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岩土研究院

工程实例-纺织工业部办公大楼加恒加层的结构设计

286 2022-02-08 09:47:37

一、工程概况

纺织工业部办公楼位于繁华的北京市长安衡南侧和北京饭店对面,是一座政府级办公大楼。该工程建于20 世纪 50年代初期,建筑面积为 9054m²,三层砖混结构,层高4.1~4.4m。一、二层内外墙均为 370厚;三层外墙厚370,内墙 240。本楼板现浇钢筋混凝土走道板,砖砌条基,持力层为素填土,地基承载力取 100kPa,基础埋深1.5m。

由于业务扩大,办公楼不敷使用,因此于1990年提出征求抗震、加固、增层方案,并进行方案招标,要求;

(一)建筑造型和立面装修应朴素大方。与长安街环境相适应,既要尊重历史。又要有时代感;

(二)平面布局合理,功能上满足使用要求;

(三)在原建筑上增加二层.局部加三层.改造后的总建筑面积要求达到15500m²左右;二、对原建筑物的鉴定意见

根据《工业与民用建筑抗震鉴定标准》(TI 23-一77)对该建筑物进行了鉴定.鉴定结果如下∶

(一)该建筑物为纵横承重结构,平面分三段,中间段长 84m,未设伸缩缝,横墙最大间距14m,超过8度地震区的横墙最大间距的 9m 限值,砂浆标号均低于25号,砖标号取样测定为 25号。未设置圈梁及构造柱,外墙、内横墙及山墙转角处均有裂缝出现;

(二)墙体面积率验算∶中楼一至三层的内墙及二层的内外纵墙不满足;东西楼一至三层的内横墙,一、二层的内纵墙及二层的外纵墙均不满足;

(三)原建筑砌体砂浆标号低,墙体能增加的承载力有限,内纵墙已不能再增加荷载。

三、增层结构方案

(一)直接增层法

地基经数十年压密重新勘探后,地基承载力可达110kPa.基础尚有一定潜力可挖。而墙经过抗震加固后其承载力也有所提高。如实施本方案时,其基本出发点就是一个挖潜方案。

具体做法是∶

加层结构采用轻钢框架。水平荷载由钢支撑传至砖墙,加层的垂直荷载由外墙直接传到原有外纵墙上。内墙则由新加走道柱传至地基。外墙为200mmi厚加气混凝土,内墙为轻钢龙骨石膏板。楼屋面板均用压型钢板上铺陶粒混凝土,在压型钢板的凹槽中适当配筋形成连续多跨单向板,混凝土平均厚度为 70mm,随打随抹,屋面保温采用 50mm 厚聚苯乙烯板,五层防水做法。

此方案的最大优点是;造价低、施工方便。但由于原内墙无富余的承载力而需加柱,这样就会影响走道的使用与美观。加层荷载的传递对内外墙是不均匀的,对填土地基的变形不易控制,可能会产生新的墙体裂缝。

(二)外套框剪结构增层法

贴外墙设框架柱,断面为 400×500,六层柱为 400×600;高出原有建筑物后连成双向刚接框架。由于横向跨度较大,分别为15.43m和 19.39m。为了减少梁高,采用部分预应力框架梁,梁断面尺寸分别为 300×850 和300×1000,楼屋面板及次梁采用现浇陶粒混凝土。

为了不使加层结构的刚度太弱,适当增加钢筋混凝土剪力墙;如图 5-45a 所示。

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为了减轻结构自重。外墙采用 250mnm 厚加气混凝土,内墙采用150mm 厚加气混凝土。为了减少框架柱基础的沉降。采用太孔径挖孔桩,持力于砂卵石层上。根据物察报告提供的资料,自然地面下12~14m为稳定砂卵石层,桩端承载力可达1000kPa,地下水位较低。

此方案的优点是∶充分利用原结构的抗力,将加固与增层结合在一起处理,传力明确,加层后整体建筑沿高度的刚度比较均匈,有利于抗震。主要的缺点是∶抗震缝处梁柱布置较为复杂。

(三)外套框架结构增层法

为了使旧楼的加固与新楼的建造完全分开。本方案沿外墙距离 2m 加框架柱,柱距约7ma左右,高出原楼屋面连成框架,将原有的砖混结构完全罩在新建的框架结构之内,如图5-45所示。

将原楼的屋面改造为楼面,在四层楼板及墙顶设新老楼的抗震缝。这样不论是垂直荷载作用下的沉降还是地震作用下的水平变形,新老楼均无变形协调要求,对原有建筑仅涉及抗震加固,相对比较简单。而且加固与新建施工互不干扰。但是由于底层框架的高度大,初算柱截面需要 500×1000.而日占地面积大。对面临长安街且内院狭窄的实际情况.是不容易实现的。此方案的另一缺点是,在抗震缝处同样结构难以处理。

(四)内筒体结构增层法

沿房间内壁四周加钢筋混凝土墙使其形成筒体,筒壁厚 160mm,与砖墙按夹板墙的要求进行拉结。在建筑平面中话当布置筒体位置.以使结构刚摩均匀及控制筒体间的距离.使楼屋面梁系布置合理。筒体高出原有屋面,在五层楼面标高处布置主次梁,现浇陶粒混凝土楼屋面板,形成剪力筒结构如图5-45c 所示。

筒体既是抗震加固需要的抗剪墙体,又是加层结构的支撑构件。通过筒体将加层荷载传至大孔径挖孔桩。这种结构的刚度比较好,而且简体的位置可以任意调整,梁可以不施加预应力。由于筒体墙偏向砖墙的内侧,因此加层的纵向梁与筒体墙也应偏轴。为了不使梁的跨度太大,就需要布置一定数量的简体。即使沿走道的两侧交错布置,梁的跨度达 10m左右,仍然需要不少个简体,因为在房屋的端部及楼梯间的两侧均需要有支撑筒体。筒体过多会带来施工困难,而且筒体与外墙间形成较厚的距离,造成不良的使用感觉。

在分析比较上述四种方案的基础上,结合现场工程实际,最后决定在方案二的基础上加入六个筒体,以解决抗震缝处需设置大跨度托梁的问题。加层后的新建筑是一幢底下三层为砖混和上部二层(局部三层)为框剪结构的混合结构体系。加层的结构平面如图 5-46所示。

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四、原建筑物的加固处理

原有砖混结构按《工业与民用建筑抗震加固技术规范》进行夹板墙加活。考虑到施T时尽量不影响或少影响原建筑的使用.采用沿外墙的外侧加 80mm 厚钢筋网现浇混凝十单面夹板墙。

在内墙较弱的墙段也加了单面或双面夹板墙,夹板墙内配 φ6@200 双向单片钢筋网;沿外墙在楼面标高处增设暗圈梁,断面为110×180,混凝土标号为200号;由于原楼横墙间距较大,加厚砖墙不足以承受地震剪力,因此增加钢筋混凝土墙。为了能有效地传递剪力,将墙两侧的木楼板改为现浇钢筋混凝土楼板;沿外墙每隔 7m有框架柱,它与内横墙或进深梁用钢筋或螺栓锚接。而目外墙的夹板、暗圈梁与框架柱整体浇筑。防 I十地震时外墙外闪的可能性。

有关本增层建筑的结构计算和抗震分析从略。五、基础设计及沉降观测

根据地质勘察报告,场地地面下约2,5m 深为杂填土及素填土层;再往下2.5~7m为粉土及粉质粘土;7~12m为中细砂层,12~17m为卵石层,以下又是粉土。

由于施工场地狭小,周围绿化珍贵树种,大型施工设备无法进场,场地附近住有居民,应考虑防止施工时的噪声,因此决定采用大直径人工挖孔扩底灌注桩,一柱一桩或一筒一桩,直径为1.0m、1.2m、1.4m和1.9m四种。扩大头直径分别为1.4m、1.6ma、2.6m、2.8m和3.5m五种。桩周作100mm厚混凝土护壁,桩长 12m左右,持力层为卵石层。桩身直径和扩大头直径受桩基沉降量控制。

本工程是砖混和框剪的混合结构体系,目前国内尚无类似工程对允许沉降量的规定,只能参照北京地区相似地质情况的试桩资料,采用调整扩底的办法把沉降值限定在 5mm 以内,新体系依靠内力重分布来协调此变形是可能的。