框架结构建筑局部改造加固设计实例分析

框架结构建筑局部改造加固设计实例分析
摘要：工程实践中，因用途改变、设备更新等原因需要对已有建筑结构进行相
应调整，从而发生改变原建筑物使用功能、承重结构或构件的情况，导致建筑物
可靠性不足、安全性降低。

为保证正常使用，需要对此类建筑进行改造加固，使
其具有现行设计规范及建设方要求的安全性、耐久性和适用性。

关键词：结构检测；承载力验算；改造加固
1、前言
由于建筑行业的特殊性，建筑物的建设方、设计方、施工方、使用方为同一
单位的可能性不大，受专业知识所限，具体使用单位难以全面了解建筑物的真实
状况，且从业人员对建筑物科学合理使用存认知差异，在建筑物的装修、使用过
程中难免出现改变初始设计功能、荷载超出设计容许值的情况从而形成安全隐患，对建筑物安全使用极为不利[1] [2]。

在按规定办理完相关审批手续的前提下，工
程实践中通常通过对建筑物施以改造加固来解决这一问题。

本文笔者将通过工程
实例来详细阐述建筑物改造加固设计的具体过程。

2、工程概况
某工程位于北京市石景山区八大处路，地下二层（车库，层高4.5m），地上
十五层（办公区，层高3.8m）。

该建筑采用框架-剪力墙结构，梁式筏板基础。

结构设计使用年限为50年，建筑结构安全等级为二级。

根据建设单位使用意图，预在七层局部设置档案室（3～5轴/A～B轴），荷载为8.0KN/m2，改变了原设计荷载值。

为了解该区域内结构现状及安全性，并为后续改造设计与施工提供依据，需首先对该区域进行检测，并对改造区域竖向承载力进行计算。

3、结构实体检测及结果
建筑物改造设计、施工前，需对结构实体进行检测[3]，检验项目主要包括现
状普查、核对结构平面图、混凝土材料强度检测、竖向承载力验算、结构安全性
鉴定等方面。

（1）现状普查。

所测区域内建筑外观质量良好，未发现结构构件存在明显受
力裂缝、位移及变形。

混凝土构件外观完好，未发现渗水、露筋等现象。

（2）核对结构平面图。

采用激光测距仪、钢卷尺、磁感仪等设备复核关键结
构构件图纸，包括混凝土构件截面尺寸偏差、钢筋配置情况等，并对轴线偏位情
况进行检查[4] [5]。

经检测，所测区域未发现该建筑有较大的、明显的轴线偏位
现象；所测混凝土构件截面尺寸符合设计图纸要求；所测混凝土构件受力钢筋配
置符合设计图纸要求。

（3）混凝土构件强度检测。

采用回弹法对检测区域内混凝土构件进行分批抽
样检测[6]，所测柱混凝土现龄期抗压强度推定区间为[39.5，41.5] MPa，满足原设计强度C40要求；所测梁、板混凝土现龄期抗压强度推定区间为[34.4，35.8] MPa，满足原设计强度C30要求。

4、竖向承载力验算
采用PKPM（2010）结构计算软件，对结构进行竖向承载力验算[7]，局部加固，未考虑抗震问题。

验算时，结构平面布置依据设计图纸和工程现场测绘情况
进行。

（1）验算荷载条件。

未改造区域楼面恒载、楼面活载均按照原设计取值；改
造区域七层3～5轴/A～B轴楼面活荷载按8.0kN/m2（委托方提供荷载条件）。

计算模型如下。

结构三维计算模型图
（2）验算结果。

验算结果表明，在竖向荷载作用下，受改造影响，部分梁、板结构承载力不满足要求，具体位置如下。

承载力不足构件统计表
5、加固设计方案比选
（1）初步选定加固方案。

加固方案应具有安全可靠、技术可行、经济可比、便于施工的
特征。

根据以上检测结果及承载力验算结果，改造影响范围内承载力不足的梁、板构件需进
行加固处理：对于板构件可采用粘贴碳纤维或减小楼板跨度的方式进行加固处理，对于梁构
件可采用粘贴碳纤维布、粘钢或增大构件截面的方式进行加固处理[8]。

（2）方案优选。

1）主梁1位于外墙处，外侧为玻璃幕墙，幕墙窗与梁底间缝隙以镀锌钢板包封。

采用粘
贴碳纤维布或粘钢加固，均需拆除局部外侧幕墙及窗洞镀锌铁皮，待加固施工完成后，重新
恢复原状，此种方式必须进行室外高空作业。

无论是高空拆除作业，还是搭设落地式操作平台、悬挑式操作平台、采用吊篮或蜘蛛人作业均存在安全隐患，且直接投入高，与收益不成
正比。

增大截面加固法[9]相对来讲更加适用此构件，该方法只需室内作业，且不需增加幕墙
拆除及恢复成本。

2）主梁2位于走廊隔墙顶部，走廊一侧管道密布，空间有限。

走廊一侧操作空间狭小，
无法提供支模作业面，因此增大截面法不适用；对于粘贴碳纤维加固法，梁侧需要粘贴抱箍，走廊一侧无法提供涂抹空间，且该方法对主梁2承载力提升有限，故此该加固法也不适用。

有鉴于此，主梁2采用型钢加固法[9]比较适宜，该法于梁侧设截面较小的钢板抱箍，可充分
利用管道间隙进行焊接、灌胶施工。

3）次梁周边无障碍物可采用经济易行、便于操作的粘贴碳纤维布加固法。

4）对于楼板加固，改造区域结构板下设有多组吸顶安装的风机盘管，其与顶板间隙狭小，粘贴碳纤维布及粘钢加固均无法通过。

同时，考虑到楼层标高容许抬高量、控制成本投入、
改造区域上层房间使用功能等，故增大截面加固法亦不可行。

因此，只有通过在风机盘管间
设置工字钢梁[9]缩短楼板跨度的方式进行楼板加固（梁顶相应区域粘贴碳纤维布平衡负弯矩）。

6、总结
（1）建筑物装修、使用过程中，增加的楼面荷载数值以不超出结构设计容许范围为宜；
（2）实际荷载超过设计容许荷载时，应由原设计单位或具有相应资质等级的设计单位进
行复核验算，出具相应的处理方案；如需结构加固，则由具有相应检测资质等级的单位进结
构实体检测，由具有加固设计资质等级的单位进出具加固设计方案，且结构实体状况必须以
现场实际检验数据为准。

（3）加固改造设计方案必须以结构实体检测结果及结构验算为前提，且必须充分考虑其
安全可靠性、技术可行性、经济可比性、施工可能性。

参考文献：
[1] 中国建筑科学研究院. GB 50009-2012建筑结构荷载规范[M]. 中国建筑工业出版社，2012.
[2] 四川省建筑科学研究院等. GB/T 50292-2015民用建筑可靠性鉴定标准[M]. 中国建筑工
业出版社，2016.
[3] 中国建筑科学研究院. GB/T 50344-2004建筑结构检测技术标准[M]. 中国建筑工业出版社，2004.
[4] 中国建筑科学研究院. GB/T 50204-2015混凝土结构施工质量验收规范[M]. 中国建筑工
业出版社，2015.
[5] 中国建筑科学研究院. GB/T 50784-2013混凝土结构现场检测技术标准[M]. 中国建筑工
业出版社，2013.
[6] 陕西省建筑科学研究院等. JGJ/T 23-2011回弹法检测混凝土抗压强度技术规程[M]. 中国建筑工业出版社，2011.。