浅析加固改造项目中一些重要节点的优化设计.docx

          浅析加固改造项目中一些重要节点的优化设计                    Summary：随着国内大型城市市区用地的逐渐饱和，城市对于历史文化的保护更加注重，城市更新作为城市建设的一个分支，开始发挥其越来越重要的作用，在城市更新的过程中，修缮、改造、加固等环节必不可少，也是最常见的设计手段由于老建筑现状制约，在加固改造的过程中，如何在国家规范及地方规程的框架内运用好这些设计方式方法，确保设计后续建筑的使用年限及安全性能满足要求是非常值得研究和探讨的技术问题，结构设计中有个原则叫“强节点弱构件”，本文将以工程实例为基础，介绍一些加固改造设计过程中节点优化做法，优化后的细部构造能更好的满足规范要求，保证节点安全及施工便利性关键字：加固构造抗震构造加固措施施工可行性1.项目概况该改造项目位于上海市浦东新区唐镇地区，项目用地被四条主要城市道路围绕：东至齐爱路，南至高科东路，西至曹家沟东侧绿线，北至规划银樽路本项目属于典型的地铁上盖项目，地铁二号线唐镇站斜穿本地下室一至三层，并且已经投入正常运营，整个三层地下车库为配合地铁施工，先于地铁站施工完成前结构封顶，但上部结构迟迟没有跟进，由于后续该项目开发商发生变化，原地上商业广场方案完全推翻，原建筑方案为地上零星框架结构小商业，变更为地铁上盖大型城市商业广场，建筑结构形式发生较大变化，地下车库整体受力情况均发生变化，需要整天改造及加固设计。

该项目前后结构方案对比如下：图1.2现方案图1.1深色填充区域为原上部零星商业，两到三层框架结构，中圈圆环为首层大开洞的下沉式广场；图1.2深色填充区域为上部大型商业广场，原中圈圆环首层大开洞结构封板，圆环封板结构形式如下：图1.4现方案由于该项目首层大开洞封板，上部商业方案调整，经抗震鉴定及结构计算后，地下室梁、板、柱等构件须进行大面积加固改造，采用的加固方式有增大截面加固法、外包型钢加固法、粘贴钢板加固法以及粘贴纤维复合材加固法等改造过程中会遇到各种由于现状制约而无法采用标准节点施工的地方，此时就要通过研究采用适合现实情况的优化节点构造，才能确保设计及施工过程顺利推进，并且只有确保“强节点弱构件”概念，才能从构造上确保加固改造项目的结构安全2.节点构造2.1柱节点构造2.1.1加大截面柱纵筋遇上下层框架梁时的构造详图在该项目设计过程中，对框架柱进行加大截面法施工时，有时会遇到与框架柱相连的框架梁截面高度较高，截面宽度较宽，由于柱纵筋最大间距的要求，中筋无法避开框架梁而须进行植筋施工，在施工过程中如遇中筋直径较粗的情况，一般施工作业较难满足计算植筋深度的要求解决方案：为确保框架柱纵筋间距满足《混凝土结构设计规范》（以下简《混规》）第9.3.1条的规定，又要便于现场施工，经研究后尽量放大柱角筋，中筋完全避开原结构梁设置，对于梁宽较宽，中筋间距超出规范要求时，在梁上植入直径14的纵筋作为构造纵筋，不参与结构计算，钢筋截面面积不计入柱纵筋计算值中，柱计算纵筋分布原结构梁两侧，计算值须满足计算要求，如单排纵筋无法满足计算要求时，可按《混规》规定的要求进行并筋，并筋考虑先角筋，后中筋，具体如下图2.1.1所示：图2.1.12.1.2上大下小柱纵筋锚固详图由于某些特殊情况，诸如本项目中遇到的建筑地上首层框架柱由于刚度的原因必须采用加大截面法进行加固，而地下一层至地下三层原结构柱配筋满足现阶段各项计算要求无需进行加固的，为了确保刚度连续，我们在设计过程中允许首层加大截面的柱，在地下一层柱全高范围内仍按地上的截面进行增大截面处理，而再往下的地下二层及地下三等的柱截面由于各项计算均满足要求，并且不参与抗震，原则上按《混凝土结构加固设计规范》3.1.5条的要求对于没有必要加固的结构构件尽量少扰动，故允许不进行加固处理，但须对上大下小的框架柱截面在节点处进行特殊加强处理，以确保节点处能平顺过渡至下层，保证结构整体安全，具体做法如2.1.2所示：图2.1.2解决方案：上层增大截面的柱，纵筋下插至下层，下层柱增大截面的高度满足抗震锚固长度LaE，并进行1:6放坡，纵筋植入原结构柱中，满足植筋深度，这样构造上既能满足上层柱底弯矩平衡又能有效传递柱竖向荷载，减少局部应力集中，一旦遇水平力时，不会因为增大截面产生的冷缝而在节点处发生破坏，确保在应力最大处节点的结构安全，同时下层柱纵向连接也能满足规范要求，由于不是全截面增大截面，在造价控制上也有较好的经济效益。

此节点适用条件仅限于地下室嵌固端以下不参与抗震工况以及以承受竖向荷载为主的情况；而对于地上建筑区段以及嵌固端位于基础顶的情况，由于水平力较大，以及上下刚度比的问题，不适用此节点2.2板节点构造2.2.1新旧楼板连接详图在本加固改造项目中，时不时会遇到楼板开洞范围调整、增设楼梯以及梁布局调整等各种调整结构楼板布局的情况，一般改造方式是该区域内的楼板凿除至梁边，再按最新结构布置增设楼板，楼板纵筋植入原结构梁中，由于楼板钢筋较密，植筋工作量较大以及施工难度较大，施工质量管控难以到位，大面积植筋对原结构梁损伤较大，故在设计此类楼板改造时，可按如下节点图2.2.1、图2.2.2以及图2.2.3进行：图2.2.3以该改造项目为例，如图2.2.1所示，原结构阴影区域为结构楼板，现在此处须增设一部消防楼梯，如直接凿除至新增楼梯梁边，则原结构板与新增梁无法有效连接，没有操作可行性，故按图2.2.1原结构楼板按图所示凿除至L1边界，钢筋留出，与新增结构楼板钢筋焊接，由于按《混规》要求，同一连接区段的焊接接头百分率不得超过50%，所以凿除区段L1长度不得小于两倍焊接区段长度，如图2.2.2所示，在该区段连接完成后，再增设楼梯边梁，梁两端植入原结构梁中满足计算植筋深度，形成可靠连接，并且在楼板新旧混凝土交界面处设置一道遇水膨胀止水带，如图2.2.3所示，以防止冷缝处渗水漏水现象，最后浇筑强度高一级的微膨胀细石混凝土，待混凝土强度达到100%方可拆除模板。

以上设计原则对于楼板局部改造有非常强的可操作性，而且可以较好的保护原结构受力构件不受大面积的扰动如有条件可在结构冷缝处适量增设一层宽度200mm间距200mm的碳纤维布，以确保新老结构能更好的共同作用2.3梁节点构造2.3.1新增梁锚入原结构构件中不满足植筋深度的措施在该项目设计过程中发现这是一个非常常见的问题，很多时候在进行增设梁截面的时候会发现原梁截面宽度较小，由于新增结构梁纵筋直径较大，导致计算植筋深度超出了原结构构件宽度，在这种情况下一般采用焊接端板的形式对锚固不够的问题进行补强，具体如图2.3.1所示：图2.3.1在原结构梁侧粘贴一块与新增梁截面相同的打孔钢垫板，新增梁纵筋与之进行塞焊，确保锚固后的强度不小于计算植筋深度下的拉拔强度2.3.2原梁端截面承载力超限的解决方案在加固结构计算中常常会遇到梁截面配筋超限的情况，如果在计算中发现梁跨中配筋满足计算要求，仅梁端配筋超限，此时如对梁体进行整体加大截面会增加较多造价，并且会增加梁体自重，对基础产生影响此时我们可以采用梁端新增竖向加腋的方式进行加固设计，局部加腋后的梁端承载力会提高许多，能有效降低梁端截面配筋；同时采用此种方式对建筑净高要影响较小，施工造价及时间成本较低，具体如图2.3.2所示：图2.3.2竖向加腋区域的竖向箍筋植入原结构梁中，满足构造锚固深度的要求，斜向纵筋梁端植入原结构梁、柱中，满足计算植筋深度，如由于原构件截面较少，难以满足计算植筋深度的要求时，可采用图2.3.1的方式确保节点锚固强度。

如遇梁底加大截面时，如图2.3.2所示，可将梁底纵筋锚入加腋区满足抗震锚固长度LaE加腋区新增混凝土须采用高一标号的微膨胀混凝土或专用灌浆料进行施工，新旧混凝土交界面处须进行凿毛处理，以确保新旧混凝土能有效共同工作，由于是在底部增设混凝土，须待混凝土强度达到100%方可进行拆模作业3.结论经历加固改造项目的整个设计过程，会发现由于现场现状的制约，很多细部节点区域如无法按既有规范或图集进行设计，节点强度无法保证，则整个加固工程的结构安全性会被削弱，“强节点弱构件”的概念设计便无法贯彻到整个设计过程中，一旦发生震害，如节点破坏先于构件破坏，则会导致建筑结构的破坏缺乏延性和预警性，减少人员逃生时间，与结构抗震概念设计不符所以在加固改造项目中，一旦遇到节点无法按要求实施时，一定要进行细化分析，优化节点构造，诸如以上几个重要的节点做法，由于规范及图集中没有完全相同的节点，所以在实际优化过程中一定要严于各项规范的要求进行设计改造项目与一般新建项目不同，施工难度较大，故一定要考虑施工便利性及可操作性，在设计关键部位节点做法和通用节点做法时，一定要慎重研究、反复推敲，并与施工单位密切沟通，在结构规范要求的框架内，对施工队提出的现实问题予以优化设计，确保设计内容能完全落地，改造过程中很多地方需要细部做法强有力的支撑，如做法考虑得当到位，后续施工会相对比较顺利，对原结构的损伤也会降低许多。

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