上海某 3 層局部框架的混合結(jié)構(gòu)頂層平面布置

如圖 1 所示。業(yè)主希望將第 3 層 2 間會議室中間的

承重墻(軸線 C) 抽除 ,需對建筑物進行加固改造。

1 改造方案如圖 1 所示 ,軸線 1Π2 (和 1Π5) 上的主梁 L6 支承在軸線 C、A、E 的承重墻上 ;次梁 L5 邊支承為軸線1、8 的承重墻 ,中間支承為主梁 L的承載力、裂寬、撓度做到心中有數(shù) ; 

②研究確定改造后結(jié)構(gòu)的傳力路線及計算簡圖 ,制定預加應力方案 ,并計算預應力和改造后荷載作用下的結(jié)構(gòu)內(nèi)力 ;

③根據(jù)改造后結(jié)構(gòu)的內(nèi)力 ,設計托梁并對有關梁、柱及節(jié)點、基礎一并進行加固設計 ; 

④確定結(jié)構(gòu)改造的施工方案 ,對施工過程中的構(gòu)件強度和穩(wěn)定性進行驗算。 

圖 1 中 2 間辦公室改成 1 間大會議室后 ,使用面積加大 ,要求提高建筑凈高 ,因此 ,改造方案不宜在屋面下進行。經(jīng)研究 ,確定采用在屋頂上增設預應力混凝土梁 ,梁與原屋頂之間增設預應力吊桿的加固改造方法 ,

如圖 2 所示。在屋面新增梁和連接吊桿中施加預應力可保證原屋面在墻體抽除后基本上不產(chǎn)生過大的撓曲變形 ,從而 ,滿足建筑設計使用要求。為使屋面結(jié)構(gòu)傳力均勻、明確 ,在軸線 B、C、D 上各增設 1 根預應力混凝土梁(見圖 3) 。

         原軸線 1 和 8 的窗間墻的寬度 (112m) 較小 ,既無扶壁柱亦無構(gòu)造柱 ,無法承受拆墻改造后的新增荷載因此 ,在窗間墻中部均增設鋼筋混凝土扶壁柱 ,柱下設樁基 ,以承受新增荷載。由于扶壁柱與軸線 1 和8 的承重墻緊密相連 ,為避免預應力張拉時柱產(chǎn)生較大的側(cè)向變形而使承重墻受損 ,將扶壁柱與屋面上預應力混凝土梁做成鉸接。原地基為淤泥質(zhì)軟弱土 ,拆墻后會產(chǎn)生較大的沉降變形 ,為此在新增柱下采用壓力灌注樹根樁進行加固 ,既提高基礎承載力 ,也可減少沉降 采用此方案的優(yōu)越性是 : ①每根新增梁受荷面積較小 ,梁截面高度較小 ; ②若僅在軸線 C 上采用 1 根預應力梁 ,則梁兩端的豎向構(gòu)件受力過大 ,且基礎加固難度

2 設計計算

211 基礎

上述加固改造方案考慮了原墻下條基和新墻樹

根樁的共同工作?；A按以下要求設計 : ①拆墻后 ,

由扶壁柱傳給樹根樁基礎的新增荷載應小于樹根樁

基礎的承載力 ; ②原有條基和新增的樹根樁基礎的

承載力之和應大于建筑物的總設計荷載。

經(jīng)計算每個新增扶壁柱下設 3 根樹根樁 ,每根

樹根樁的樁徑 200mm ,樁長 21m ,配 4<12 的縱向鋼

筋和 <6 @100Π200 的箍筋 ,混凝土強度等級 C25 ,樹

根樁的單樁承載力 190kN。

212 預應力梁

采用有粘結(jié)預應力混凝土梁。梁跨度 12m ,梁

截面高 800mm ,寬 400mm ,混凝土強度等級 C40。預

應力梁通過兩組預應力吊桿將屋面梁 L6 上的屋面

恒載傳遞至兩端的新增扶壁柱上 ,如圖 3 所示。

預應力梁可按等效荷載法設計 ,即考慮預應力

折線筋形成的等效集中力在梁中產(chǎn)生的彎矩和梁上

恒載產(chǎn)生的彎矩相等。經(jīng)計算 ,每根預應力梁選用

12<15124mm 的 1860 級低松馳預應力鋼絞線 ,預應

力張拉控制應力σcon = 0165f ptk

( f ptk = 1860MPa) 。梁

頂面和底面的非預應力鋼筋分別為 6 18 和 6

25。

此外 ,為確保預應力梁具有較好的抗裂性能 ,所

設計的預應力梁跨中梁底面的預壓應力σpc大于外

荷載作用下梁底面拉應力σsc ,即在正常使用荷載作

用下 ,預應力跨中梁底面處于受壓狀態(tài)。

213 預應力吊桿

預應力吊桿 (見圖 4) 的承載極為重要 ,吊桿的

失效會引起整個屋面甚至整個建筑物的倒塌。因此

要求吊桿的安全系數(shù)在 210 以上。實際選用 <28mm

的螺桿作吊桿 ,其承載力安全系數(shù) 218。

3 施工技術(shù)

311 施工順序

(1) 移去樓面上不必要的物品以減輕結(jié)構(gòu)荷載。

并在 1～3 層架設頂撐 ,以進一步卸去部分荷載。

(2) 開挖基礎 ,樹根樁鉆孔 ,吊放鋼筋籠 ,投石 ,

注漿 ,澆筑承臺(承臺上預留扶壁柱主筋) 。

(3) 扶壁柱鋼筋籠綁扎 ,支模 ,由下至上逐層澆

筑扶壁柱混凝土。

(4) 制作扶壁柱與預應力梁的鉸接點。

(5) 預應力梁鋼筋籠綁扎、波紋管布設、錨固端

安裝。

(6) 埋設吊桿裝置。

(7) 澆筑預應力梁混凝土。

(8) 待預應力梁的混凝土強度達到設計要求后 ,

進行預應力張拉。

(9) 最后 ,逐段對稱拆除墻體。

312 預應力張拉與沉降觀測

由于預應力張拉后 ,房屋結(jié)構(gòu)內(nèi)將發(fā)生較大的

內(nèi)力重分布 ,本工程又是軟弱地基 ,因此 ,房屋的沉

降非常重要 ,應進行嚴密觀測。

對預應力混凝土梁每束預應力筋采用一端張

拉 ,每批張拉 2 束 ,其中 1 束的張拉端在梁左端 ,1

束的張拉端在梁右端。2 束張拉力要求保持同步增

長。在預應力張拉前 ,將吊桿下的螺母充分擰緊 ,保

證預應力梁與原混凝土梁的緊密連接 ,變形一致。

預應力張拉及沉降觀測步驟 : ①預應力張拉準

備工作結(jié)束后 ,對房屋進行第 1 次沉降觀測 ; ②先張

拉預應力至 0145f ptk ,然后錨固預應力筋 ,進行第 2

次沉降觀測 ; ③穩(wěn)定 4h (期間進行預應力孔道灌漿

的準備工作) 后 ,進行第 3 次沉降觀測 ; ④比較前 3

次沉降記錄 ,如符合設計要求 ,則繼續(xù)進行預應力張

拉 ,應力拉至 0165f ptk ; ⑤張拉結(jié)束錨固后 ,進行第 4

次沉降觀測 ; ⑥預應力孔道灌漿 ,然后在預應力梁端

部錨具及預應力吊桿裝置處用細石混凝土嚴密封

裹 ,并配以構(gòu)造鋼筋。

313 施工技術(shù)要點

(1) 要保證新舊混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件間的可靠連接 ,

因此扶壁柱與窗間墻間采用帶螺桿的 U 形筋可靠

連接 ;扶壁柱與每層樓蓋梁板界面均需鑿毛 ,清洗 ,

并用結(jié)構(gòu)膠在原混凝土構(gòu)件中植入連接鋼筋 ;每層

扶壁柱上部與原樓屋蓋連接段 ,必須采用微膨脹細

石混凝土澆筑密實。

(2) 在預應力梁底部與原屋面結(jié)構(gòu)間設置滑移

層 ,這樣在預應力張拉時 ,不會在窗間墻和新增扶壁

柱中產(chǎn)生不良的附加內(nèi)力 ,同時 ,可在預應力混凝土

梁中建立明確的預壓應力。

(3) 預應力吊桿受力至關重要 ,吊桿預應力應明

確 ,可用扭力扳手或傳感器或應變計對吊桿中的應

力進行監(jiān)控 ,吊桿下端應采用雙螺母 ,并應與吊桿可

靠焊連。

(4) 樹根樁縱筋應可靠錨入承臺內(nèi) 35 d ( d 為縱

筋的直徑) 。樁基施工時 ,不應損傷原有基礎 ,否則 ,

應予以補強。

(5) 加固前 ,必須采用頂撐裝置卸去部分樓屋蓋

的荷載 ,這可有效減少原結(jié)構(gòu)應力超前的不利影響。

(6) 墻體拆除時 ,應先在墻體的頂部 ,屋面梁底 ,

間隔分段對稱分離 ,同時 ,繼續(xù)做好房屋的沉降觀

測 ,當墻體頂端鑿出縱向通縫 ,即墻體與屋面梁完全

分離后 ,再將余下的墻體間隔分段鑿除。