1、采用 PKPM軟件進行結(jié)構(gòu)加固設(shè)計采用 PKPM 軟件進行結(jié)構(gòu)加固設(shè)計任思澤【摘要】現(xiàn)有建筑加固應(yīng)遵循的原則是：結(jié)構(gòu)安全、經(jīng)濟、有效、實用。合理利用 PKPM 結(jié)構(gòu)計算軟件對建筑結(jié)構(gòu)加固進行有效分析并完成加固設(shè)計是這一原則的體現(xiàn)，本文中分別以單個構(gòu)件加固、局部新增構(gòu)件加固為例，結(jié)合本人的設(shè)計分析經(jīng)驗以供參考。單個構(gòu)件加固由于現(xiàn)有建筑局部使用功能發(fā)生改變，導(dǎo)致現(xiàn)有建筑僅某個或某幾個結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計承載力不滿足后續(xù)使用要求， 同時又在結(jié)構(gòu)的整體承載能力和抗震能力范圍之內(nèi)。對于這種情況則只需對單個構(gòu)件進行結(jié)構(gòu)加固即可。設(shè)計步驟：1.1收集該建筑結(jié)構(gòu)施工圖。根據(jù)施工圖中結(jié)構(gòu)構(gòu)件數(shù)據(jù)建立 PKPM 簡易（一

2、個結(jié)構(gòu)層）結(jié)構(gòu)分析模型。為分析局部使用功能改變對同層相鄰結(jié)構(gòu)構(gòu)件的影響，分析模型應(yīng)包含使用功能改變區(qū)域相鄰至少 1 個結(jié)構(gòu)跨度范圍內(nèi)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。2.1輸入該區(qū)域原建筑使用結(jié)構(gòu)荷載， 完善各項計算參數(shù) （材料強度參數(shù)設(shè)置同施工圖說明；由于是局部加固計算，從偏安全考慮，各項參數(shù)原則上不應(yīng)考慮折減） 。然后在 SATWE 計算模塊中進行第一次計算，得出計算結(jié)果。最后將模型中所有正截面受彎構(gòu)件計算梁配筋面積 As1 與原結(jié)構(gòu)施工圖中梁實際配筋面積As0 進行對比：如 As1 As0 ，則應(yīng)考慮計算中是否有荷載參數(shù)出錯，或該區(qū)域原使用荷載已經(jīng)超出設(shè)計承載力要求。說明不再屬于單個構(gòu)件加固，應(yīng)將其按結(jié)構(gòu)區(qū)段

3、加固另行考慮。如 0.9 As0 As1 As0 ，則可將本次計算模型直接作為參考模型，進行下一步計算。如 As1 0.9 As0 ，則應(yīng)考慮計算中是否有荷載參數(shù)出錯。如已確認各項計算計算荷載參數(shù)正確。方可將本次計算模型作為參考模型，進行下一步計算。其中： As0 為原梁正截面受彎抗拉實際配筋面積； As1 為第一次參考模型計算時，梁正截面受彎抗拉鋼筋計算面積。1.3保留參考模型計算結(jié)果， 然后在參考模型中將原結(jié)構(gòu)荷載改為建筑使用功能改變后的結(jié)構(gòu)使用荷載。在不改變其余參數(shù)設(shè)置的情況下進行第二次 SATWE 計算，得出計算結(jié)果。將計算模型中框架柱軸壓比 U c2 與參考模型中對應(yīng)框架柱軸壓比U

4、c1 進行對比分析。如U c 2U c10.05 ，可不考慮使用功能改變對建筑結(jié)構(gòu)豎向作用力的影響；否則應(yīng)建立多個結(jié)構(gòu)層分析對下層結(jié)構(gòu)的影響。1.4將模型中所有正截面受彎構(gòu)件計算梁配筋面積As 2 與原結(jié)構(gòu)施工圖中梁實際配筋面積As0 進行對比，再結(jié)合結(jié)構(gòu)構(gòu)件特性選取加固方法：B1.4.1如所有構(gòu)件 As 2 As0 ， 則表示該構(gòu)件使用荷載在原構(gòu)件設(shè)計承載力范圍之內(nèi)，不需加固。如模型中邊跨梁構(gòu)件 A As0 As2 ，則說明本次使用功能改變對相鄰區(qū)域構(gòu)件影響較大，則應(yīng)擴大結(jié)構(gòu)分析模型范圍。1.4.2如 As0 As2 1.4 As0 ，該梁跨高比大于4，且長期使用的環(huán)境溫度不高于 60，不處

5、于特殊環(huán)境 ( 如高溫、高濕、介質(zhì)侵蝕、放射等 ) 時，采用碳纖維布的方法對其進行加固。首先，采用差值法 AfeAs2 f y0As0 f y 0 初步計算加固ff f碳纖維布有效截面面積Afe 。其次，采用 xf y0 As0f f f Afef y0 As0 , 計算出梁加a1 fc0b固后混凝土受壓區(qū)高度x 。然后，驗算加載后該梁最大正截面彎矩作用力M 2 a1 f c0bx hxf y0 As0 h af y0 As0 h h0 。2最后，將 Afe 帶入混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范GB50367-2006）中第條計算實際應(yīng)粘貼碳纖維布截面面積 Af ，并根據(jù)梁截面尺寸和市場材料提供信息選擇

6、碳纖維布加固寬度和層數(shù)。其中： f 0.9 為考慮二次受力碳纖維布強度折減系數(shù)； Afe 為加固碳纖維布有效截面面積； f y0 為原鋼筋強度設(shè)計值； As2 為加載后第二次計算時，梁正截面受彎抗拉鋼筋計算面積； As0 、As0 為原梁正截面受彎抗拉、抗壓實際配筋面積； f f 為碳纖維布抗拉強度設(shè)計值； M 2 為加載后第二次計算時，梁正截面最大彎矩值； fc0 為原梁混凝土抗壓強度設(shè)計值； b 、 h 分別為矩形截面梁的寬度和高度； h0 為加固前截面有效高度； a 為縱向受壓鋼筋合力點至截面近邊的距離。如 As0 As2 1.4As0 ，長期使用的環(huán)境溫度不高于60，不處于特殊環(huán)境 (

7、 如高溫、高濕、介質(zhì)侵蝕、放射等 ) ，且不宜采用碳纖維布加固時，采用可粘貼鋼板的方法對其進行加固。首先，采用差值法 AspAs 2 f y 0As 0 f y 0 初步計sp f sp算加固鋼板有效截面面積 Asp 。其次，采用 xf y0 As0sp f sp Aspf y0 As0 , 計算出a1 f c0b梁加固后混凝土受壓區(qū)高度x 。然后，驗算加載后該梁最大正截面彎矩作用力M 2 a1 f c0 bx hxh af y0 As0 h h0f y0 As02。最后，根據(jù) Asp 、梁截面尺寸和市場材料供應(yīng)情況選取加固鋼板厚度及寬度。其中： sp 0.9 為考慮二次受力鋼板強度折減系數(shù)；

8、 Asp 為加固鋼板截面面積； f y0 為原鋼筋強度設(shè)計值； As2 為加載后第二次計算時，梁正截面受彎抗拉鋼筋計算面積； As0 、As0 為原梁正截面受彎抗拉、抗壓實際配筋面積； fsp 為加固鋼板抗拉強度設(shè)計值； M 2 為加載后第二次計算時，梁正截面最大彎矩值； fc0 為原梁混凝土抗壓強度設(shè)計值； b 、 h 分別為矩形截面梁的寬度和高度； h0 為加固前截面有效高度； a 為縱向受壓鋼筋合力點至截面近邊的距離。1.4.4 如 As0 As2 1.4As0 ，且不宜采用粘貼碳纖維和鋼板的方法加固；或1.4 As0 As2 。則該梁宜采用梁底加大截面的方法進行加固處理（新增混凝土強度

9、比原構(gòu)件強度提高一個等級）。首先，采用差值法 AsAs2 f y0As0 f y 0初步計as f y算新增鋼筋有效截面面積As增 。其次，采用 xf y0 As0as f y As增 f y0 As0，計a1 f c0b算出梁計算出梁加固后混凝土受壓區(qū)高度x 。然后，驗算加載后該梁最大正截面彎矩作用力M 2 as f y As增xxxah0la1 fc 0bx h0f y0 As0222。最后，根據(jù) As增 、梁截面尺寸和市場材料供應(yīng)情況選取加固梁截面配筋。其中： as 0.9 為新增鋼筋強度利用折減系數(shù)； As增 為新增受拉鋼筋截面面積； f y0 為原鋼筋強度設(shè)計值； As2 為加載后第

10、二次計算時，梁正截面受彎抗拉鋼筋計算面積； As0 、As0 為原梁正截面受彎抗拉、抗壓實際配筋面積； f y 為新增鋼筋強度設(shè)計值； M 2 為加載后第二次計算時，梁正截面最大彎矩值； fc0 為原梁混凝土抗壓強度設(shè)計值； b 、 h0 分別為加固前矩形截面梁的寬度和有效截面高度； h0l 為加固后梁截面有效高度； a 為縱向受壓鋼筋合力點至截面近邊的距離。1.5如果在第二次 SATWE計算結(jié)果出現(xiàn)超配筋現(xiàn)行， 則需在第二次計算模型中將該構(gòu)件截面尺寸加大。然后再其余計算參數(shù)不變的情況下在 SATWE計算模塊中進行第三次計算。【實例】：成都某購物中心財務(wù)辦公室重要設(shè)備放置位置結(jié)構(gòu)加固工程概況：

11、該購物中心為地下 1 層，地上 6+1 層框架結(jié)構(gòu)，建于 2001 年，建筑面積達 26000 平方米。現(xiàn)需在原結(jié)構(gòu)五層某兩根主梁（圖 1 中梁 A、梁 B）上分別放置 1 個和 9 個重要設(shè)備，單個設(shè)備最大使用荷載達 20kN（設(shè)備自重10kN，最大使用活載 10kN）。由于缺乏原結(jié)構(gòu)設(shè)計計算數(shù)據(jù)，受設(shè)備加載直接影響的結(jié)構(gòu)構(gòu)件為一般構(gòu)件且占整個建筑中同類結(jié)構(gòu)構(gòu)件的比例非常小，因此不便于也沒必要對整個建筑結(jié)構(gòu)進行抗震鑒定分析。本次加固亦屬于構(gòu)件加固，同時，不改變現(xiàn)有建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防等級、構(gòu)造以及后續(xù)使用年限等。設(shè)計步驟：根據(jù)施工圖中結(jié)構(gòu)構(gòu)件數(shù)據(jù)建立 PKPM 簡易結(jié)構(gòu)分析模型。圖 1 某購物

12、中心結(jié)構(gòu)加載區(qū)域簡易分析模型根據(jù)建筑該區(qū)域原使用功能，輸入結(jié)構(gòu)使用荷載，并完善各項計算參數(shù)后，在然后在 SATWE 計算模塊中進行第一次計算，得出計算結(jié)果。然后將各梁正截面受彎構(gòu)件計算梁配筋面積 As1 與對應(yīng)原結(jié)構(gòu)施工圖中梁實際配筋面積 As0 進行對比。得出 0.9 As0 As1 As0 ，故可將本次計算模型作為參考模型。圖 2. 某購物中心參考模型中梁、樓面荷載平面圖在參考模型中輸入新增重要設(shè)備使用荷載。在不改變其余參數(shù)設(shè)置的情況下進行第二次 SATWE 計算，得出計算結(jié)果。最后將正截面受彎構(gòu)件計算梁配筋面積 As2 與原結(jié)構(gòu)施工圖中梁實際配筋面積 As0 進行對比。發(fā)現(xiàn)除梁 B 以外

13、，其余梁配筋信息滿足As 2 As0 ，不需加固。圖 3 某購物中心新增設(shè)備荷載平面圖梁 B 的加固計算：已知條件：梁寬 b=450，梁高 h=700，梁跨 l=8200mm，原梁混凝土抗壓強度設(shè)計值 fc 014.3 N mm2 ，原梁鋼筋強度設(shè)計值f y0 300 M mm2 ，原梁底實際配筋 As02944 mm2 ，原梁頂實際配筋 As01963mm2 ，加固計算梁底配筋 As2 4042mm2 。由于 As0 AS2 1.4As0 且處于 長期溫度不應(yīng)高于 60的 正常使用環(huán)境，故選擇采用梁底粘貼碳纖維布（取f f2300 M mm2 ）的方法對其進行加固處理。首先，采用差值法求的加

14、固碳纖維布有效截面面積：AfeAs2 f y0As0f y 0404230029443002f f f0.92300159.2mm其次，計算梁加固后混凝土受壓區(qū)高度：f y0 As0f f f Afef y0 As0 xa1 fc0b30029440.92300159.2300196396.9mm1.014.3450然后，驗算加載后該梁最大正截面彎矩作用力：M2 635106a1 fc 0bxhxf y 0 As0 haf y 0 As0h h021.014.345096.9 70096.919637002530029447006353002746.4106 N mm ，滿足要求。最后，根據(jù)碳

15、纖維單層厚度t f 0.167 ，碳纖維彈性模量 E f2.5 105 ，假設(shè)梁底粘貼碳纖維布層數(shù) n f3。計算碳纖維布厚度折減系數(shù) :kmn fE f t f32.5 1050.1670.750.91.161.1630800030800計算粘貼碳纖維布寬度：bf159.2424mm，取碳布粘貼寬度 b=450。30.750.167直徑結(jié)構(gòu)局部新增構(gòu)件加固由于現(xiàn)有建筑平、立面發(fā)生改變，在現(xiàn)有建筑結(jié)構(gòu)中新增部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件，導(dǎo)致現(xiàn)有建筑結(jié)構(gòu)局部區(qū)域構(gòu)件荷載效應(yīng)發(fā)生變化。對于此種情況應(yīng)對建筑結(jié)構(gòu)進行整體承載能力和抗震能力進行驗算分析，并確定具體加固方案。設(shè)計步驟：2.1 收集該建筑原結(jié)構(gòu)施工圖。 根

16、據(jù)施工圖中結(jié)構(gòu)構(gòu)件數(shù)據(jù)， 建立 PKPM 整體分析模型（模型中材料強度等參數(shù)等應(yīng)參考該建筑原結(jié)構(gòu)施工圖說明）。2.2 為滿足建筑平、 立面發(fā)生改變需求， 在 PKPM 整體模型中對應(yīng)位置輸入新增結(jié)構(gòu)構(gòu)件。2.3 根據(jù)建筑使用功能要求，在模型中輸入結(jié)構(gòu)使用荷載。2.4 在 SATWE 計算模塊中進行計算，并得出計算結(jié)果。根據(jù)計算結(jié)果進行分析如下： 根據(jù)文本文件輸出數(shù)據(jù)，分析結(jié)構(gòu)局部新增構(gòu)件后，建筑整體抗震能力是否滿足抗震規(guī)范要求。若滿足抗震要求，則進行下一步分析；若不滿足，則通過調(diào)整模型中的構(gòu)件尺寸或改變新增構(gòu)件布局等方式解決。 在結(jié)構(gòu)整體滿足抗震要求的基礎(chǔ)上， 查看構(gòu)件配筋驗算簡圖中是否有超配

17、筋現(xiàn)象。若無超配筋現(xiàn)象直接進行下一步分析；若有超配筋現(xiàn)象則應(yīng)通過調(diào)整模型中的構(gòu)件尺寸或改變新增構(gòu)件布局等方式解決。查看構(gòu)件配筋驗算簡圖中新增構(gòu)件與原結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接處結(jié)構(gòu)配筋。如配筋合理，便于通過植筋達到配筋要求，則以此次計算結(jié)果為依據(jù)選擇選擇新增構(gòu)件結(jié)構(gòu)配筋；如配筋較大，不易通過植筋達到配筋要求時，則減小模型中該處節(jié)點負彎矩調(diào)幅系數(shù)甚至將該處節(jié)點設(shè)為鉸連接，然后再次計算得出結(jié)論并對其進行重新分析。新增構(gòu)件與原構(gòu)件連接處植筋計算。已知連接處設(shè)計配筋計算面積As計，連接處設(shè)計配置鋼筋d 和根數(shù) n 。根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范 （ GB50367-2006）中第條計算植筋基本錨固深度：ls0.2aspt df