某辦公樓屋面增設(shè)水箱可行性分析與加固設(shè)計

徐海軍

(甘肅省建筑科學研究院(集團)有限公司，甘肅 蘭州 730070)

1 概述

1.1 工程概況

某辦公樓(以下簡稱該樓)，位于甘肅省蘭州市，該樓設(shè)計建造于1993年，為地上7層(局部8層)現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用人工成孔灌注樁基礎(chǔ)[1]。根據(jù)現(xiàn)行GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計規(guī)范(2016年版)的規(guī)定[2]，該樓抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計基本地震加速度為0.15g，地震分組為第三組。

1.2 可行性分析目的

該樓在設(shè)計建造伊始未設(shè)置消防水箱，現(xiàn)為了滿足消防要求，業(yè)主方擬在該樓七層屋面增設(shè)消防水箱，消防水箱選用國家建筑設(shè)計標準圖集《矩形給水箱》12S101中尺寸為3.0 m×5.0 m×2.5 m、公稱容積為37.5 m3的不銹鋼水箱[3]。為確定其可行性，需對該樓屋面增加消防水箱進行荷載計算分析，確定該樓在增設(shè)消防水箱后結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力是否滿足要求。若結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力不滿足要求，則對其進行加固處理[4]。

2 現(xiàn)場檢測

2.1 混凝土強度檢測

該樓設(shè)計建造于1993年，混凝土齡期已超過1 000 d，因此，采用回彈法對該樓七層混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件強度進行檢測，并采用鉆芯法對回彈結(jié)果進行修正，具體檢測結(jié)果見表1～表3。檢測結(jié)果表明：該樓7層框架柱、框架梁、現(xiàn)澆板混凝土強度推定等級均為C25。

表1 框架柱混凝土強度檢測結(jié)果

表3 現(xiàn)澆板混凝土強度檢測結(jié)果

2.2 鋼筋配置檢測

根據(jù)規(guī)范要求及現(xiàn)場實際情況，在該樓7層抽取5根框架柱、5道框架梁和5塊現(xiàn)澆板，共15個構(gòu)件，采用鋼筋探測儀對結(jié)構(gòu)構(gòu)件鋼筋配置進行檢測，檢測結(jié)果表明：所檢測的結(jié)構(gòu)構(gòu)件鋼筋配置均滿足設(shè)計要求[5]。

3 計算分析

3.1 參數(shù)選取

根據(jù)現(xiàn)場檢測結(jié)果，采用SATWE計算軟件對該樓增設(shè)水箱后在靜力作用下主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力進行驗算，具體參數(shù)選取見表4。

表4 計算參數(shù)選取表

3.2 水箱布置

考慮到該樓屋面主梁軸線尺寸為3.6 m×6.0 m，選用不銹鋼水箱，尺寸為3.0 m×5.0 m×2.5 m，滿水情況下總重量為20 kN+375 kN=395 kN，水箱布置方式如下：

1)放置于樓板上：水箱位置如圖1所示，水箱產(chǎn)生樓面均布恒載18.5 kN/m2。

2)放置于新增鋼反梁上：水箱位置如圖2所示，鋼梁間距為1 000 mm，鋼梁上均布線荷載為22 kN/m，鋼反梁支座反力為39.6 kN。

3.3 計算分析

針對以上兩種布置方式對該樓結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力分別進行計算，具體計算結(jié)果見表5。

表5 非地震工況下結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力計算結(jié)果

計算結(jié)果表明：當消防水箱直接布置于該樓7層10～11×B～D樓板時，該區(qū)域部分梁、板配筋不滿足計算要求；當消防水箱布置于該樓7層10～11×B～D樓板新增鋼反梁時，該區(qū)域部分梁配筋不滿足計算要求。

4 加固設(shè)計

根據(jù)《國家建筑標準設(shè)計圖集：矩形給水箱》(12S101)總說明第6.9條“水箱底部應(yīng)架空，距地面不宜小于0.5 m”的規(guī)定，應(yīng)采用增設(shè)鋼反梁的方式增設(shè)水箱。通過增設(shè)鋼反梁將新增水箱荷載傳遞至框架梁上，水箱布置位置長跨方向框架梁(10×B～D，11×B～D)承載力不滿足計算要求，采用外粘型鋼進行加固處理，其施工工藝流程為：基層處理→放線下料→型鋼、鋼板表面處理→型鋼骨架制作及安裝→注膠→防護面層施工→檢查、記錄等，鋼材采用Q235B鋼，焊條采用E43型焊條，植筋用的膠粘劑采用改性環(huán)氧類結(jié)構(gòu)膠粘劑。具體加固做法見圖3,圖4。

5 結(jié)語

在既有建筑屋面增設(shè)水箱，由于水箱荷載一般都比較大，會對原結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。因此，首先要對原結(jié)構(gòu)進行全面檢測，確定其質(zhì)量情況，然后按照實際情況將水箱荷載布置于樓板進行計算分析。由于規(guī)范要求布置水箱時，底部應(yīng)架空，且距地面不宜小于0.5 m，因此，一般采用增設(shè)鋼反梁的方式布置水箱，將新增水箱荷載傳遞至原有承重結(jié)構(gòu)構(gòu)件上。當增設(shè)水箱后，原有結(jié)構(gòu)構(gòu)件不能滿足計算要求時，需對其進行加固處理，一般采用增大截面法和外粘型鋼法。在實施過程中， 應(yīng)按照工程具體情況選擇合適的加固方法，以期能夠達到最好的加固效果。