采用PKPM软件进行结构加固设计

采用PKPM 软件进行结构加固设计
任思泽
【摘要】现有建筑加固应遵循的原则是：结构安全、经济、有效、实用。

合理利用PKPM 结构计算软件对建筑结构加固进行有效分析并完成加固设计是这一原则的体现，本文中分别以单个构件加固、局部新增构件加固为例，结合本人的设计分析经验以供参考。

1. 单个构件加固
由于现有建筑局部使用功能发生改变，导致现有建筑仅某个或某几个结构构件设计承载力不满足后续使用要求，同时又在结构的整体承载能力和抗震能力范围之内。

对于这种情况则只需对单个构件进行结构加固即可。

设计步骤：
1.1 收集该建筑结构施工图。

根据施工图中结构构件数据建立PKPM 简易（一个结构层）结构分析模型。

为分析局部使用功能改变对同层相邻结构构件的影响，分析模型应包含使用功能改变区域相邻至少1个结构跨度范围内的结构构件。

2.1 输入该区域原建筑使用结构荷载，完善各项计算参数（材料强度参数设置同施工图说明；由于是局部加固计算，从偏安全考虑，各项参数原则上不应考虑折减）。

然后在SATWE 计算模块中进行第一次计算，得出计算结果。

最后将模型中所有正截面受弯构件计算梁配筋面积1s A 与原结构施工图中梁实际配筋面积0s A 进行对比：
1.2.1 如1s A ＞0s A ，则应考虑计算中是否有荷载参数出错，或该区域原使用荷载已经超出设计承载力要求。

说明不再属于单个构件加固，应将其按结构区段加固另行考虑。

1.2.2 如0.90s A ≤1s A ≤0s A ，则可将本次计算模型直接作为参考模型，进行下一步计算。

1.2.3 如1s A ≤0.90s A ，则应考虑计算中是否有荷载参数出错。

如已确认各项计算计算荷载参数正确。

方可将本次计算模型作为参考模型，进行下一步计算。

其中：——0s A 为原梁正截面受弯抗拉实际配筋面积；
——1s A 为第一次参考模型计算时，梁正截面受弯抗拉钢筋计算面积。

1.3 保留参考模型计算结果，然后在参考模型中将原结构荷载改为建筑使用功能改变后的结构使用荷载。

在不改变其余参数设置的情况下进行第二次SATWE 计算，得出计算结果。

将计算模型中框架柱轴压
比2c U 与参考模型中对应框架柱轴压比1c U 进行对比分析。

如05.012≤-c c U U ，可不考虑使用功能改变对建筑结构竖向作用力的影响；否则应建立多个结构层分析对下层结构的影响。

1.4 将模型中所有正截面受弯构件计算梁配筋面积2s A 与原结构施工图
中梁实际配筋面积0s A 进行对比，再结合结构构件特性选取加固方法：
1.4.1 如所有构件2s A ≤0s A ，则表示该构件使用荷载在原构件设计承载力
范围之内，不需加固。

如模型中边跨梁构件0s A ≤2s A ，则说明本次使用功能改变对相邻区域构件影响较大，则应扩大结构分析模型范围。

1.4.2 如0s A ≤2s A ≤04.1s A ，该梁跨高比大于4，且长期使用的环境温
度不高于60℃，不处于特殊环境(如高温、高湿、介质侵蚀、放射等)时，采用碳纤维布的方法对其进行加固。

首先，采用差值法f f y s y s fe f f A f A A ψ0002-=
初步计算加固碳纤维布有效截面面积fe A 。

其次，采用b f a A f A f A f x c s
y fe f f s y 010000'-+=ψ,计算出梁加固后混凝土受
压区高度x 。

然后，验算加载后该梁最大正截面弯矩作用力
()()000000122h h A f a h A f x h bx f a M s y s y c --'-'+⎪⎭⎫ ⎝
⎛-≤。

最后，将fe A 带入《混凝土结构加固设计规范》（GB50367-2006）中第9.2.4条计算实际应粘贴碳纤维布截面面积f A ，并根据梁截面尺寸和市场材料提供信息选择碳纤维布加固宽度和层数。

其中：——9.0=f ψ为考虑二次受力碳纤维布强度折减系数；
——fe A 为加固碳纤维布有效截面面积；
——0y f 为原钢筋强度设计值；
——2s A 为加载后第二次计算时，梁正截面受弯抗拉钢筋计算面积；
——0s A 、0s
A '为原梁正截面受弯抗拉、抗压实际配筋面积； ——f f 为碳纤维布抗拉强度设计值；
——2M 为加载后第二次计算时，梁正截面最大弯矩值； ——0c f 为原梁混凝土抗压强度设计值；
——b 、h 分别为矩形截面梁的宽度和高度；
——0h 为加固前截面有效高度；
——a '为纵向受压钢筋合力点至截面近边的距离。

1.4.3 如0s A ≤2s A ≤04.1s A ，长期使用的环境温度不高于60℃，不
处于特殊环境(如高温、高湿、介质侵蚀、放射等)，且不宜采用碳纤维布加固时，采用可粘贴钢板的方法对其进行加固。

首先，采用差值法sp sp y s y s sp f f A f A A ψ0002-=
初步计算加固钢板有效截面面积sp A 。

其次，采用b f a A f A f A f x c s
y sp sp sp s y 010000'-+=ψ,计算出梁加固后混凝土
受压区高度x 。

然后，验算加载后该梁最大正截面弯矩作用力
()()000000122h h A f a h A f x h bx f a M s y s y c --'-'+⎪⎭⎫ ⎝
⎛-≤。

最后，根据sp A 、梁截面尺寸和市场材料供应情况选取加固钢板厚度及宽度。

其中：——9.0=sp ψ为考虑二次受力钢板强度折减系数； ——sp A 为加固钢板截面面积；
——0y f 为原钢筋强度设计值；
——2s A 为加载后第二次计算时，梁正截面受弯抗拉钢筋计算面积；
——0s A 、0s
A '为原梁正截面受弯抗拉、抗压实际配筋面积； ——sp f 为加固钢板抗拉强度设计值；。