某四层办公楼，在基础顶面至一层柱子混凝土浇筑完成后，应业主要求加建一层。经PKPM（SATWE）对主体结构进行校核后发现，该楼底层柱子的轴压比、剪压比、计算配筋超标；部分柱下独立基础抗剪承载力不满足要求。因此，针对该楼在建且基坑未回填的特殊情况，对不满足要求的柱子及柱下独立基础进行了加固设计。
一
项目概况
某四层办公楼，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g，设计地震分组第三组，Ⅱ类场地。基本风压：Wo=0.30 KN/m²，地面粗糙度类别为C级，风荷载体形状系数为1.3；基本雪压：So=0.10KN/m²。基础持力层为松散卵石层，地基承载力特征值fat=180kPa。梁、柱纵筋为HRB400E级；柱下独立基础为HRB400；梁、柱箍筋为HRB400，梁、柱、板及基础混凝土均为C30。 基础底部埋深-5.000m，首层层高5m，二至四层层高4m，屋顶楼梯层高4.45m，室内外高差0.10m。首层为开放式办公室及部分独立办公室，二、三层为开放式办公室，装修阶段将划分为小隔间，四层为独立办公室，屋顶可通人。
办公楼施工于2020年10月底开始，11月初开挖至基础持力层专业钢结构加层，随后完成基础、基础顶面~一层柱混凝土施工。在完成基础顶面~一层柱混凝土施工后，业主要求再加一层，即第五层与第四层相同。加一层后经核实发现底层柱的轴压比、剪压比、计算配筋超限；部分柱下独立基础抗剪承载力超限，承载力不满足要求。同时按进度计划进行施工。期间业主重新上报规定，同时进行加固设计。计划在主体结构完工后、二次结构施工前进行结构加固施工，上部结构混凝土强度达到100%后进行加固施工。
图1 二、三层平面图
二
加固思路及措施
2.1 楼面荷载和墙体荷载优化前情况
根据施工惯例，精装修阶段的地坪工程及墙面工程：
1）精装修阶段，二、三层采用200mm厚混凝土小型空心砌块（容重y=8KN/m³），精装修时确定墙体定位，根据《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）表5.1.1注6，楼面附加活荷载=（8x0.2+20x0.02x2）x（4-0.1）/3=3.12KN/m²，≥1.0KN/m²，楼面活荷载标准值=2+3.12=5.12kN/m²，活荷载标准值按5.2KN/m输入。其余墙体采用页岩多孔砖（容重y=16KN/m³）。
2）卫生间采用200mm厚烧结页岩砖（容重y=19KN/m³），12mm厚瓷砖。
3）幕墙应按照《建筑结构荷载设计规范》（GB50009-2012）附录A第17条玻璃幕墙的规定取值1.5x（1+30%）=1.95KN/m²，本工程为2.0kN/m²。
4）设有蹲便器的公共卫生间应采用同层排水，并垫高400mm，垫高部分采用轻质材料垫高（容重y=14.0kN/m³）。
当上部主体结构二次装修荷载未进行优化时，按5层计算结果如下：
图2 第一、二层超配筋及超限信息汇总
图3 第三层超配筋及超限信息汇总
根据计算结果，主体结构各项指标满足规范要求，主要问题是柱的轴压比超限，采用减荷载的方法降低柱的轴压比，对于从基础顶面到一层的柱采用增加截面的方法进行加固。
2.2 减少楼面及墙体工程的荷载
1）二、三层采用的200mm厚混凝土小型空心砌块，改为轻钢框架隔墙，轻钢框架隔墙面荷载≤0.75KN/m²，附加活荷载=0.75x(4-0.1)/3=0.975KN/m²
外墙设计对建筑保温节能的要求不变，内墙其余墙体均更换为容重y=11KN/m³的混凝土空心砌块。
2）经与施工专业人员协商，卫生间在楼面以上1.8m范围内采用200mm厚烧结页岩砖，1.8m以上采用空心混凝土砌块，以减轻卫生间墙体的荷载。
3）提前邀请专业幕墙设计师参与设计，根据专业幕墙设计师的测算，实际幕墙面荷载可控制在1.5KN/m²（含龙骨、爪件等）。
4）经与建筑及给排水专业人员协商，仅将公共卫生间内安装蹲便器的区域抬高350，并将抬高区域的材料更换为容重y≤7.0KN/m²的较轻的回填材料。
减少楼面及墙体荷载后，重新计算结果如下：
图4 减载后第一层、第三层超配筋及超限信息汇总
柱临时搭建仅至首层，对于三层的柱，根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）（2016版）表6.3.6注3规定，对柱箍筋进行加固，使框架柱体积箍筋率pv≥1.2%，柱轴压比限值[uN]=0.85+0.10=0.95>0.866。对于从基础顶部到首层的柱，采用增大截面法进行加固。
三
框架柱加固
对减少楼面和墙体荷载后重新计算的结果进行检查，发现从基础顶面到一层的框架柱的纵筋和箍筋不符合现行计算值。
在PKPM-JDJG模块中，选择“实际配筋”选项卡下的“柱配筋”选项，然后选择“配筋组件”选项卡下的“柱配筋”按钮，对于轴压比过大，且基础顶部至首层柱纵向配筋不足的框架柱，采用截面放大法。
图5 钢框架柱 图6 柱加固-增加截面法
SATWE计算结果中某框架柱的计算结果及配筋细节如下：
图6 框架柱配筋图 图7 框架柱计算结果
经PKPM-JDJG及STAWE计算，满足国家现行规范、标准的要求。
四
柱下独立基础配筋
根据已建柱下独立基础验算结果，3根柱下独立基础（DJ-8、DJ-11、DJ-14）不符合地基承载力验算；4根柱下独立基础（DJ-8、DJ-11、DJ-14、DJ-17）不符合抗剪验算。
图9 柱下独立基础承载力图
柱下独立基础采用增大基础底面积的方式加固，基础底面每边加宽300mm，基础厚度加厚100mm~150mm，基础采用圆锥截面。
经PKPM-JCCAD计算，钢筋混凝土独立基础承载力及冲切承载力满足国家规范、标准的要求。
图10 不满足承载力及冲切计算的柱下独立基础加宽加厚改为锥形基础
图11 单柱基础配筋详图
图12 双柱接头基础配筋详图
图13 柱下独立基础加固现场照片
五
综上所述
基础顶部柱子混凝土浇筑完成后，业主要求增加一层楼层专业钢结构加层，由于增加一层楼层主体结构自重荷载，增加楼层的关键是减少上部结构二次装修荷载。对于不满足计算要求的结构构件，采用增加截面法和基础底面积法进行加固设计。
结构的加固设计极为重要，PKPM-SATWE、JDJG可根据构件截面、实际钢筋、加固方式等信息进行分析，是成熟的结构加固计算软件，可帮助工程师完成结构加固设计。
参考
[1] GB50367-2013混凝土结构钢筋设计规范，北京：中国建筑工业出版社，2013年。
[2]13G311-1混凝土结构钢筋构造北京:中国计划出版社,2013. [3]GB50010-2010(2015版)混凝土结构设计规范北京:中国建筑工业出版社,2015
