某砖混结构改造加固设计

摘要：本文介绍了某砖混结构办公楼的局部改造加固，由一榀两层的钢框架代替拆除的承重墙承担荷载。对钢框架的梁、柱、节点和基础进行了设计，提出了工程施工的具体要求，最终取得了良好的加固效果。
关键词：砖混结构，改造，钢框架，加固

1.工程概况
本项目位于连云港市东海县城，为两层砖混结构办公楼，底层层高3.7m，二层层高3.5m。屋面与楼面均为120mm厚预制空心板，条形基础。该建筑处于7度地震设防区，设计地震分组为第二组，Ⅱ类场地土，建筑抗震设防类别为丙类。地基承载力特征值f_a取150kPa。因使用要求变更，须将办公楼部分承重墙拆除。
2.改造加固设计
本项目是对办公楼的局部改造加固，由一榀两层的钢框架代替拆除的承重墙承担荷载。图1为钢框架计算简图。考虑结构恒载、活载以及雪荷载和地震荷载作用，由不同荷载组合可得到不同结构部位的最不利受力状态。

2.1钢梁设计
第二层钢梁采用热轧普通工字梁I32a，梁所受最大正弯矩为M_max=82.55kN·m，最大剪力V_max=80.57kN。底层两跨梁均采用热轧普通工字梁I20a，梁所受最大正弯矩为M_max=41.67kN·m，最大剪力V_max=57.95kN，且均出现在右侧框架梁。经验算，框架梁的抗弯、抗剪、整体稳定性和刚度均满足规范要求。
2.2 钢柱设计
上下两层柱均采用双槽钢[20a。与钢梁设计类似，取钢柱受力最不利位置进行验算，钢柱的强度、刚度、弯矩平面内稳定性、弯矩平面外稳定性和局部稳定性均满足规范要求。
2.3节点设计
由于两处层间柱节点最不利受力状态相近，偏向保守地取N=80.57kN，V=20.87kN，T=27.45 kN•m验算。钢柱两侧外加Q235钢板，钢板与柱侧面采取两侧面角焊搭接连接。两侧钢板尺寸为15mm×120mm×300mm，所有焊角尺寸均取h_f=10mm。手工焊，E43型焊条。经验算，满足规范要求。节点构造见图2（b）。
梁柱间连接腹板采用角焊，手工焊，E43型焊条，所有焊角尺寸均取h_f=10mm。翼缘采用对接焊缝。施焊处所受的最大弯矩值为47.90 kN•m，最大剪力为80.57kN，所受最大轴力为20.65kN。经验算，满足规范要求。
2.4基础设计
底层边柱受力最不利情况为N=104.72kN，M=1.65kN·m，V=1.89kN。由于原有结构本身的条形基础承担部分荷载，近似认为独立基础承担60%的荷载作用。设计基础如图3所示。基础埋深取600mm，承台底部尺寸取为800×1500mm，锥形基础，最小高度为200mm，基础上部尺寸取350×400mm。按照偏心受荷基础设计。底层中柱承受最大轴力值为83.66kN；而承受的最大弯矩值为1.71kN·m，最大剪力值为1.28kN。对于中柱独立基础按照中心受荷基础设计。设计基础如图4所示。基础埋深取600mm，承台底部尺寸取为800×800mm，承台上部尺寸取350×400mm。承台全部采用强度等级为C20混凝土，按照构造配筋。经验算，设计基础均满足承载要求。

3.加固施工要求
结构加固前，先将原底层钢框架顶部清除，以便与二层钢柱连接。施工前必须做好充分的防护措施，在底层、二层架临时支撑，间距不超过500mm，满樘。先对柱下独立基础进行施工，对底层已有钢柱、钢梁间节点进行焊接处理。对二层钢框架柱、梁施工，并注意钢框架梁、柱间的节点连接处理以及原有结构的支撑防护处理。本设计中所有焊接应严格按照《建筑钢结构焊接技术规程》进行施工。边柱要与墙进行加固处理，处理方法见边柱与墙连接处理详图（图5）。钢框架施工结束后，对钢柱、钢梁外围包裹一层钢筋混凝土，以保护其表面，防止钢材腐蚀。

4.结语
由于使用要求的变更，原有建筑的使用空间和结构形式不再适用，需要对结构进行局部的改造和加固。在已有建筑改造过程中，由于建筑使用功能的改变和新旧规范要求的不同，使得原有结构的承载能力和抗震措施等许多方面有可能存在不足需要加固。在加固设计中，须根据具体要求，采取不同的加固方法。在本项目的设计中，由一榀两层的钢框架代替拆除的承重墙承担荷载，可满足建筑的对使用功能的要求，且具有良好的承载和抗震性能，符合相关规范的要求。

参考文献
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