建筑结构不同设计使用年限在天山路公交停车场改造中的应用

吴文学

（上海城市交通设计院有限公司，200025）

1 工程概况

上海市天山路公交停车场单层建筑，底层及屋面均作为公交车停车库使用。房屋局部设有夹层，作为办公室使用。轴1～25×D～F区域设有公交车上下坡道。车库建筑平面近似矩形，东西向总长约137.8 m，南北向总宽约91.4 m,车库屋面标高6.7 m，室内外无高差。

框架柱主要采用预制柱，截面尺寸为450mm×450 mm；框架梁主要为预应力叠合梁，梁截面尺寸主要有300 mm×1 650 mm，300 mm×1 250 mm，250 mm×850 mm，250 mm×540 mm等；屋面采用预制空心楼板，型号为YKB-A60a-8，板厚为240mm，板上铺60 mm厚配筋混凝土整浇层，混凝土层上为防水层，防水层上为100～160 mm厚混凝土整浇层，内配双向φ6@100的钢筋网片；坡道处梁板柱为现浇结构，坡道处梁、板、柱为现浇结构，坡道柱截面尺寸为300 mm×300 mm，坡道梁截面尺寸主要为250 mm×600 mm、240 mm×600 mm。上部结构混凝土设计强度标号300号。

屋面预制板拼缝普遍开裂，并存在渗水、霉变和开裂并存在渗水、霉变痕迹和钢筋锈蚀痕迹，梁局部存在渗水、霉变和钢筋锈蚀痕迹；车库屋面普遍存在面层破损现象，局部存在修补痕迹。

2 原上部结构静力验算分析

2.1 荷载

根据现场实际情况，按现行荷载规范规定取值：

（1）风荷载：基本风压 0.55 kN/m2，C类地形。

（2）屋面活载：

车库5.0 kN/m2（车库按业主提供的实际车辆数满载计算）。

公交车型号主要为：

金龙 6122，数量为3 veh，自重为11 700 kg/veh；

金龙团客，数量为 1 veh，自重为8 150 kg/veh；

申沃 SOC，数量为3 veh，自重为10 500 kg/veh；

申沃SOD，数量为17 veh，自重为10 500 kg/veh；

申沃 S2A，数量为1 veh，自重为11 000 kg/veh；

申沃S2C，数量为44 veh，自重为11 000 kg/veh；

申沃 S2F，数量为17 veh，自重为10 500 kg/veh；

申沃 S8B，数量为3 veh，自重为8 000 kg/veh。

（3）恒载：按现场检测实际情况取值。

2.2 结构材料强度

混凝土强度检测采用取芯法，混凝土梁、柱强度等级评定为C28。

2.3 模型建立

计算程序采用中国建筑科学研究院“PKPM”程序对房屋上部结构进行静力验算。计算层高：一层7.0 m。房屋三维计算模型示意图见图1所示。

图1 三维计算模型示意图

2.4 计算结果

（1）框架柱配筋基本满足计算要求。

（2）框架梁端负弯矩配筋普遍不满足计算要求，局部框架梁跨中梁底配筋不满足计算要求。

（3）屋面预制板承载能力不满足计算要求。

3 结构改造方案

根据天山路公交停车场双层车库安全性检测报告的结论及建议，结合原有的结构图纸，经过反复论证，在满足安全的前提下，本着经济合理、施工方便的原则，保留原有预制楼板及预制梁、基础、预制柱及车道；凿除预制板表面面层，采用叠合梁、叠合板对原有预制梁及预制板进行加固。

4 按建筑结构使用年限50a进行计算分析

按建筑结构使用年限50 a，对整体现浇梁板结构的方案进行了计算，考虑刚性地坪的有利作用，柱计算高度从地坪处起算。7度多遇地震作用下，整体计算指标基本满足要求，但每个建筑单体的角柱抗弯均不满足要求，局部边柱抗弯不满足要求。

整体计算指标如下：

结构周期（取前3个，见表1）。

表1 结构周期表（一）

主要控制参数（见表2）。

表2 主要控制参数一览表（一）

角部处局部梁、柱配筋简图（新做梁、板采用现浇混凝土结构）如图2所示。

图2 角部处局部梁、柱配筋简图（一）

原预制柱实配钢筋如图3所示。

图3 原预制柱实配钢筋简图

通过对计算简图和预制柱实际钢筋的比对，柱的计算配筋面积大于原预制柱的实际钢筋面积，需要对预制柱进行加固处理后才能满足继续使用的要求。

5 按建筑结构使用年限30a计算分析相应参数的选用

由于结构已使用了25 a，在上海市房屋建筑设计院房屋质量检测站提供的天山路公交停车场双层车库安全性检测报告中，柱平均碳化深度为2 mm，梁混凝土平均碳化深度为5 mm，建筑结构的耐久性满足结构继续使用35 a的要求。

《建筑抗震鉴定标准》（GB 50023-2009）第1.0.4条第1款：在70年代及以前建造经耐久性鉴定可继续使用的现有建筑，其后续使用年限不应少于30年；在80年代建造的现有建筑，宜采用40年或更长，且不得少于30年[1]。业主希望对保留的原有建筑结构不进行加固处理，上海城市交通设计院结构设计人员决定降低建筑结构使用年限，改造后建筑结构使用年限为30 a。

设计基准期是指为确定可变作用及与时间有关的材料性能值而选用的时间参数,设计基准期不等同于结构的设计使用年限。我国的建筑设计规范所采用的设计基准期为50 a,即设计时所考虑的荷载、作用、材料强度等的统计参数均是按此基准期确定的。对于一般的丙类建筑,当设计者按我国现行标准进行设计时,即以设计基准期为50 a的标准确定相应的活荷载、风荷载、雪荷载、地震作用取值,确定包括钢筋保护层厚度等因素在内的耐久性参数,使其达到确定的结构可靠度指标,所完成的工程设计项目的结构设计使用年限即为50a。在地震区,影响结构可靠性指标的最大因素是地震作用取值。虽然一个地区的抗震设防烈度已为国家规定的权限审批、颁发的文件(图件)确定,但确定的值是与50a设计使用年限相协调的,与低于50a的设计使用年限相协调的抗震设防水准理应低于按国家规定的权限审批、颁发的文件 (图件)的规定。严格地说,与设计使用年限相协调的抗震设防水准,需由国家地震主管部门确定,但对于量大面广的一般民用建筑而言,由地震主管部门来确定设计使用年限50a以下新建建筑物和既有建筑的鉴定和改造的抗震设防水准是难以做到的[2]。

[3]，不同设计使用年限对应的地震作用修正系数及构造措施方面的调整系数按表3、表4选用。

表3 不同设计使用年限对应的地震作用修正系数一览表

表4 不同设计使用年限对应的构造措施方面的调整系数一览表

6 按建筑结构使用年限30a进行计算分析

建筑结构使用年限按30a考虑，根据混凝土结构加固设计规范(GB50367-2006)附录A,相应的活荷载、风荷载、雪荷载仍按设计基准期50a的标准确定[4]。7度多遇地震作用下，对应的地震作用修正系数为：0.75。

地震烈度7度，设计地震基本加速度0.1g，由建筑抗震设计规范（GB50011-2010）表5.1.4-1确定地震作用影响最大系数：αmax=0.08[5]，

修正后：αmax=0.75×0.08=0.06

在SATWE分析与设计参数补充定义中自定义地震影响系数曲线，见图4所示。

图4 地震影响系数曲线图示

整体计算指标如下：

结构周期（取前3个，见表5）。

表5 结构周期表（二）

主要控制参数（见表6）。

表6 主要控制参数一览表（二）

角部处局部梁、柱配筋简图（新做梁、板采用现浇混凝土结构）如图5所示。

通过对计算简图和预制柱实际钢筋的比对，柱的计算配筋面积均小于原预制柱的实际钢筋面积，原有预制柱不需要进行加固处理即可满足继续使用的要求。

图5 角部处局部梁、柱配筋简图（二）

7 两者计算结果比较

两者整体计算指标相比较:两者周期、层间位移比、柱轴压比相同；剪重比、位移角后者小于前者。柱配筋计算结果后者明显小于前者；框架梁截面为300mm×950mm,跨度为6m，柱截面450 mm×450 mm，高度为6 m，梁线刚度大于柱线刚度较多，因而两者梁的计算面积较为接近。

8 结语

该工程属于既有结构的改造,设计中对不同设计使用年限的建筑结构采用不同的抗震设防水准。本文对不同设计使用年限建筑结构作用取值进行计算分析对比,从而可以通过费用-效益的工程决算分析确定最优的设防标准和设计方案。

参考文献

[1]GB50023-2009,建筑抗震鉴定标准[S].

[2]陈才堡.小于50年设计使用年限的丙类建筑结构抗震设防水准的设计建议[J].建筑结构，2007，（11）.

[3]毛毅.不同设计使用年限的建筑物所受地震作用及构造措施研究[J].建筑科学,2012,（18）.

[4]GB50367-2006，混凝土结构加固设计规范[S].

[5]GB50011-2010，建筑抗震设计规范[S].