某大樓結構原設計為單向框架，現用途由廠房變更為通信機房，需對其進行整體抗震和承載力加固。對加固方案進行了詳細的說明，其中用到了目前結構加固中常用的加大截面法、表面粘貼碳纖維法、增設剪力墻等方法，將結構加固為框架剪力墻結構。用軟件進行了加固效果分析，取得了良好的經濟效益。
1工程概況
該房屋位于上海，原設計主要作為加工儀器、儀表或電子產品的廠房使用。廠房為地下一層，地上五層的鋼筋混凝土框架結構，建于1994－1995年，建筑面積約10000㎡。廠房建筑平面大體為矩形，東南角局部突出，樓梯間位于東南角和西北角，東北端有電梯間，房屋東西向總長度56m，南北向寬度29.6m，室內外高差1.2m。廠房四周有外圍護墻，室內樓梯間，電梯間，衛生間和9~10軸間辦公生活區有隔墻，9~10軸間一層到四層均有夾層。廠房地下室層高3.7m，一層層高6m，二層層高5m，三層層高5m，四層層高5m，五層層高4.5m。現擬將廠房用途改為通信機房。
廠房原設計為單向框架，橫向框架梁跨度為12m，梁主要截面大小為350mm×1100mm，縱向主次梁跨度均為6m，梁截面大小250mm×500mm。廠房主體結構混凝土強度C25～C30，夾層樓板厚度80mm，混凝土強度C20。填充磚墻采用機制空心磚，厚度240mm，25號混合砂漿砌筑，局部內墻采用泰柏板輕質隔墻。地下室外部混凝土墻厚350mm，內部混凝土墻體厚度250mm、350mm，墻體雙層雙向鋼筋。地下室混凝土強度C30。基礎采用樁+承臺基礎，混凝土大底板，承臺厚度1.6m（含基礎底板0.6m），預制樁采用全國通用建筑標準設計結構試用圖集《預制混凝土方樁》（JSJT－89），廠房樁型JZHb-240-1515C、JZHb-240-1514C，截面400×400，樁混凝土強度C40，樁長29～30m，設計單樁承載力Nu＝1100kN，樁尖位于砂質粉土上。廠房基礎筏板厚度為650mm，南北向鋼筋板底、板頂φ16 180鋼筋，東西向鋼筋板底、板頂φ16 140，東西向基礎梁尺寸500×1300，南北向基礎梁400×1200、700×1500。混凝土采用C30、S8防滲混凝土。
2原結構驗算結果
改造作為通信機房使用后，房屋樓面荷載增加較大，用結構設計軟件對原結構進行驗算。
地震作用：地震烈度在結構計算時按七度（0.1g），特征周期為0.90s，設計地震分組為第一組，場地類別為上海。由于作為網絡機房使用，其使用功能不能中斷或需盡快恢復的建筑，依抗震設防分類標準為乙類建筑，框架抗震等級取為二級，剪力墻抗震等級取為一級。
風荷載：基本風壓取0.55kN/m2，地面粗糙度取B類。
活荷載及恒荷載參考并結合現場檢測結果及荷載實際分布情況按《建筑結構荷載規范》(GB50009-2001)規定取值。
樓面恒載：200厚現澆板樓面取6.5 KN/m2，120厚現澆樓面恒載取4.5 KN/m2，，100厚現澆樓面取4.0 KN/m2，，80厚現澆樓面取3.5 KN/m2，，屋面取5.5 KN/m2，，突出部分取4.4 KN/m2，，樓梯間取6.5 KN/m2，。墻體恒載取4.5 KN/m2，。
活荷載：樓面機房活荷載取8.0KN/m2，夾層活荷載取2.0KN/m2，樓梯活荷載取2.5KN/m2，走廊活荷載取2.5KN/m2，衛生間活荷載取2.0 KN/m2，上人屋面活載取2.0 KN/m2，不上人屋面活荷載取0.5 KN/m2，屋頂電梯間活荷載取為7.0KN/m2。
材料：鋼筋及混凝土強度根據原設計數據取值。構件截面尺寸按照原設計圖紙和現場實測取值。
房屋結構平面布置規則、基本對稱，豎向剖面也對稱，結構的側向剛度均勻變化，豎向抗側力構件的截面尺寸自下而上逐漸減小，質量分布較均勻，不屬于不規則類型。
通過計算，計算結果反映出以下幾個問題：
（1）框架柱軸壓比
改變用途后，一層柱大部分軸壓比超過規范限值，二層及以上少數幾根柱軸壓比超過規范限值。
（2）層間位移
結構平動為主的第一自振周期為1.7316s。在地震作用下，改變用途后的結構X向層間位移角最大值為1/346，已經超過規范要求的1/550；Y向層間位移角最大值為1/381，也超過規范要求的1/550。
（3）結構梁、柱、板的配筋復核
將計算結果與原來設計圖紙進行對比發現，局部梁、柱的配筋不足，且欠缺較大，屋面板的配筋不足。
（4）地基基礎驗算
采用板元法基礎結構有限元程序JCCAD進行基礎驗算，表明基礎基本滿足規范要求。
由于房屋原設計為單向框架，房屋縱向較薄弱，房屋的結構體系、層間位移、箍筋配置等抗震構造與現行規范有差異。且現作為網絡機房使用，樓面活荷載增加較多，結合以上分析和驗算，靜承載力和抗震都不能滿足規范要求，為了保證結構的安全性，必須對結構進行加固處理。
3加固方案及加固后計算結果
通過對結構體系的整體分析，并結合現場實際施工條件，本著經濟適用的原則提出了以下的加固方案。
3.1承載力不足的加固
由于機房樓面活荷載為8kN/m2，較原來的設計荷載增大很多，根據現場檢測和結構抗震驗算結果，提出如下加固方案：
對配筋不足的梁采用粘貼碳纖維板加固處理；
由于樓面荷載增加較大，大于原有樓板的設計荷載，因此建議對屋面和各樓層樓板采用粘貼碳纖維的方法進行加固。
3.2抗震加固
抗震加固方案如下：
由于一層框架柱大部分軸壓比超限，采用灌漿料加大截面法加固，對地下室、二三層柱子，建議也加大截面，以增加結構抗側力剛度；
由于原設計年份為1992年～1995年，梁和柱加密區箍筋配置、框架節點核芯區箍筋配置不能滿足現行抗震設計規范中對抗震構造措施的相關規定，采用加碳纖維布U型箍的方法加固；
原設計為單向框架，結構體系不滿足現行規范要求，而且在結構驗算中也體現為部分與柱相連的縱向連系梁配筋不足或者超筋，層間位移角超過規范限值，將西北角和東北角四周的樓梯間填充墻體改為鋼筋混凝土剪力墻，以抵抗地震力，剪力墻分布區域見圖1所示。
3.3加固后計算結果
1）框架柱軸壓比
通過對原結構軸壓比超限的柱采用加大截面方法加固后，柱軸壓比都控制在0.80以內，滿足規范關于軸壓比的限值。
2）層間位移
增設鋼筋混凝土剪力墻后，結構平動為主的第一自振周期為0.8003s。在地震作用下，改變用途后的結構X向層間位移角最大值為1/734，滿足規范要求的1/550；Y向層間位移角最大值為1/652，滿足規范要求的1/550。雖未達到規范關于框架-剪力墻結構1/800限值的要求，但由于是加固改造項目，已能符合使用要求。
3）梁、柱配筋
通過上述方案加固改造后，結構未出現梁、柱超筋現象。
由此可見，上述加固方案有效可行，加固效果良好。加固后的結構能較好的完成預期的功能要求。
4結論
目前，本大樓經過加固施工后作為通信機房已投入使用，運行狀態良好。從本工程實例可以看出，增設剪力墻對于框架結構而言是一種有效的整體抗震加固的方式，能達到良好的經濟效益，對同類型的改造加固工程具有一定的借鑒意義。
