? 南京固強建筑技術有限公司

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        固強大講堂文章

          南京某民國建筑加固設計

          瀏覽次數:1917

          ['摘要']: 本文結合南京某民國建筑加固實例,較全面地討論了民國建筑加固設計中應考慮的若干關鍵問題,包括基礎加固、墻體加固、抗震構造加固及木屋架加固等,介紹了一些有效的解決辦法,可供同類建筑物加固改造參考。

          ['關鍵詞']:民國建筑;磚木結構;加固

          Strengthening Design of A Construction Built In

          Republic of China Period In Nanjing

          Zhang Weibin

          (Nanjing Guqing Construction Technology Co.Ltd, Nanjing , 210001,China)

           ['Abstract']: Based on strengthening project of a construction built in Republic of China period in Nanjing, some key questions in strengthening design of constructions built in Republic of China period are roundly discussed, including foundation reinforcement, brick wall reinforcement, seismic reinforcement and wood roof truss reinforcement. Some effective methods are introduced to solve the problems. These can be referenced for similar strengthening design.

          [Key words]: Construction built in Republic of China period;brick and timber structure; strengthening;

          1、 工程概況

          南京市某民國建筑始建于上世紀20~30年代,主體為磚木結構,部分為鋼筋混凝土結

          構,現為南京市重點文物保護單位。該民國建筑共兩層,局部錯層部位為三層,東西向長17.75m,南北向長10.15m,建筑面積約320m2,總高約10.57m,樓面為木樓面,屋面為木屋架坡屋面。結構采用縱橫墻承重體系,外墻厚度380mm,內墻厚度260mm,墻體材料為粘土實心磚,以粘土石灰砂漿砌筑。屋面構造為空間桁架體系的木屋架,基礎采用條形大放腳磚基礎。該樓雖歷經多年的滄桑,其結構未受到嚴重破損,但砂漿風化較嚴重??紤]到該樓加固改造后用作南京市政府高規格接待場所,為日后能安全使用,需對其進行加固修繕。圖1為該樓的外觀圖,圖2為該樓的底層結構平面圖。

          經地質勘察,本工程抗震設防烈度為7度,設計基本地震加速度值為0.10g(第一組),設防類別為丙類,建筑場地為Ⅱ類,基礎底部地基承載力特征值為70kPa;對原結構進行檢測,測得青磚強度等級為MU2,砂漿強度等級為M1;采用PMCAD對該樓進行抗震驗算,計算模型如圖3所示。


          1、 加固設計

          經計算分析后得知:該樓底層和二層局部墻體受壓承載力不能滿足要求,底層承載力不足的墻體主要位于西側、南側外墻和內墻,最多差50%;二層承載力不足的主要位于南側外墻和(C)軸線內墻,最多差38%。各層均有墻體抗震承載力不能滿足要求,底層承載力不足的墻體主要位于東側、西側外墻和(B)、(C)軸線內墻,最多差33%;二層承載力不足的主要位于東側和西側外墻,最多差35%;三層墻體幾乎都不滿足承載力要求。

          原結構未設圈梁和構造柱,不滿足抗震構造要求。

          2.1 墻體加固

          對墻體采用鋼筋網水泥砂漿加固,其受壓承載力的計算公式見式(1):

          式中: 為組合磚砌體構件的穩定系數;A為磚砌體的截面面積; 為水泥砂漿的抗壓強度設計值; 為砂漿面層的截面面積; 為受壓鋼筋的強度系數,砂漿面層時取0.9; 為鋼筋的抗壓強度設計值; 為受壓鋼筋的截面面積。

          其抗震能力的增強系數計算公式見式(2):


          式中: 為第i樓層j墻段的增強系數; 為基準增強系數; 為原墻體的厚度; 為原墻體的抗剪強度設計值。

          墻體加固用雙面鋼筋網,選用Ф6@200X200,用Ф6“S”形穿墻鋼筋拉接;單面鋼筋網用錨入墻內的Ф6鋼筋拉接,間距800mm,呈梅花狀布置。采用M10水泥砂漿抹面,厚度為40mm。門窗洞口處為防止開裂,在洞口角部放置Ф8斜向鋼筋。雙面鋼筋網水泥砂漿加固380mm厚墻體受壓承載力可提高175%,抗震能力可提高252%,單面鋼筋網水泥砂漿加固380mm厚墻體抗壓承載力可提高87%,抗震能力可提高1.92,雙面鋼筋網水泥砂漿加固260mm厚墻體受壓承載力可提高256%,抗震能力可提高3.00。經計算,加固后的各層墻體受壓承載力和抗震承載力均能滿足要求。墻體加固方法見圖4。

          2.2 抗震構造加固

          本次加固還對該樓進行了抗震構造加固,新增了構造柱和圈梁,大大增強了結構的整體性,滿足了現代抗震規范的構造要求。新增構造柱和新增圈梁采用鋼板做法,這種加固方法既不浪費建筑空間,又不影響建筑美觀,在國內是首次嘗試。具體作法分別見圖5和圖6,圖7為現場施工圖。

          2.3 基礎加固

          從地質勘察報告得知:該樓基礎下的土體為雜填土層,強度較低,地基承載力特征值為70kPa。經計算分析:該樓基礎底面的壓力為124kPa,大于地基承載力特征值。因此本次加固對基礎進行了加固,采用雙梁加固形式,不僅地基承載力滿足要求,整體剛度也得到了增強,具體作法見圖8。

          2.4 木樓面加固

          對木梁、格柵,如出現干裂的情況,則采用環向粘貼CFRP的加固方法,具體作法見圖9,如出現腐朽嚴重或翹曲變形較大的則必須更換。對東面二層樓面梁采用圖10的加固方法。

          2.5 木屋架加固

          該樓木屋架為空間桁架體系,筆者采用SAP2000軟件對木屋架的受力進行了計算,結果表明:原有的截面均能滿足承載力要求,僅需對節點進行加固處理,計算結果見圖11??紤]到木屋架端部節點為齒連接形式,極限狀態為順紋受剪破壞,結構形式較弱,又由于上弦桿在端部的軸力最大,因此傳遞給端部節點的剪力較大,故需對端部節點進行加固,做法見圖12。 中間部分節點加固方法見圖13,圖14為現場施工圖。


          3、 結語

          該加固工程目前基本竣工,結構狀況良好,說明本文所述加固設計合理,可為同類磚木結構加固提供一些經驗:

          (1)       對民國磚木結構加固設計前,需對其進行全面的檢測、計算和鑒定,再制定相應

          的加固方案;

          (2)       為保證加固效果,新加混凝土采用微膨脹混凝土,新老結構結合面處應妥善處理,

          以保證新老結構的可靠連接,保證力的可靠傳遞;

          (3)       在建筑外觀允許的前提下,采用鋼筋網水泥砂漿加固墻體可較大程度提高其受壓

          和抗震承載力;

          (4)       采用鋼板進行抗震構造加固,既不浪費建筑空間,又不影響建筑美觀;

          (5)       對木梁及格柵采用粘貼CFRP加固,可有效改善其受力性能;

          (6)       木屋架端部節點通常為齒連接形式,所受的剪力較大,因此需重點進行加固處理;

           

          參考文獻
          ['1'] 砌體結構設計規范.北京. 中國建筑工業出版社. 2002

          ['2'] 建筑抗震加固技術規程. 北京. 中國建筑工業出版社. 1998

          ['3'] 曹雙寅,邱洪興. 結構可靠性鑒定與加固技術. 北京. 中國水利水電出版社. 2001

          ['4'] 馮廉,常征. 某辦公樓抗震加固、加層結構設計. 建筑科學.2002(6)

          ['5'] 張偉斌. 南京某辦公樓加固與改造設計.建筑結構增刊.2007(7)

          ['6'] 曹亞飛. 磚混結構房屋抗震加固設計的幾個問題. 遼寧工學院學報. 2002(4)

          ['7'] 付潔,王志浩.某近代文物建筑的加固修繕設計.第八屆全國建筑物鑒定與加固改造學術會議論文集.2006


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            南京固強建筑技術有限公司
            固強大講堂文章
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            ['摘要']: 本文結合南京某民國建筑加固實例,較全面地討論了民國建筑加固設計中應考慮的若干關鍵問題,包括基礎加固、墻體加固、抗震構造加固及木屋架加固等,介紹了一些有效的解決辦法,可供同類建筑物加固改造參考。

            ['關鍵詞']:民國建筑;磚木結構;加固

            Strengthening Design of A Construction Built In

            Republic of China Period In Nanjing

            Zhang Weibin

            (Nanjing Guqing Construction Technology Co.Ltd, Nanjing , 210001,China)

             ['Abstract']: Based on strengthening project of a construction built in Republic of China period in Nanjing, some key questions in strengthening design of constructions built in Republic of China period are roundly discussed, including foundation reinforcement, brick wall reinforcement, seismic reinforcement and wood roof truss reinforcement. Some effective methods are introduced to solve the problems. These can be referenced for similar strengthening design.

            [Key words]: Construction built in Republic of China period;brick and timber structure; strengthening;

            1、 工程概況

            南京市某民國建筑始建于上世紀20~30年代,主體為磚木結構,部分為鋼筋混凝土結

            構,現為南京市重點文物保護單位。該民國建筑共兩層,局部錯層部位為三層,東西向長17.75m,南北向長10.15m,建筑面積約320m2,總高約10.57m,樓面為木樓面,屋面為木屋架坡屋面。結構采用縱橫墻承重體系,外墻厚度380mm,內墻厚度260mm,墻體材料為粘土實心磚,以粘土石灰砂漿砌筑。屋面構造為空間桁架體系的木屋架,基礎采用條形大放腳磚基礎。該樓雖歷經多年的滄桑,其結構未受到嚴重破損,但砂漿風化較嚴重??紤]到該樓加固改造后用作南京市政府高規格接待場所,為日后能安全使用,需對其進行加固修繕。圖1為該樓的外觀圖,圖2為該樓的底層結構平面圖。

            經地質勘察,本工程抗震設防烈度為7度,設計基本地震加速度值為0.10g(第一組),設防類別為丙類,建筑場地為Ⅱ類,基礎底部地基承載力特征值為70kPa;對原結構進行檢測,測得青磚強度等級為MU2,砂漿強度等級為M1;采用PMCAD對該樓進行抗震驗算,計算模型如圖3所示。


            1、 加固設計

            經計算分析后得知:該樓底層和二層局部墻體受壓承載力不能滿足要求,底層承載力不足的墻體主要位于西側、南側外墻和內墻,最多差50%;二層承載力不足的主要位于南側外墻和(C)軸線內墻,最多差38%。各層均有墻體抗震承載力不能滿足要求,底層承載力不足的墻體主要位于東側、西側外墻和(B)、(C)軸線內墻,最多差33%;二層承載力不足的主要位于東側和西側外墻,最多差35%;三層墻體幾乎都不滿足承載力要求。

            原結構未設圈梁和構造柱,不滿足抗震構造要求。

            2.1 墻體加固

            對墻體采用鋼筋網水泥砂漿加固,其受壓承載力的計算公式見式(1):

            式中: 為組合磚砌體構件的穩定系數;A為磚砌體的截面面積; 為水泥砂漿的抗壓強度設計值; 為砂漿面層的截面面積; 為受壓鋼筋的強度系數,砂漿面層時取0.9; 為鋼筋的抗壓強度設計值; 為受壓鋼筋的截面面積。

            其抗震能力的增強系數計算公式見式(2):


            式中: 為第i樓層j墻段的增強系數; 為基準增強系數; 為原墻體的厚度; 為原墻體的抗剪強度設計值。

            墻體加固用雙面鋼筋網,選用Ф6@200X200,用Ф6“S”形穿墻鋼筋拉接;單面鋼筋網用錨入墻內的Ф6鋼筋拉接,間距800mm,呈梅花狀布置。采用M10水泥砂漿抹面,厚度為40mm。門窗洞口處為防止開裂,在洞口角部放置Ф8斜向鋼筋。雙面鋼筋網水泥砂漿加固380mm厚墻體受壓承載力可提高175%,抗震能力可提高252%,單面鋼筋網水泥砂漿加固380mm厚墻體抗壓承載力可提高87%,抗震能力可提高1.92,雙面鋼筋網水泥砂漿加固260mm厚墻體受壓承載力可提高256%,抗震能力可提高3.00。經計算,加固后的各層墻體受壓承載力和抗震承載力均能滿足要求。墻體加固方法見圖4。

            2.2 抗震構造加固

            本次加固還對該樓進行了抗震構造加固,新增了構造柱和圈梁,大大增強了結構的整體性,滿足了現代抗震規范的構造要求。新增構造柱和新增圈梁采用鋼板做法,這種加固方法既不浪費建筑空間,又不影響建筑美觀,在國內是首次嘗試。具體作法分別見圖5和圖6,圖7為現場施工圖。

            2.3 基礎加固

            從地質勘察報告得知:該樓基礎下的土體為雜填土層,強度較低,地基承載力特征值為70kPa。經計算分析:該樓基礎底面的壓力為124kPa,大于地基承載力特征值。因此本次加固對基礎進行了加固,采用雙梁加固形式,不僅地基承載力滿足要求,整體剛度也得到了增強,具體作法見圖8。

            2.4 木樓面加固

            對木梁、格柵,如出現干裂的情況,則采用環向粘貼CFRP的加固方法,具體作法見圖9,如出現腐朽嚴重或翹曲變形較大的則必須更換。對東面二層樓面梁采用圖10的加固方法。

            2.5 木屋架加固

            該樓木屋架為空間桁架體系,筆者采用SAP2000軟件對木屋架的受力進行了計算,結果表明:原有的截面均能滿足承載力要求,僅需對節點進行加固處理,計算結果見圖11??紤]到木屋架端部節點為齒連接形式,極限狀態為順紋受剪破壞,結構形式較弱,又由于上弦桿在端部的軸力最大,因此傳遞給端部節點的剪力較大,故需對端部節點進行加固,做法見圖12。 中間部分節點加固方法見圖13,圖14為現場施工圖。


            3、 結語

            該加固工程目前基本竣工,結構狀況良好,說明本文所述加固設計合理,可為同類磚木結構加固提供一些經驗:

            (1)       對民國磚木結構加固設計前,需對其進行全面的檢測、計算和鑒定,再制定相應

            的加固方案;

            (2)       為保證加固效果,新加混凝土采用微膨脹混凝土,新老結構結合面處應妥善處理,

            以保證新老結構的可靠連接,保證力的可靠傳遞;

            (3)       在建筑外觀允許的前提下,采用鋼筋網水泥砂漿加固墻體可較大程度提高其受壓

            和抗震承載力;

            (4)       采用鋼板進行抗震構造加固,既不浪費建筑空間,又不影響建筑美觀;

            (5)       對木梁及格柵采用粘貼CFRP加固,可有效改善其受力性能;

            (6)       木屋架端部節點通常為齒連接形式,所受的剪力較大,因此需重點進行加固處理;

             

            參考文獻
            ['1'] 砌體結構設計規范.北京. 中國建筑工業出版社. 2002

            ['2'] 建筑抗震加固技術規程. 北京. 中國建筑工業出版社. 1998

            ['3'] 曹雙寅,邱洪興. 結構可靠性鑒定與加固技術. 北京. 中國水利水電出版社. 2001

            ['4'] 馮廉,常征. 某辦公樓抗震加固、加層結構設計. 建筑科學.2002(6)

            ['5'] 張偉斌. 南京某辦公樓加固與改造設計.建筑結構增刊.2007(7)

            ['6'] 曹亞飛. 磚混結構房屋抗震加固設計的幾個問題. 遼寧工學院學報. 2002(4)

            ['7'] 付潔,王志浩.某近代文物建筑的加固修繕設計.第八屆全國建筑物鑒定與加固改造學術會議論文集.2006


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