束考虑。楼板预应力筋按双向布置X向中部大板配1UфS15300，两侧板配1UфS15600，楼板Y向均配2UфS15500；非预应力配筋X向ф 14150（上下）、Y向ф16150（上下）。此外，新增柱之间双向均设置暗梁，暗梁截面规格400 x250950 x250mm，梁内配24束无粘结结预应力筋，每束2根；暗梁顶部和底部配6ф20～10ф20非预应力钢筋。梁、板预应力筋均采用采用一端张拉方式，二四层的预应力配筋简图见图911。 图9 二层楼面预应力平面布置 图10 三层楼面预应力平面布置 预应力板对柱的冲切采用型钢剪力架和混凝土楼板承担，剪力架采用每侧4根8号槽钢（Q235B）。原结构基础为大方脚独立柱基，钻芯取样强度达15.330MPa，强度取值可按总体平均值C15。为控制房屋的不均匀沉降，采用现浇钢筋混凝土筏板基础，并通过植筋方式与独立基础相连成整体，从而增加基础的整体性和承载能力，基础形心与上部荷载偏心率小于相应边长的1.5，竣工后的沉降记录仅8mm。 4施工组织设计要点 本工程施工难点在于保证外墙和屋盖 图11 四层楼面预应力平面布置 系统稳定的情况下，置换房屋内部原有的 受力体系。本工程采用从基础向上逐层浇注混凝土施工方案，即在不拆除内部承重墙的条件下先施工筏板基础，预留未拆除承重墙下的后浇部分，待基础混凝土达到设计强度后再支撑脚手架，采用支架托起上部结构后再拆除下部承重墙，逐层向上施工，预应力楼板浇捣一次成型，不设施工缝，且当混凝土强度达到设计值时，从下至上逐层张拉。柱混凝土施工缝留在板面上，混凝土强度达到1.2N/mm2前不得在其上踩踏或安装模板和支架，此方案经实践证明是可行的。 5 结语 在加固改造工程中，如何满足建筑功能的改变是改造工程设计和施工的技术难点，且建筑功能改变愈大，技术难度愈高。与新建工程不同，改造工程的设计与施工不仅要满足新的使用功能要求，还要更多地考虑已有房屋的建筑结构，只有这样，设计图纸和施工方案才能安全可行。实践证明本工程的改造设计和施工是成功的，可以作为同类工程的参考。 参考文献 [1] 吕志涛,孟少平.现代预应力设计.北京中国建筑工业出版社，1998 [2] 陶学康. 后张预应力混凝土设计手册. 北京中国建筑工业出版社，1996 [3] 中华人民共和国行业标准. 无粘结预应力混凝土结构技术规程JGJ 92-2004. 北京中国建筑工业出版社，2005 [4] 中华人民共和国行业标准.预应力混凝土结构抗震设计规程JGJ 140-2004. 北京中国建筑工业出版社，2004 [5] 中华人民共和国国家标准. 建筑抗震设计规范GB 50011-2001. 北京中国建筑工业出版社，2001 6
展开阅读全文
