某商业中心改造加固设计方案比选

Commercial Center李振会、陆键荣2(l.±海精典规划建筑设计有限公司，上海202150；2.中国建筑上海设计研究院有限公司，上海200062)LI Zhen-hui1, LU Jian-rong2(1. Shanghai Classic Design PTY, Shanghai 202150, China;2. China Shanghai Architectural Design & Research Institute Co. Ltd., Shanghai 200062, China)【摘要】上海华浚镇某商业中心原为框架结构，由于建筑功能改变，原有的结构设计指标不能满足现行规范的要求，需要对已建结

构进行改造加固，常用的加固方案有3种：常规加固方案(不改变结构体系)、増设剪力墙加固法、増设屈曲约束支撐(BRB)加固法。 论丈从经济性、加固作业量和施工难易程度、对结构性能指■标的改善等方面对3种加固方案进行了对比，选出了适合本工程时最优 加固方案。[Abstract ] A commercial center in Shanghai Huajing town was originally a frame structure. Because of the change ofbuilding function, the

original structural design index of structure index cannot meet the requirements of the current code. It is necessary to reconstruct and reinforce the existing structure. There are three commonly used reinforcement schemes: conventional reinforcement scheme (without changing the

structure system), additional shear wall reinforcement method, reinforcement scheme with additional buckling restrained braces (BRB). In this paper, three reinforcement schemes are compared in terms of economy, amount of reinforcement work and construction difficulty, and

improvement ofstructural performance index. The optimal reinforcement scheme suitable for this project is selected.【关键词】加固；常规加固方案；增设剪力墙加固方案；BRB加固方案；方案比选[Keywords ]reinforcement; conventional reinforcement scheme; additional shear wall reinforcement scheme; BRB reinforcement scheme;

scheme comparison and selection【中图分类号】TU746.3

【文献标志码】B

【文章编号)1007-9467 (2019) 04-0059-04[DOI] 10.13616/j .cnki.gcj sysj .2019.04.0181项目概况地下室总高度9.8m。1.1建筑概况商业中心地上4层，地下2层，地下1层及以上均为商

1.2结构概况商业中心采用框架结构，基础为桩基础，采用截面为

300mmx300mm,内径150mm的预应力混凝土空心方桩，桩长

业，地下2层为停车库兼人防地下室。房屋地上部分呈矩形，

20m,原设计的抗拔承载力特征值为320kN，抗压承载力特征

长X宽为93.6mx81.3m,层高5.5m,室内外高差0.3m,大屋面高

值为750kN,桩端持力层为⑦1层砂质粉土。地下室柱混凝土

22.3m,大屋面上局部有突出的设备层。地下室平面呈矩形，

强度等级为C35,其余梁、柱、楼板及地下室混凝土墙混凝土

长x宽为124.8mxl02.6m,地下2层层高3.5m,地下1层室外

强度等级均为C30,纵筋和箍筋均为HRB400级钢筋。本场地

部分层高4.8m,室内部分层高6.3m,室外部分顶板埋深1.2m,抗震设防烈度为7度，基本地震加速度为O.lg,地震分组为第

【作者简介】李振会(1990-),女，山东济南人，助理工程师，从事结

二组,场地类别为IV类,特征周期为0.9s。建筑抗震设防分类 为重点设防类(乙类建筑),地上及地下1层的框架抗震等级

构既十与研究。59工程建设与设计Construction& DesignFor Project为二级，地下2层的框架抗震等级为三级。型钢加固;全楼共有410根梁需要进行加固，其中17根梁需 要加大截面加固，其余均需进行粘钢力個。1.3工程现状本项目2010年8月完成施工图设计,2014年12月工程

3.2增设剪力墙加固方案增设剪力墙加固方案,即为满足轴压比、周期比及层间位

竣工,竣工后并未投入使用,经对现场调查鉴定,房屋结构体

系、轴网尺寸、层高等与原设计基本一致，构件截面、保护层厚 度、混凝土强度等级、钢筋规格等均与原设计基本相符。移角等计算指标的要求，在不影响建筑使用功能的前提下,剪

力墙按照“均匀分散周边”的布置原则,优先布置在建筑楼梯

2业态改造情况及需要解决的问题本次改造范围主要如下：4层北侧三跨改为影院并增设了

间及四周。经过设计计算，拟加设11道剪力墙。通过增设剪力墙，结构底层框架部分承受的地震倾覆力 矩占结构总倾覆力矩的比值为43%,<50%,结构形式由框架

5部消防疏散楼梯,影院屋面抬高1.5-23.50m标高，荷载随楼 （层）高增加;4层南侧两跨改为餐饮，厨房区增加了 300mm高 填土地坪荷载；原中庭自动扶梯取消，向东南方向移至③区

结构转变为框架-剪力墙结构。根据计算结果，现有结构各项 计算指标均满足现行规范要求。新增设的剪力墙增加了结构

域;东北角切除一跨楼板形成挑高2层的主入口门庭。原结构 模型按改造方案修改重新计算后存在以下几个问题：最大层 间位移角及位移比超过规范限值，周期比大于0.9;框架柱、

的整体刚度,大大降低了结构的水平剪力，使原有结构加固范

围大幅度减小（见图3）。梁、楼梯等构件普遍存在配筋不足的现象。原建筑业态见图1,改造后业态见图2O3改造加固方案比较

针对现行规范下结构的周期比及位移均超过限值且 原结构框架柱、梁、楼梯等主要受力构件普遍存在配筋不足的

图3新增剪力墙平面布置采用增设剪力墙方案，全楼共有17根柱子需要加固，未 出现轴压比超限的柱子,柱子均可采用外包型钢法加固;全楼

情况，结构需要进行加固，拟有3种加固方案可以采用，即可 分为不改变结构体系的以增大截面为主的常规加固方案和改 变结构体系的增设剪力墙加固方案、BRB加固方案。共有44根梁需要进行加固,其中有9根梁需要进行加大截面 加固，其余梁承载力相差均在40%以内，采用粘钢法加固即 可网。3. 1常规加固方案常规加固方案即对轴压比不足的框架柱进行增大截面加

3.3 BRB加固方案鉴于本工程改造后，结构扭转不规则且大批构件出现承

固，其余的柱子采取外包型钢加固；对承载力提高幅度大于 40%的梁进行增大截面加固,其余梁均采用粘钢加固。载力不足、力個量巨大的情况，考虑采用支撑加固方案。支撑

有2种形式，即普通支撑和屈曲约束支撑（BRB）,相较于普通 支撑,BRB在同等条件下，有明确屈服承载力、延性性能好、耗 能能力强、不会发生失稳破坏等优点,更能有效充当“小震弹采用常规加固法，根据计算结果，全楼共有105根柱子需 要加固,其中7根柱子需要加大截面加固,其余均需进行外包60建筑与结构设计Architectural and Structural Design性”“中大震塑性易修”的保险丝角色。所以，本工程支撑加固方案中选择采用BRB进行加固。BRB类型为耗能型，芯材采表1结构整体计算指标指标7\\周期［X平动\"

t2平动/扭转比例常规加固方案增设剪力墙加固

BRB加固方案方案用“十字形”截面,材质为Q235钢。上部结构BRB布置见图4（%）］/s0.7207[11/86/3]1.0498(0/100/0]0.6679[ 84/13/3]0.9921 [4/0/96]0.6076(5/1/94]0.93791/5521/5581.0577[96/0/4]0.9690[75/1/24]0.9557[ 1/99/0]0.8698(24/0/75]0.89761/6561/7316.10%最大层间位移角基底剪重比TJT、X向0.8436Y向X向y向X向y向X向有效质量系数位移比7.1%7.07%98.44%98.84%1.341.20y向1/9781/9676.57%6.49%97.20%98.97%1.501.406.69%97.75%98.73%1.351.26说明：框架-剪力墙结构及框架-支撑结构的第一周期均小于场地特征周期，因此周期折减系数均取为1,框架结构周期略大于特征周期,周期折减至特征周期。由此,3种结构的剪重比,框架结构最大，框架-剪力墙结构最小。由表1可知,3种加固方案结构计算指标均满足现行规范要求。为满足建筑使用功能,提高结构的抗扭刚度，支撑优先布置在楼梯间四周及结构外围。采用BRB加固方案，全楼共增 设66支BRB ；全楼共有41根柱子需要加固,其中4根柱需要3.4.2结构加固量及经济成本3种加固方案对于结构楼板的影响大体一致，以下仅就结构梁及墙柱的钢筋、钢材、混凝土等用量及其经济成本进行分 析统计，其中，材料单价参考业主提供的数据，具体如表2所7J\\o进行加大截面法加固,其余均可采用外包型钢法加固;全楼共有189根梁需要进行加固,其中有12根梁需要进行加大截面表2加固量及经济成本加固,其余梁承载力提高幅度均在40%以内,采用粘钢法加固即可。构件常规加固方案单价/

合价 万元工程量/万元0.63.7t增设剪力墙方案工程量BRB加固方案工程量2.6It合价 /万元合价 /万元3.4加固方案对比钢筋本工程取地下室顶板作为结构嵌固端，地下室2.2252.351.291.96t1.185.411.5722.88梁钢材152.35t21.42m30t/7.66l5.4 It11.34m322.88t15.12m3的加固方案同上部结构，因而本文仅就上部结构的加固改造展开分析讨论。对于常规加固法、增设剪力_

墙/柱混凝土0.06钢筋0.6钢材10.6875.2627.0959.880.914.60174.81125.43t/0t0t/27.09t997.92m70m3127.39t0t/4.38t2.634&050t/174.81t0t/48.05t墙加固法、BRB加固法，主要从改造后结构的整体计算指标、加固量及经济成本进行对比分析。3.4.1结构整体计算指标结构计算平台为中国建筑科学研究院编制的混凝土0.060m3/55.44m3钢筋3.33Otm3/31.68m56.99t1.900.611.361227.16t6.82227.164.6176.4332.5060.564.2070.93△卄钢材1口「混凝土0.0632.50t1009.26m3070.93t46.8m366支76.86m302.81107.58185.52BRB总价/万元1.6300169.49238.59PKPM系列结构计算软件SATWE（V3.2版本），采用注:钢筋等级:HRB400;钢材材质:Q235B;混凝土标号:C30~C40。

3.4.3加固方案对比振型反应分解谱法进行多遇地震作用计算，抗震设计的主要参数:（1）抗震设防烈度7度,设计地震分组为第二组;（2）振型数:保证振型质量参与系数95%以上;（3）考虑扭转耦连,在进行结构构件设计时设置弹性楼板;（4）考虑5%偶然偏心地通过对于结构整体计算指标、加固量及经济成本的比对分析可知,常规加固方案的周期比＞0.9,抗扭刚度最差;需要加固的构件数最多，施工面最广漩工周期长;加固费用最高。增设剪力墙加固方案虽然结构周期比相对较小，但位移比最大震作用。结构整体计算指标见表1。61工程建设与设计Construelion& Design For Project至1.50,扭转变形较大,结构扭转不规则;结构加固构件数最 少，但混凝土用量最大，上部荷载增加较多，对基础影响较大，

【参考文献】[11GB 50009—2012建筑结构荷载规范[S].需要对其加固:在不考虑基础加固费用时，上部结构的加固费 用相对最小。BRB加固方案结构各项计算指标均在合理范围

[2] GB 50010—2010混凝土结构设计规范(2015版)[S].[3] DGJ 08-9—2013建筑抗震设计规范[S].[4] GB 50011—2010建筑抗震设计规范(2016版)[S].[5] GB 50367—2013混凝土结构加固设计规范[S].[6] JGJ 116—2009建筑抗震加固技术规程(S].之内，上部荷载增加相对较小，结构整体刚度和抗震性能较 好;结构加固构件数量介于另外2种加固方案之间;BRB加固

方案施工技术要求高，施工周期短;加固成本相对较低,经济

性昭4结论与常规加固方案和增设剪力墙加固方案相比,BRB加固 方案各项计算指标均在合理范围之内，结构抗震性能较好，加

固量较少，施工周期短，后期维护方便,经济性较优，综合效益

最好。因此,最终选择增设BRB作为本工程加固改造的实施 方案。db【收稿日期】2018-12-20(±接第58页)业作为能耗大户，需要在现代建筑中将绿色、节能理念融合到

4.2.3墙体节能设计现代绿色建筑墙体节能设计的重点内容是确保保暖、保

建筑设计中去,才能在为人们提供高效、舒适生产生活场所的 同时对生态环境进行有效保护。所以，必须充分了解现代绿色

温功能的实现，将墙体作为阻隔内外热量流通的不良导体，实 现墙体节能设计目标。墙体保温主要分为内外保温2种情况,

建筑节能设计的发展与应用情况，促进我国建筑行业健康发 展的同时实现人与自然的和谐相处。db外保温的优势在于不占用室内空间且能够有效保护墙体,而 在现代绿色建筑墙体节能设计工作中，墙体外保温过程中可

【参考文献】[1】梁园春.绿色建筑方案在大型写字楼设计中的应用卩].山东工业技

术,2019(2):105-106.【2 ]张静.关于现代绿色建筑节能设计的发展与应用探析[J].绿色环保

以采用新型节能材料实现良好的节能效果，减少因温度变化 对墙体造成的损害侗时减少室内温度波动。4.2.4门窗节能设计门窗作为现代绿色建筑室内外热量交换的主要通道，在

建材,2018( 12):46-47.【3】李明，刘娟.西北地区农村绿色建筑的节能性和经济性分析[J1山西

建筑,2018,44(36):167-169.进行节能设计过程中需要重点、关注,解决好门窗结构的保温、

隔热问题,对门窗缝隙、结合处进行重点、处理。同时,在设计过

⑷吉利健筑设计中绿色建筑设计研究[J]居舍,2018(34):112-113.程中减少穿堂风出现的可能，釆取科学的方式进行门窗位置

确定,另外,在进行门窗选择时,要根据现场需求选择不同类 型的门窗材质,特别是金属框,要注意进行断热处理,并选择

节能的玻璃类型。5结语经济社会的发展需要坚持可持续发展的原则，而建筑行

【收稿日期】2019-02-1562