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框架结构加层与改造加固设计分析

摘要:以某混凝土框架结构门诊楼加层改造为工程背景,在6层框架结构顶部增加一层钢结构,通过对结构的检测鉴定及计算分析,加层后,部分框架柱轴压比不满足规范要求,部分框架柱和混凝土梁承载力不满足规范要求。对原结构进行加固后,分别采用PKPM软件和Midas软件对加层前后结构进行对比分析,结果表明:周期、剪重比、最大层间位移角能够满足规范要求。

关键词:框架结构;加层;加固;钢结构;分析

随着社会经济的快速发展,存在既有房屋加层改造情况,这样既不用多占土地,建筑面积也能相应增加,而且建设周期短、投资小、见效快。很多学者和工程技术人员对结构加层加固设计进行了研究和分析[1-3],本文通过对框架结构顶部增加一层钢结构以后进行整体分析,通过加固能够满足规范要求,为今后类似的不同结构形式的结构整体计算提供参考。

1工程概况

某医院门诊楼位于张家口市宣化区,为地上六层框架结构建筑物,CFG桩复合地基,柱下独立基础,建筑面积约6440㎡,建于2009年,结构设计使用年限为50年,安全等级为二级,抗震设防烈度为7度,设计基本地震加速度值为0.15g,设计地震分组为第二组,建筑场地类别为Ⅲ类,设计特征周期为0.40s。现拟在六层顶加一层钢框架结构,接建层功能为病房,层高2.8m,柱网与原有建筑物相同,屋面采用74mm~150mm厚压型钢板-钢筋混凝土组合屋面板。

2接层钢结构方案

该门诊楼接建层为一层钢框架结构,柱、梁均为热轧H型钢,屋面为压型钢板-钢筋混凝土组合屋面板。钢结构与原构件采用铰接连接,埋件需采用化学锚栓与原有结构连接,连接所需锚栓根数较少,对原有结构造成的破坏和影响较小。

3接层后整体结构计算及分析

3.1计算模型。考虑本工程的特点,采用中国建筑科学研究院PKPM软件和北京迈达斯技术有限公司MIDASBuilding结构大师软件进行对比计算。3.2周期计算结果。3.3基底剪力计算结果。3.4最大层间位移角比较。3.5接层后整体结构安全性评价。由以上计算结果可知:(1)原结构接建后周期较接建前加长,平动系数、扭转系数与接建前一致。(2)接建部分延长结构周期,减小地震影响系数,从而达到减小结构地震作用的目的。经接建前后基底剪力分析可知:接建后结构质量的增加,并没有使结构承受的地震作用增大。(3)经复核,主体结构接建前后,结构剪重比、位移均满足现行规范要求。

4结束语

4.1接层后属于混合结构,现行抗震规范不包括此种结构型式,属超规范建筑物,因此,采用不同软件计算模型十分有必要。4.2顶部钢结构加层后,结构的整体、质量、刚度与周期都会发生变化,对加层结构设计时,应考虑到加层后整体结构的动力特性与原结构的变化,仅对加层结构进行设计是不安全的,必须对建筑物整体进行考虑,必要时对下部结构进行加固处理。

作者:张志伟 武运锋 李彦辉 李云周 单位:1.河北省建筑工程质量检测中心有限公司 2.河北建研工程技术有限公司

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