增层改建工程结构设计

某市一两层商业建筑,建于1995年,结构体系为框架结构,标准轴网尺寸为7.2 m×7.2 m,建筑总长约86 m,宽约22 m,西侧紧邻一幢高层建筑,其间采用抗震缝断开。现因业主需求,对其改造增层为4层,原下部两层功能不变,新建两层部分主要功为商业、餐饮、会议;同时新增屋顶考虑设置花台、苗圃等绿化设施,且为了增加绿化景观,屋顶需采用坡屋面,高低起伏每跨不等,单跨内最大高差为1.0 m。本工程结构抗震设防类别为丙类,场地抗震设防烈度为7度,设计基本地震加速度值为0.10g,场地类别为Ⅲ类,设计地震分组为第一组,特征周期取0.45 s。场地内各土层自上而下的分布情况和各土层岩土参数见表1。
综合考虑结构可靠度、经济性、可行性等各方面的因素,将新增结构的设计使用年限定为50年,相应的荷载作用也按照50年设计基准期的荷载值来取用,同时加强对老结构的定期检测[1]。由于本结构长宽比较大,呈条形,平面局部不规则,且屋顶坡屋面起伏较大,由于顶层绿化的分区布置,重力荷载差异较大,因此在进行整体计算时,发现结构在常规布置下扭转效应明显,周期比和位移比均超限。通过计算,在无需对老结构进行大改的同各项指标均能控制在合理范围内。但是本结构属于少量剪墙的框架结构,对框架结构应分步计算,即按纯框架结构(去除力墙)、框架—剪力墙结构计算,采用包络设计的原则,框架的抗震等级按框架结构确定。
原结构基础形式为钢筋混凝土柱下独基,埋深1.5 m,中柱基础尺寸为2.8 m×2.8 m。本工程整体增加两层,柱底荷载标准值增加一倍以上,约为7.2×7.2×35=1 820 kN,基础加固托换可采取扩大基础底面积、树根桩、锚杆静压桩等方式。但是对于本工程若采用增加基础面积的方式,中柱基础尺寸需加大为4.0 m×4.0 m(考虑建筑使用15年,地基承载力增大约10%),已大于跨的1/2。因此即便是将整个独基加大为筏板,也需在局部设置承压桩。若采用树根桩,不但需要在底层设置泥浆池,对环境造成较大的破坏,并且相同土层钻孔灌注桩的极限端阻力小于预制桩,因此在同等条件下,锚杆静压桩的单桩承载力较树根桩要高桩数要少。综合比较,本工程基础托换采用锚杆静压桩。

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