上海东方饭店装配式结构的综合改造与加固

上海东方饭店装配式
结构的综合改造与加固
骆　俊
(上海港务工程公司,　上海　200438
摘要:为满足业主对上海东方饭店建筑主体结构进行改造加固的要求,对原结构进行了现
场检测和改造分析。

提出加固改造的原则和总体思路,并详细介绍了其主要加固改造方案和加固技术。

该工程的改造项目较多,对类似高层建筑的改造加固具有借鉴作用。

关键词:高层建筑　综合改造　加固　方案
Co mprehensi ve Reform and Re i n forci n g for the
Asse mble Structure of the Shangha iOri ent Hotel
L uo Jun
(Shangha i Harbor Eng i n eer i n g Corpora ti on,　Shangha i 200438)
Abstract:I n order t o meet owner’s require ment of ref or m and reinf orcing for the main architec 2tural structure of Shanghai O rient Hotel,a site measure t o the original structure and analysis has been made .This paper puts f or ward the p rinci p le and general thoughts of refor m and rein 2f orcing,and intr oduces its main ref or m p lan and multi reinf orcing technol ogy .There are many ref or m ite m s in this engineering,s o it could be referenced by si m ilar refor m and reinforcing p r oject of high buildings .
Key words:high building comp rehensive ref or m reinforcing p lan
1　工程概述1.1　原结构概况
上海东方饭店位于上海外滩中山东二路,原
结构用途为办公楼、招待一体的综合楼见图
1,
(a )加固前的建筑 (b )改造后效果图
图1　上海东方饭店
分主楼和副楼两部分,主楼主体结构为20层的框
架剪力墙结构(剪力墙为抗风墙而非抗震墙),局部带有一层地下室,副楼为8层的框架结构,建筑面积约2万m 2。

主体建筑建造于上世纪80年代,按74规范进行设计(抗震不设防),楼面由预制预应力混凝土板与后整浇层结合而成,框架梁为装配式预制梁。

原结构平面示意见图2。

1.2　改造要求
业主要求将原结构改造成高档酒店(图1b )。

1)主楼加3层,局部突出屋面结构;副楼加2层;
2)电梯和楼梯改造,使得主楼剪力墙每层均
有2个位置新开门洞;
3)楼梯间更换位置;
4)主楼下部4个夹层大面积洞口进行封补;
・
62・
5)局部楼面需开设洞口;
6)改造后结构的后续使用年限为50年;
7)该建筑位于外滩风貌保护区,改造后的大楼总体风格要与该区域其他建筑相协调。

该楼的改造项目较多,因此对类似高层建筑的改造加固具有典型示范意义。

2　检测和改造分析
2.1　原结构现场检测
改造前对原结构进行了现场检测,结果如下:
1)混凝土强度、楼层高度、构件尺寸基本达到原设计值。

2)主楼垂直度及倾斜率在允许范围内,地坪平整度、相对高差,主要为施工误差,在容许范围。

3)混凝土梁、柱、墙上无明显的裂缝、损伤,但围护和分隔墙体,预制板接缝、下水道等则有较多的裂缝和渗水,但此部分均非结构体。

4)
求,箍筋间距基本符合原设计,但箍筋无加密区。

2.2　加固改造原因分析
在原结构满足原设计要求、材料强度和耐久性满足相关要求的前提下,结构需要加固:
1)使用荷载或者结构刚度变化,导致结构内力变化,构件承载力不够,需要加固补强;
2)规范提高设计标准,一方面导致设计内力提高,构件承载力不足,需要加固补强;另一方面对抗震构造提出更高的要求。

2.2.1　功能变化
1)加层、楼层洞口封补等,加大了使用荷载,导致了竖向荷载、地震作用和风荷载的增加,大部分构件需要承载力加固。

2)剪力墙开洞,楼梯间更换位置等,影响了结构整体刚度和内力分布,可能导致部分构件需要进行加固;同时,剪力墙开洞形成的剪力墙边缘构件和连梁需要进行抗震加固。

3)楼板局部开洞,需要进行局部补强。

2.2.2　达到现行抗震规范的要求
1)新规范有抗震设防要求,增加了地震作用考虑,导致设计内力加大,多数构件需要加固。

2)抗震构造不足的构件和节点需要加强:
(1)梁端配箍无加密区;箍筋最小直径为6mm,不满足新规范不小于8mm的限制要求;
(2)柱纵筋最小配筋率不满足要求,箍筋无加密区,箍筋最小直径为6mm,体积配箍率不足比较严重;
(3)原结构为装配式结构,节点不满足抗震要求。

3)抗震规范对结构体系的规则性、刚度大小和均匀性都有要求,原结构需进行结构体系调整。

2.3　结构体系问题分析
1)原结构形式为预制组合结构,抗震整体性能较差。

2)原结构剪力墙的为抗风剪力墙,根据建筑高度、地震设防烈度(7度),适合改造为抗震墙,虽然剪力墙贯通全高,但外墙无纵向抗震墙连接;
3)从体系整体刚度大小和分布上看:
(1)X向刚度偏弱。

从原结构平面布置(图
2)可以看出,X向墙肢很少,原结构在此方向刚度偏小,纵向框架梁柱的地震内力偏大。

经计算,X 向最大层间位移角为1/726,达不到现行规范标准;
(2)Y方向存在偏心较大。

Y方向抗侧刚度主要由①轴、⑦轴的剪力墙以及几榀横向框架提供,其中以剪力墙为主。

由于①轴剪力墙墙肢较长,刚度较为集中,又由于⑦轴剪力墙受开洞影响,刚度削弱,因此该结构整体刚度中心偏左,偏心距达3m;
(3)原结构扭转效应偏大。

由于X墙肢偏少及Y向偏心,使得结构扭转效应偏大,最大的扭转位移角(某层平面最大位移比平均位移)达1.41。

注:三类钢撑的布置楼层:钢支撑-1(K形,1～20层);钢支撑-2(对角,-1～20层);钢支撑-3(K形,-1～9层)
图2　原结构平面及新增支撑布置
2.4　抗震构造检查,见表1
由于原结构按74规范进行设计,抗震不设防。

依据现行抗震规范,7度设防,大于60m的框架-剪力墙结构,框架为2级;剪力墙为2级;小于30m的框架结构为3级。

因此,根据现场实测
・
7
2
・
的数据和原设计资料,同时考虑加层、剪力墙开洞等改造内容,对结构构件、连接节点等的抗震构造情况进行检查,检查结果见表1、2。

表1　主楼原结构抗震构造不足内容
项目结构实际状况现行规范要求(二级)
框架梁箍筋(φ6(8)@250、200、150、
100,无加密区
梁端箍筋加密区长度不小于
1.5hb和500mm,箍筋最大间距
不超过hb/4、8d、100mm中的较
小值,箍筋最小直径为8mm
框架柱最大轴压比为1.34不宜超过0.85
柱纵向每侧配筋率
0.18%
柱纵向配筋率每侧不小于
0.2%
最小配筋率0.65%(中柱
和边柱)、0.75%(角
柱);
最小配筋率0.8%(中柱和边
柱)、1.0%(角柱)
箍筋(φ8@300～(φ6@
250,无加密区
柱加密区箍筋最大间距为
8d、100mm;箍筋最小直径为
8mm;角柱沿全高加密
箍筋肢距最大为400mm
加密区箍筋肢距不宜大于
250mm且20倍箍筋直径(d
=6mm时120mm)
抗震墙1、7轴抗震墙厚300mm,
电梯井筒250mm
抗震墙厚度不应小于160mm
及层高的1/20(底部加强区
1/16)
1、7轴抗震墙两端与框
架柱连接成整体,洞口两
侧无边缘构件
抗震墙周边应设置梁(暗梁)
和端柱组成的边框,抗震墙底
部加强部位的端柱和紧靠洞
口的端柱箍筋宜沿全长加密
装配式楼盖装配式节点不满足抗震
节点要求
6.1.7条应采取措施保证楼、
屋盖的整体性及其与抗震墙
的可靠连接。

现浇面层厚度不宜小于
50mm
抗震墙之间的楼、屋盖的长宽
比不宜超过3。

表2　副楼抗震不足内容(三级)
项目结构实际状况规范要求
框架梁箍筋(φ8@250、200,(φ6@
200,无加密区
梁端箍筋加密区长度不小于
1.5hb和500mm,箍筋最大间
距不超过hb/4、8d、150mm中
的较小值,箍筋最小直径为
8mm
框架柱最大轴压比1.36不宜超过0.9
柱最小配筋率0.785%
(中柱和边柱、角柱)
柱纵向配筋率每侧不小于
0.2%,最小配筋率0.7%(中
柱和边柱)、0.9%(角柱)
柱箍筋(φ6@250、200,
无加密区
加密区箍筋最大间距为
150mm,柱根100;箍筋最小
直径为8mm
箍筋肢距最大为450mm
加密区箍筋肢距不宜大于
250mm且20倍箍筋直径(d
=6mm时120mm)
3　加固改造原则和总体思路
3.1　加固改造基本原则
1)除满足竖向承载的要求外,抗震加固是本工程的重点。

(1)结构体系加固优先。

结构体系加固是从提高结构的整体抗震性能出发,采取有效措施优化结构布置(如,满足规则性要求以及满足刚度、延性、多道设防要求)然后才是构件加固。

(2)抗震构造,特别是节点的抗震构造优先。

除满足抗震计算要求外,更应该关注抗震构造,特别是关键节点的构造,以加强结构的整体性和延性,增加结构在地震力作用下的防倒塌能力和耗能能力。

2)具体加固措施必需满足技术可靠,施工简便,经济合理的要求。

(1)加固工程的使用年限与主体建筑的使用年限相匹配;
(2)尽量采用无湿作业、施工简便加固工艺;
(3)同等加固效果前提下优先选择经济可靠的加固方法。

3)合理利用原结构承载力,避免拆除和对原结构的损伤。

(1)尽量利用原有抗风墙的刚度,改造为抗震墙,给结构抗侧力体系提供刚度;
(2)尽量利用原有预制空心楼板的承载力。

3.2　加固改造思路
1)体系加固:根据主楼特点,在刚度集中部位的剪力墙上开洞,适当削弱该剪力墙的刚度;在刚度较小的部位设置K形钢支撑或对角钢撑,并减小结构两个方向的刚度差,控制扭转效应。

副楼改造为双向框架,并适当增大梁柱截面以满足抗震位移要求。

2)构件和节点加固:对结构的构件和节点按“强柱弱梁”、“强节点弱构件”、“强剪弱弯”的原则进行加固,特别注重节点的加固效果。

3)对于抗震构造不足的情况,选用合适的抗震构造加固方式,见表3。

表3　加固处理方法的选择
情况改造加固方式
梁箍筋不足
采用粘贴碳纤维或加U型钢板进行加
固。

柱轴压比超限
采用型钢套箍加固,个别柱适当加大截
面。

柱和节点纵向配筋率
不足;
箍筋直径不足,箍筋间
距、肢距过大,无加密
区;
采用型钢套箍加固,柱端缀板加密。

同
时在②轴和⑥轴增设钢支撑两道以减小
梁柱负担的水平力而减小梁柱配筋需
求。

抗震墙厚度不够,洞口
无边缘构件
底层抗震墙加厚至350mm,并采用植筋
方式与原有墙结合成一体,在开口端则
采用U型钢板加固形成约束边缘构件。

・
8
2
・
4　主要加固改造方案和加固技术4.1　剪力墙开洞和加固
原结构①轴剪力墙沿全轴分布,剪力墙开洞
前结构在Y 方向上刚度过于集中,不利于整体受力和多道设防的要求。

因此,在①轴剪力墙的G 轴和K 轴之间,K 轴和M 轴之间开设洞口。

针对不同情况,对剪力墙采用不同加固方法:1)底层剪力墙部分墙肢(⑦轴)剪压比超限,采用加大截面加固(加厚100m ),配筋按现行规范要求,典型截面见图3。

图3　剪力墙边缘构件加大截面加固
2)其他墙肢的水平和纵向分布钢筋满足要求,
但边缘构件不满足构造或承载力要求,采用粘钢法加固。

对剪力墙开洞后形成的连梁和剪力墙边缘构件也采用粘钢法加固。

经委托专业单位进行了粘钢加固剪力墙低周反复荷载试验,结果表明,对于未设置任何约束边缘构件的剪力墙采取竖向角钢、竖向扁钢和水平扁钢进行加固能够达到甚至超过按照现行规范设计的剪力墙所能达到的水平承载力,其抗震耗能能力也较好,但加固设计施工时要保证构件端部可靠的锚固方式。

实际工程中粘钢加固设计施
工时在结构易损部位适当加大了粘钢量。

图4　剪力墙边缘构件外包粘钢加固
粘钢加固剪力墙的典型截面大样见图4、5。

图5　剪力墙连梁加固
4.2　钢支撑的设置和构造
钢支撑的布置主要以增强X 方向的刚度为主,沿G 轴和M 轴在①轴和②轴之间、⑥轴和⑦
轴之间分别布置一道钢支撑;Y 方向因⑦轴剪力墙开洞削弱,沿⑥轴在K 轴和M 轴之间布置一道钢支撑。

支撑布置位置见图2。

表4给出了有无支撑方案的整体性能指标计算结果对比。

从表中可以看出增加支撑前,原结构X 方向和Y 方向的最大层间位移角均大于现行规范规定的限值1/800,增加钢支撑后满足要求。

另外,通过增加钢支撑的方法X 方向框架梁的配筋减少30%,可以不考虑该方向梁加固。

另外,在增设钢撑后,整体结构增加了一道抗
震防线,多道防线提高了结构的抗震安全性能。

表4　有无支撑计算结果对照
方案
不增加钢支撑
增加钢支撑
整体性
能指标
最大层间位移角X 方向:1/726
Y 方向:1/800X 方向:1/964Y 方向:1/872扭转位移角
X 方向:1.07Y 方向:1.41
X 方向:1.06Y 方向:1.31
框架梁、柱的配筋
X 方向框架梁配筋减少30%,加固量减少100%
支撑的类型分K 型支撑和对角支撑两种,构造示意见图6。

图6　K 形钢支撑、对角支撑布置示意图
4.3　构件及节点处理
4.3.1　梁加固
1)梁抗弯采用粘钢板方案
・
92・
梁顶支座负筋不足和梁底配筋不足均采用粘钢板加固。

需要特别指出的是,对梁底支座配筋和梁顶支座配筋不足,粘贴的钢板都必须可靠地连接到框架柱上。

2)梁抗剪采用套箍粘钢方案梁抗剪加固采用套箍粘钢方案,即在梁底侧面和侧面粘贴U 形钢板。

由于工程的框架梁很大部分为花篮梁,截面不是标准的矩形。

另外,由于楼板为预制板,不能进行较大面积的开洞。

因此,粘钢在梁侧的钢板箍无法连通至楼面,必须采用钢筋增加锚固。

为增加粘钢抗剪的效果以及为增加梁端的延性,新增的钢箍应形成封闭的围箍。

梁加固典型构造如图
7所示。

图7　梁加固示意图
4.3.2　柱加固
1)轴压比超限的柱
采用加大截面法加固,采用无收缩灌浆料,其优点是:自身强度高(28天强度60MPa )、粘结性好、容易密实、早强(2天即可拆模);施工十分便捷,无需大型机械设备;在柱加大截面中应用十分合适,并且柱单边加大仅需7c m ,
对建筑使用功能影响很小。

典型构造见图8。

图8　柱加大截面(三面加大)
2)轴压比超限以外不足的柱
主要为箍筋不足,采用套箍粘钢加固。

对三
面外包或两面外包,未加厚的侧边凿槽,槽内拉通钢筋后采用聚合物砂浆修复。

该方法对提高柱配箍和增加纵筋面积直接有效;同梁粘钢加固结合,
可以显著增强框架梁柱节点的整体性;相对于外包混凝土,柱包钢加固施工较为简便,无湿作业,工期节省。

加固典型大样见图9。

图9　柱套箍粘钢加固及柱底锚固大样
4
.3.3　节点加固
图10　节点加固大样
对于梁柱节点加固,只要将梁和柱各自的加
密区钢围套连接成一体,形成连通的、整体的钢围套,可以十分有效地加强对梁柱节点的约束和提高其抗震延性。

实现方法是附加角钢用焊接的方法使之成为一体。

加固典型大样见图10。

5　结束语
东方饭店的综合改造从改造原因的分析入手,从结构体系上和抗震概念上整体把握,充分考虑了改造的需求和工程的复杂情况,综合采用多种技术满足各种加固的需要。

这种全局把控,细部求精的设计思路,既满足了工程功能改造和结构安全性的要求,同时也降低了改造成本。

参考文献
[1]徐继东,刘斌,杨永泉,沈豪.组合加固法在东
方饭店整体改造工程的应用[J ].结构工程师,2007(增刊).
・
03・。