某办公楼抗震加固改造
[关键词]抗震加固，抗震鉴定，抗震性能
一、工程背景
某办公楼原建于1956年，为5层砖结构，建筑面积5790.5㎡，设有局部地下室，房屋总高19.2m，当时设计没有考虑抗震，且年久失修，经房屋安全鉴定部门鉴定，存在如下问题：整个建筑物全部墙体内均无抗震构造柱；原有的圈梁体系局部断开，未成为封闭体系；基础埋深近3.0m，缺乏有效的拉接；墙体之间、内外墙之间无可靠拉接。另外，用PKPM软件对原结构进行抗震验算的结果表明，该结构各层墙段抗力与荷载效应之比平均约为0.7,不满足目前该地区8度抗震设防的要求，应进行抗震加固。因该楼地处商业区临街位置，要求加固后保持原外立面建筑风格，不宜采用外加构造柱及增设圈梁方案，因此，决定采用夹板墙加固方案，喷射混凝土工艺进行施工。
在加固的同时，还要将其改造具有现代设施（如中央空调、先进的电信系统等）的办公用楼。增设风机房处荷载较大，需对相关的楼板及梁进行加固；墙上开洞多且不规则，结构上需进行处理。
二、夹板墙结构设计
1、夹板墙设计夹板墙设置见图1`（首层所受到地震作用较大，外墙采用双侧夹板墙），图中粗实线为夹板墙。设有夹板墙的部分形成了3个类似剪力墙筒体的结构形式，它们通过类似“肋”的两道单侧夹板墙连到一起，从而更加有效地抵抗地震作用。板墙伸至室外地坪下500mm处，端部放大成基础圈梁（JL），夹板墙的纵筋锚入基础梁内。因此，该方案在增加原结构承载力同时，有效地解决了原有结构存在的无构造性、圈梁不闭合、基础缺乏拉接以及墙体无拉接的问题。
夹板墙基本参数：混凝土等级为C25；墙内竖向钢筋为Φ14@450；穿墙钢筋为Φ8@600；梅花状布置；锚拉筋为Φ8@600；梅花状布置，锚拉筋为Φ8@600；梅花状布置，锚入原墙体深度150mm，锚入楼板80mm。
2、按规程进行可行性验算，整体加固效果采用加固后各楼层的综合抗震能力指数βs进行评价，按《建筑抗震加固技术规程》（JGJ116-98）（下文简称《规程》及《建筑抗震鉴定标准》（GB50023-95）,求得本结构各层x,y方向综合抗震能力指数βs列于表。
根据《规程》第5.1.2条，加固后楼层的综合抗震能力指数不应小于1.0，且不宜超过下一楼层综合抗震能力的20%。本加固工程设计中，层1~5加固后综合抗震能力指数均大于1；；加固后层4的x方向的βs比层3的超过25.9%，但与《规程》所界定的20%较接近，尚可接受，因此本加固设计方案可行。
3、采用“刚度折算模型方法”改进验算
在设计中，满足《规程》是基本的要求，但仅从《规程》出发进行加固设计存在以下问题：无法体现局部墙体加固后抗震的情况；计算结果粗糙；需采用手算进行统计及计算。因此，在设计方案在设计方案满《规程》要求的同时，采用“刚度折算模型方法”，应用“PMCAD——砖混结构抗震验算”软件对加固方案进行辅助分析。该方法主要是将混凝土夹板墙按刚度比（弹性模量比）折算为砖墙，同时调整砖砌体设计密度，以保证恒荷载设计值与实际情况相符。在本工程中，各层砖及砂浆的强度不同（表2），因此各层砖墙的折算刚度不同，层1~5混凝土与砌体刚度比分别为：11.8，11.8，15.6，18.1，23.4计算中层1、2及层3、4、5分别采用刚度比10（＜11.8）及15（＜15.6）进行分析，即将混凝土夹板墙模拟为厚度增大10、15倍速的砖墙。为保持墙体荷载与实际情况基本相符，算得当混凝土与砖墙刚度比采用10时，砖墙密度取11kN/m3；刚度比采用15时，砖墙蜜度取9kN/m3。
各层计算结果显示，在加固后，层3相对薄弱（计算结果见图2-6.16）。由计算结果可看出，各墙段中抗力与效应之比最小值为0.72，平均值约为1.3，按8度抗震考虑尚可（见图2-6.17）
三、风机房处楼板及梁的加固
为增设中央空调，需将原建筑的一个房间（见图1）改造为风机房。该处原有楼板及楼面梁不能承受新增设备荷载。为此，采取如下措施：在原楼板上增设梁L1，L2，使设备荷载通过梁L1，L2传递到两端墙及梁上，梁L1，L2截面见图3。将楼面梁加大截面，增加钢筋进行加固，增大其承载能力，做法见图4。
四、对墙体开洞的处理
因工程改造，需在原墙上开设多个洞口，对承重砖墙极为不利，归纳为如下几类，并采取相应措施；
（1）门洞高度变更原结构中部分门洞的高度由2600mm变为2100mm，采取措施如图六所示：放置预制过梁GL10.4（240墙2根，360墙3根）,过梁支座下部采用水泥砂浆坐垫，其他部位采用干硬性砂浆捻实、压紧；砌筑砖墙（1），浇灌有微膨胀剂的C25级素混凝土，并保证与周围墙体密实，确保养护质量。
（2）设备洞位于门洞顶角外侧，设备洞处于墙体承载的重要部位，不可开设，故改在门洞的上方。
（3）较大设备洞口紧贴楼板设备洞口较大，且紧贴楼板布置，如图七所示。为传递上部荷载，采用增设现浇过梁的措施，且要求混凝土达到强度后再行开洞。
（4）洞口过于集中，如图八所示，当洞口间墙体很少，承载能力差，可将有洞范围视为一个大洞口，采取措施如下：现浇梁CL2，截面b×h为墙厚×120mm，待过梁混凝土强度达到100%后开洞，放套管，将洞口附近的墙体做成夹板墙。
（5）洞口位于梁垫下梁垫下方是墙体受力的重要部位，不允许开洞，洞口应移至45°线范围以外。
五、结束语
改造旧房与建新房相比有三大优点：工期短，投资少，效益高。我国20世纪五六十年代修建的大批工业与民用建筑，已有数十亿平方米进行中老年期，其鉴定维修加固已大量提到议事日程上来。对砖混结构采用夹板墙加固是砖混结构加固的一个重要方法，在我国具有广泛的应用前景。本文较为详细在论述了夹板墙的加固设计，加固效果评价的过程，并采用作者提出的“刚度折算模型方法”进行了验算，还总结了由于增设中央空调等现代化设施对承重墙不利影响的处理方法、希望能为相关工程的结构设计提供参考。
[参考文献]
1、《建筑抗震设计规范》GB50011-01（08版）
2、《建筑抗震加固技术规程》JGJ116-2009某办公楼抗震加固改造
