上海東方飯店裝配式結構的綜合改造與加固

1、港口科技港口建設上海東方飯店裝配式結構的綜合改造與加固駱俊(上海港務工程公司,上海200438摘要:,場檢測和改造分析。,案和加固技術。該工程的改造項目較多,。關鍵詞:高層建筑綜合改造CoandReinforcingfortheoftheShanghaiOrientHotelLuoJun(ShanghaiHarborEngineeringCorporation,Shanghai200438)Abstract:Inordertomeetownersrequirementofreformandreinforcingforthemainarchitec2turalstructureofShangha

2、iOrientHotel,asitemeasuretotheoriginalstructureandanalysishasbeenmade.Thispaperputsforwardtheprincipleandgeneralthoughtsofreformandrein2forcing,andintroducesitsmainreformplanandmultireinforcingtechnology.Therearemanyreformitemsinthisengineering,soitcouldbereferencedbysimilarreformandreinforcingproje

3、ctofhighbuildings.Keywords:highbuildingcomprehensivereformreinforcingplan1工程概述1.1原結構概況分主樓和副樓兩部分,主樓主體結構為20層的框架剪力墻結構(剪力墻為抗風墻而非抗震墻),局部帶有一層地下室,副樓為8層的框架結構,建筑面積約2萬m。主體建筑建造于上世紀80年代,按74規(guī)范進行設計(抗震不設防),樓面由預制預應力混凝土板與后整澆層結合而成,框架梁為裝配式預制梁。原結構平面示意見圖2。1.2改造要求2上海東方飯店位于上海外灘中山東二路,原結構用途為辦公樓、招待一體的綜合樓見圖1,業(yè)主要求將原結構改造成高檔酒店(圖

4、1b)。1)主樓加3層,局部突出屋面結構;副樓加2層;2)電梯和樓梯改造,使得主樓剪力墻每層均(a)加固前的建筑(b)改造后效果圖圖1上海東方飯店有2個位置新開門洞;3)樓梯間更換位置;4)主樓下部4個夾層大面積洞口進行封補;26港口科技港口建設5)局部樓面需開設洞口;6)改造后結構的后續(xù)使用年限為50年;7)該建筑位于外灘風貌保護區(qū),改造后的大樓總體風格要與該區(qū)域其他建筑相協(xié)調(diào)。該樓的改造項目較多,因此對類似高層建筑的改造加固具有典型示范意義。2檢測和改造分析2.1原結構現(xiàn)場檢測加密區(qū),箍筋最小直徑為6mm,體積配箍率不足比較嚴重;(3)原結構為裝配式結構,節(jié)點不滿足抗震要求。3)抗震規(guī)范對

5、結構體系的規(guī)則性、剛度大小和均勻性都有要求,原結構需進行結構體系調(diào)整。2.3結構體系問題分析1)原結構形式為預制組合結構,抗震整體性能較差。2),根據(jù)建筑、),但外墻無縱向抗震墻連接;:(1)X向剛度偏弱。從原結構平面布置(圖2)可以看出,X向墻肢很少,原結構在此方向剛度偏小,縱向框架梁柱的地震內(nèi)力偏大。經(jīng)計算,X向最大層間位移角為1/726,達不到現(xiàn)行規(guī)范標準;(2)Y方向存在偏心較大。Y方向抗側剛度主要由軸、軸的剪力墻以及幾榀橫向框架提供,其中以剪力墻為主。由于軸剪力墻墻肢較長,剛度較為集中,又由于軸剪力墻受開洞影響,剛度削弱,因此該結構整體剛度中心偏左,偏心距達3m;(3)原結構扭轉效應

6、偏大。由于X墻肢偏少及Y向偏心,使得結構扭轉效應偏大,最大的扭轉位移角(某層平面最大位移比平均位移)達1.41。改造前對原結構進行了現(xiàn)場檢測,結果如下:1)混凝土強度、樓層高度、構件尺寸基本達到原設計值。2),平整度、相對高差,3)混凝土梁、,、,。4)求,箍筋間距基本符合原設計,但箍筋無加密區(qū)。2.2加固改造原因分析在原結構滿足原設計要求、材料強度和耐久性滿足相關要求的前提下,結構需要加固:1)使用荷載或者結構剛度變化,導致結構內(nèi)力變化,構件承載力不夠,需要加固補強;2)規(guī)范提高設計標準,一方面導致設計內(nèi)力提高,構件承載力不足,需要加固補強;另一方面對抗震構造提出更高的要求。2.2.1功能變

7、化1)加層、樓層洞口封補等,加大了使用荷載,導致了豎向荷載、地震作用和風荷載的增加,大部分構件需要承載力加固。2)剪力墻開洞,樓梯間更換位置等,影響了結構整體剛度和內(nèi)力分布,可能導致部分構件需要進行加固;同時,剪力墻開洞形成的剪力墻邊緣構件和連梁需要進行抗震加固。3)樓板局部開洞,需要進行局部補強。2.2.2達到現(xiàn)行抗震規(guī)范的要求1)新規(guī)范有抗震設防要求,增加了地震作用注:三類鋼撐的布置樓層:鋼支撐-1(K形,120層);鋼支撐-2(對角,-120層);鋼支撐-3(K形,-19層)圖2原結構平面及新增支撐布置考慮,導致設計內(nèi)力加大,多數(shù)構件需要加固。2)抗震構造不足的構件和節(jié)點需要加強:(1)

8、梁端配箍無加密區(qū);箍筋最小直徑為6mm,不滿足新規(guī)范不小于8mm的限制要求;(2)柱縱筋最小配筋率不滿足要求,箍筋無2.4抗震構造檢查,見表1由于原結構按74規(guī)范進行設計,抗震不設防。依據(jù)現(xiàn)行抗震規(guī)范,7度設防,大于60m的框架-剪力墻結構,框架為2級;剪力墻為2級;小于30m的框架結構為3級。因此,根據(jù)現(xiàn)場實測27港口科技港口建設的數(shù)據(jù)和原設計資料,同時考慮加層、剪力墻開洞等改造內(nèi)容,對結構構件、連接節(jié)點等的抗震構造情況進行檢查,檢查結果見表1、2。表1主樓原結構抗震構造不足內(nèi)容項目結構實際狀況現(xiàn)行規(guī)范要求(二級)梁端箍筋加密區(qū)長度不小于框架梁(6(8)250、200、1501.5hb和50

9、0mm,箍筋最大間距箍筋100,無加密區(qū)不超過hb/4、8d、100mm中的較小值,箍筋最小直徑為8mm最大軸壓比為1.340.18%提高結構的整體抗震性能出發(fā),采取有效措施優(yōu)化結構布置(如,滿足規(guī)則性要求以及滿足剛度、延性、多道設防要求)然后才是構件加固。(2)抗震構造,特別是節(jié)點的抗震構造優(yōu)先。除滿足抗震計算要求外,更應該關注抗震構造,特別是關鍵節(jié)點的構造,以加強結構的整體性和延性,增加結構在地震力作用下的防倒塌能力和耗能能力。2),施工簡便,()、施工簡便加固工藝;(3)同等加固效果前提下優(yōu)先選擇經(jīng)濟可靠不宜超過0.850.2%柱縱向每側配筋率柱縱向配筋率每側不小于最小配筋率0.65%(

10、中柱最小配筋率0.8%(中柱和邊和邊柱)、0.75%(角柱)、1.0%(角柱);柱框架柱密區(qū)箍筋最大間箍筋(8300(6柱加8d、100mm;250,無加密區(qū)8mm;區(qū)距不大于且(d時)抗震墻厚度不應小于160mm1、7300mm,及層高的1/20(底部加強區(qū)電梯井筒1/16)抗震墻抗震墻周邊應設置梁(暗梁)1、7軸抗震墻兩端與框架柱連接成整體,洞口兩和端柱組成的邊框,抗震墻底側無邊緣構件部加強部位的端柱和緊靠洞口的端柱箍筋宜沿全長加密的加固方法。3)合理利用原結構承載力,避免拆除和對原結構的損傷。(1)盡量利用原有抗風墻的剛度,改造為抗震墻,給結構抗側力體系提供剛度;(2)盡量利用原有預制空

11、心樓板的承載力。3.2加固改造思路1)體系加固:根據(jù)主樓特點,在剛度集中部6.1.7屋蓋的整體性及其與抗震墻裝配式裝配式節(jié)點不滿足抗震的可靠連接。現(xiàn)澆面層厚度不宜小于樓蓋節(jié)點要求50mm抗震墻之間的樓、屋蓋的長寬比不宜超過3。位的剪力墻上開洞,適當削弱該剪力墻的剛度;在剛度較小的部位設置K形鋼支撐或對角鋼撐,并減小結構兩個方向的剛度差,控制扭轉效應。副樓改造為雙向框架,并適當增大梁柱截面以滿足抗震位移要求。2)構件和節(jié)點加固:對結構的構件和節(jié)點按“強柱弱梁”、“強節(jié)點弱構件”、“強剪弱彎”的原則進行加固,特別注重節(jié)點的加固效果。3)對于抗震構造不足的情況,選用合適的抗震構造加固方式,見表3。表

12、3加固處理方法的選擇情況梁箍筋不足柱軸壓比超限柱和節(jié)點縱向配筋率不足;箍筋直徑不足,箍筋間距、肢距過大,無加密區(qū);改造加固方式采用粘貼碳纖維或加U型鋼板進行加固。采用型鋼套箍加固,個別柱適當加大截面。采用型鋼套箍加固,柱端綴板加密。同時在軸和軸增設鋼支撐兩道以減小梁柱負擔的水平力而減小梁柱配筋需求。表2副樓抗震不足內(nèi)容(三級)項目結構實際狀況規(guī)范要求梁端箍筋加密區(qū)長度不小于1.5hb和500mm,箍筋最大間框架梁(8250、200,(6距不超過hb/4、8d、150mm中箍筋200,無加密區(qū)的較小值,箍筋最小直徑為8mm最大軸壓比1.36不宜超過0.9向配筋率每側不小于柱最小配筋率0.785%

13、柱縱0.2%,最小配筋率0.7%(中(中柱和邊柱、角柱)柱和邊柱)、0.9%(角柱)框架柱柱箍筋(6250、加密區(qū)箍筋最大間距為200,150mm,柱根100;箍筋最小無加密區(qū)直徑為8mm加密區(qū)箍筋肢距不宜大于箍筋肢距最大為450mm250mm且20倍箍筋直徑(d=6mm時120mm)3加固改造原則和總體思路3.1加固改造基本原則1)除滿足豎向承載的要求外,抗震加固是本工程的重點。(1)結構體系加固優(yōu)先。結構體系加固是從28350mm,并采用植筋抗震墻厚度不夠,洞口底層抗震墻加厚至方式與原有墻結合成一體,在開口端則無邊緣構件采用U型鋼板加固形成約束邊緣構件。港口科技港口建設4主要加固改造方案和

14、加固技術4.1剪力墻開洞和加固粘鋼加固剪力墻的典型截面大樣見圖4、5。原結構軸剪力墻沿全軸分布,剪力墻開洞前結構在Y方向上剛度過于集中,不利于整體受力和多道設防的要求。因此,在軸剪力墻的G軸和K軸之間,K軸和M軸之間開設洞口。針對不同情況,對剪力墻采用不同加固方法:1)底層剪力墻部分墻肢(軸)剪壓比超限,采用加大截面加固(加厚100m),配筋按現(xiàn)行規(guī)范要求,典型截面見圖3。圖54.2X方向的剛度為主M軸之間、軸和;Y方向因軸剪力,沿軸在K軸和M軸之間布置一道鋼支撐。支撐布置位置見圖2。表4給出了有無支撐方案的整體性能指標計算結果對比。從表中可以看出增加支撐前,原結構X方向和Y方向的最大層間位移

15、角均大于現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的限值1/800,增加鋼支撐后滿足要求。另外,通過增加鋼支撐的方法X方向框架梁的配筋減少30%,可以不考慮該方向梁加固。圖3剪力墻邊緣構件加大截面加固另外,在增設鋼撐后,整體結構增加了一道抗震防線,多道防線提高了結構的抗震安全性能。表4有無支撐計算結果對照方案整體性能指標最大層間位移角扭轉位移角框架梁、柱的配筋不增加鋼支撐X方向:1/726Y方向:1/800X方向:1.07Y方向:1.412)其他墻肢的水平和縱向分布鋼筋滿足要求,但邊緣構件不滿足構造或承載力要求,采用粘鋼法加固。對剪力墻開洞后形成的連梁和剪力墻邊緣構件也采用粘鋼法加固。經(jīng)委托專業(yè)單位進行了粘鋼加固剪力墻低周

16、反復荷載試驗,結果表明,對于未設置任何約束邊緣構件的剪力墻采取豎向角鋼、豎向扁鋼和水平扁鋼進行加固能夠達到甚至超過按照現(xiàn)行規(guī)范設計的剪力墻所能達到的水平承載力,其抗震耗能能力也較好,但加固設計施工時要保證構件端部可靠的錨固方式。實際工程中粘鋼加固設計施工時在結構易損部位適當加大了粘鋼量。增加鋼支撐X方向:1/964Y方向:1/872X方向:1.06Y方向:1.31X方向框架梁配筋減少30%,加固量減少100%支撐的類型分K型支撐和對角支撐兩種,構造示意見圖6。圖6K形鋼支撐、對角支撐布置示意圖4.3構件及節(jié)點處理圖4剪力墻邊緣構件外包粘鋼加固4.3.1梁加固1)梁抗彎采用粘鋼板方案29港口科技

17、港口建設梁頂支座負筋不足和梁底配筋不足均采用粘鋼板加固。需要特別指出的是,對梁底支座配筋和梁頂支座配筋不足,粘貼的鋼板都必須可靠地連接到框架柱上。2)梁抗剪采用套箍粘鋼方案梁抗剪加固采用套箍粘鋼方案,即在梁底側面和側面粘貼U形鋼板。由于工程的框架梁很大部分為花籃梁,截面不是標準的矩形。另外,由于樓板為預制板,不能進行較大面積的開洞。因此,粘鋼在梁側的鋼板箍無法連通至樓面,必須采用鋼筋增加錨固。為增加粘鋼抗剪的效果以及為增加梁端的延性,新增的鋼箍應形成封閉的圍箍。梁加固典型構造如圖7所示。圖9柱套箍粘鋼加固及柱底錨固大樣箍和增加縱筋面積直接有效;同梁粘鋼加固結合,可以顯著增強框架梁柱節(jié)點的整體性

18、;相對于外包混凝土,柱包鋼加固施工較為簡便,無濕作業(yè),工期節(jié)省。加固典型大樣見圖9。4.3.3節(jié)點加固圖7梁加固示意圖4.3.2柱加固1)軸壓比超限的柱采用加大截面法加固,采用無收縮灌漿料,其優(yōu)點是:自身強度高(28天強度60MPa)、粘結性好、容易密實、早強(2天即可拆模);施工十分便捷,無需大型機械設備;在柱加大截面中應用十分合適,并且柱單邊加大僅需7cm,對建筑使用功能影響很小。典型構造見圖8。圖10節(jié)點加固大樣對于梁柱節(jié)點加固,只要將梁和柱各自的加密區(qū)鋼圍套連接成一體,形成連通的、整體的鋼圍套,可以十分有效地加強對梁柱節(jié)點的約束和提高其抗震延性。實現(xiàn)方法是附加角鋼用焊接的方法使之成為一