摘要:由于功能更改，需对施工中的海洋馆进行加固改造，本次改造工程采取了从整体结构体系变更到构件的加固改造设计思路，通过增加剪力墙使原结构转变为框架-剪力墙结构体系，并对该体系进行了多模型对比验证及包络设计，提高了原结构的抗震性能。加固方案结合现场实际情况，围绕方案可行、造价合理、尽量不破坏原结构、施工难度低等加固原则，介绍了基础、柱、梁、板等结构构件的加固思路和方法，使改造后的建筑能满足新的功能要求。
关键词:建筑结构；改造加固；结构体系转变；加大截面；粘钢加固；海洋馆
1工程概况
某海洋馆工程总建筑面积约2.28万m2，其中地上建筑面积约1.62万m2，地下建筑面积约0.66万m2，地上三层，地下一层，地上三个场馆呈“品”字型排列，三个场馆分别为表演馆、白鲸馆、洄游馆，相应的建筑高度分别为24.30m、20.70m、16.20m。原主体结构设计为混凝土框架结构，现场施工至地上一层时，由于场馆布置方案重新调整等需要，各楼层荷载增加较大，导致原框架结构在自重及地震作用下无法满足现有条件要求，需对原结构方案进行重新调整计算及对已施工完毕的原结构框架、基础等结构构件进行加固改造。
2加固改造方案
总体思路：在保证结构安全的前提下，主体结构进行多方案对比验算，做到加固改造的经济、合理及方案的可实施性。具体采取的措施：①原有框架结构体系通过合理地增设剪力墙，改造为框架剪力墙结构体系，避免原结构框架的大面积加固；②原独立基础采用增大截面加固，新增剪力墙基础采用条形基础；③梁、板、柱原则上采用加大截面加固，部分承载力要求提高不多的梁板采用粘钢加固。
3结构计算分析
以三馆中的最大的表演馆进行分析。经过分析建筑图后，在不影响建筑功能的情况下利用楼梯间增设混凝土剪力墙，剪力墙布置尽量做到均匀、对称、周边布置。（1）改造设计计算参数：本工程建筑抗震设防类别为乙类，建筑结构安全等级为二级，结构重要性系数为1.0，抗震设防烈度为7°，设计基本地震加速度0.15g，设计地震分组为第三组，建筑的场地类别为Ⅱ类。按提高一度要求加强抗震措施，新增剪力墙抗震等级为一级，框架抗震等级为一级。（2）混凝土强度等级及荷载取值：柱混凝土强度等级采用C40,新增剪力墙混凝土强度等级采用C50,梁、板混凝土强度等级采用C30,钢筋强度等级均为HRB400。主要恒活荷载取值如表1（水池荷载按恒载考虑）。（3）计算结果分析：采用北京盈建科YJK1.7.1设计软件分析。改造后新增的4片剪力墙能承担部分地震倾覆力矩，Y向框架柱承担的地震倾覆力矩不超过50%，X向框架柱承担的地震倾覆力矩介于50%～80%之间，属于框架剪力墙结构，框架部分的抗震等级及轴压比限值按框架结构的规定采用，其余指标均能满足规范要求。（4）框架-剪力墙结构加强措施：①由于X向框架柱承担的地震倾覆力矩超过50%，考虑到加固因素及建筑功能限制，新增剪力墙位置及数量不做调整，偏保守地按少墙框架结构与框架-剪力墙结构包络设计。②存在多个不同角度的斜交抗侧力构件，结构分析时，补充相应方向的地震作用角计算，并进行包络设计。③新增剪力墙仅在首层、二层设置，而三层未设置，为纯框架结构,结构竖向刚度形成突变。补充弹性时程分析，并根据分析结果对相应楼层地震内力进行放大调整。
4加固设计
4.1基础加固
基础底板持力层为角砾层，层厚较大，密实程度较高，颗粒级配较好，承载力特征值fak为500kPa，承载力较高。场地范围内未揭露地下水，可不考虑地下水对工程带来的影响。原设计基础为柱下独立基础。考虑基础埋深、宽度修正后提高的承载力仍不满足部分基础承载力的要求，结合工程实际情况，新增剪力墙基础采用条形基础，独立基础采用加大基础底面积的加固方法[1]。基础加固过程中采取以下措施：①不扰动原有地基，采取卸载等措施尽量消除或减少新加部分与原基础间的应力应变滞后。②为增强新旧混凝土基础的粘结力，新旧混凝土交界面布置附加短筋增强抗剪能力。③新增基础底筋与原基础钢筋采用焊接处理。新增混凝土强度等级比原结构高一级，基础在有底板范围内与底板整浇。基础加固如图1所示。
4.2框架柱加固
由于荷载增加较多，原结构地下室及首层部分框架柱配筋及轴压比不满足现行规范的要求，综合考虑采用增大截面加固法（如图2）。具体实施：将结合处的混凝土凿毛，对混凝土缺陷部位（混凝土疏松、破损）应清理至坚实基层，清除混凝土表面的油污、浮浆，并将灰尘清理干净。浇筑混凝土前，原混凝土表面应冲洗干净并涂刷界面剂。为保证现场新浇混凝土的可实施性及成型质量，结合工程实际，混凝土每边增大不小于100mm，新增混凝土采用C40微膨胀细石混凝土。新增柱纵筋采用植筋方式，在加固楼层内通长布置，新增纵筋尽量避开原结构框架梁，若无法避免，则采用植筋技术，将钢筋锚入梁内。钻孔植筋时，应避开原混凝土内的主要受力钢筋，以免将其打断危及安全[2]。
4.3梁加固改造
梁加固集中在地下室顶板，根据新计算模型的梁配筋结果与已施工梁配筋对比，采取四种措施。（1）配筋相差不大的梁，采用矩形梁转化为T型梁、弯矩调幅等措施，充分挖掘原结构的潜力，使之满足新结构的要求，减少加固梁的工程量[3]。（2）承载力要求提高较多的梁（超过30%）采用增大截面加固。由于地下室层高较高，增大截面尽量考虑增加梁高，少用加梁宽的加固方式，以方便现场施工，减下对地下室顶板的施工影响。梁加大截面部分混凝土强度等级比原结构提高一级，为C35自密实微膨胀混凝土。（3）梁承载力提高不大，但通过弯矩调幅、转为T型梁等措施，无法满足要求时，采用粘钢加固。梁底、梁面粘钢所用钢板材质为Q345，箍板及压条采用Q235。（4）顶板开电梯洞、增加隔墙等处需新增次梁，新增次梁采取不凿开次梁处楼板，待次梁处板底凿毛后直接在板下加次梁，次梁顶板面开2个振捣孔进行浇捣。
4.4楼板加固
原设计地下室顶板为180mm厚，荷载增大后经验算大部分楼板配筋能满足计算及构造要求；部分不满足的楼板支座及板底采用粘贴扁钢加固，扁钢规格为100mm×3mm，间距根据计算结果确定，材质为Q345。
5结语
本项目结构改造设计充分考虑了海洋馆功能变更所引起的荷载增加、地震作用加大；采取了从整体到构件的加固思路，始终围绕“方案可行、造价合理、尽量不破坏原结构、施工难度低”等加固原则，介绍了通过局部增设剪力墙改变结构抗侧力体系来提高结构的抗震性能，减少了框架结构的加固量；并系统介绍了基础、框架柱、梁、板等结构构件的加固设计方法，对类似工程的的改造加固有一定的参考价值。
参考文献
[1]建筑抗震设计规范：GB50011-2010[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.
[2]高层建筑混凝土结构技术规程：JGJ3—2010[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.
[3]刘俊如.既有钢筋混凝土梁加固后可靠度分析[J].山西建筑,2018,44(25):46-47.
作者:庄向平 单位:福建博宇建筑设计有限公司