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岩土研究院

工程实例-学校教学主楼的增层加固

316 2022-02-07 10:06:08

一、工程概况

洛阳建材工业学校的教学主楼,原为 1959 年建造的一-栋中间为四层。两端为三层的建筑物,建筑面积为 8058m²,该建筑物主要入口门斗高为一层,中轴对称,是一栋典型的五十年代的建筑物。

原建筑物的各层楼板和梁均为现浇钢筋混凝土,承重结构为砖墙,基础为条形的灰土垫层砖砌大方脚.建筑物中间部分为人字木屋架和双坡双屋面,两侧部分屋顶为可上人的钢筋混凝土平屋面(图 5-12)。

加固加层结构设计的主要内容是将中间部分由四层加高到五层、两端三层也加高至五层,形成一等高的一字形立面,共增建面积为 4050m²。在结构上采取的主要措施是∶

(一)对条形基础,由于加层后其承载面积不足,而增设了现浇钢筋混凝土灌注桩.与条形基础共同承担着加层后的全部荷载;

(二)对内外墙,由于建筑物按七度抗震设防后.剪力墙面积和底层承重外墙强度不足。因而增设了构造柱,与墙共同工作;

(三)对外墙新增设的构造柱,结合建筑立面的需要,而又增设了纵向隔板。并起挑檐板和圈梁的双重作用。这样该建筑就形成了一个内外构架,它与原有砖墙及新增高砖墙共同承受新增加楼层的荷载。

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(四)加固加层的建筑设计与结构设计相配合,其主要措施是将立面加以改造,使之成为一栋新建的形体简洁,线条挺拔的建筑物,具有明快、清新、亲切而又不失严谨端庄的学校建筑风格。

二、增层加固方案的选择

(一)基础加固方案

1.工程地质情况

该建筑物坐落在新近堆积黄土层上,这层土是原生土长年冲积而成,易透水,浸水后易下沉、厚度达3.0~4.5m。基础垫层是用3∶7灰土做成的条形基础,厚为60Omm。自然地面下4.5m 以下为老黄土层,-17m 以内未见地下水,其地质剖而如图5-13所示。

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原建筑在建成后使用过程中,由于场地排水不畅,致使该建筑物的部分地基土软化,为了校核该建筑物的软弱土层上的地基承载力,在设计前,又重新进行了土质分析检验。结果表明;基底的孔隙比并没有明显减少,而含水量却有明显增加,见下表所示。

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从上表说明,持力层强度并未因已建成20年后而提高。反而有所降低,所以通常的提高地基承载力的设想在此场地条件是不能成立的,但该地基土还比较均匀,除个别窗台下有因地基反力上拱引起的弯曲裂缝外,其他情况还好。

2.基础方案选择

根据对基底下的地基承载力分析,表明不应再挖掘地基承载力的潜力了,同时对地基验算表明,原设计已不能满足增层荷载的要求,又经过灰土桩.注浆及现场灌注混凝土桩加固方法的技术经济比较结果,并考虑施工条件等因素,最后采用了现场灌注桩的加固方案。

灌注桩的桩径为 φ400mm,桩的性能相对稳定,易于用洛阳铲成型施工,桩与原基础是可以共同受力的、其基础构造如图5-14所示。

现浇灌注桩的布置,是承受通过构造柱传下的增层荷载,而桩通过承台与构造柱相连,并在两承台间设置拉梁,以加强其整体性,每一承台下设四根柱,每根桩允许承载力为 90kN,共 360kN。加固节点共172 个,桩数总计为684根,尚有匹个单独柱基采用了扩大基底面积的方案,基础及桩位平面布置如图5-15,试桩桩位平面及沉降观测点布置如图5-16所示。

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3.单桩承载力试验

共选择楼南、楼北边各 2根进行抗压承载力的试验。试桩几何尺寸与设计相同,长度揉人硬塑土层至少1.0m。

通过慢速试压结果表明∶1号和2号试桩的极限荷载为390kN∶3 号和4 号试桩由于受周围下水道和地面水排水不畅等影响,地基土含水量较大,处于饱和状态,因此强度降低,平均为 200kN,在此种情况、下,设计单桩允许承载力只能取小值即100kN、所以设计时估算的取值为90k.V是安全的。

(二)楼层墙身加固方案1.内、外墙加固

原设计在现浇大梁下的承重墙没有设置砖壁柱,其承载能力是不足以承担五层楼层的荷载,因此必须辅以构造柱与承重墙共同工作,其主要节点如图5-17 所示。

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外墙构造柱由于建筑设计的要求.采用一直到顶。 内墙的加固扶壁柱只伸至新增层的楼板底。新增加的墙壁,在大梁下均设砖壁柱,支承在内扶壁柱上。

2.内外墙的鉴定

上述加固方案是建立在鉴定原材料强度、稳定性及其组合后的承载能力的基础上。因此还需对砖号和砂浆的原状强度和风化程度进行宏观及微观的检验。宏观检验是用目测及回弹仪检查墙砌体是否有风化现象;微观检验是将三层屋顶上的女儿墙任选一段 320×240mmn 断面,平均高度为340mm,共6组试样对其进行破坏荷载试验,鉴定结果不再多赘。

三、技术经济效果

该工程自1981年7月上旬动工兴建,至 1982年8月底完成,边施工边教学,历时一年。经沉降观测,其沉降值最大为0.5mm,几乎没有沉降。实践证明,这一方案是可靠的。

本增层方案节约了直接占地面积约1000m²,该教学楼加层每 m² 仅为 125元(不计基础加固费用),其造价亦较当时一般公共建筑还要低些。