王文龍

(山西水利職業(yè)技術學院，山西運城 044004)

0 引言

鋼筋混凝土受彎構件是工程結構中應用最為廣泛的結構構件，其典型代表是梁和板.當前的一些鋼筋混凝土梁、板，因建成時間長、出現(xiàn)功能性改變、受到外力破壞、設計時配筋不足、施工質量控制不嚴，以及業(yè)主提出了新的使用要求等原因，需要對已有鋼筋混凝土(簡稱RC)受彎構件進行加固.對于鋼筋混凝土受彎構件加固而言，主要是因為承載力不足的加固.梁、板類結構構件的承載力不足的外觀表現(xiàn)是:構件撓度偏大，裂縫開展過寬、過長，鋼筋嚴重銹蝕或受壓區(qū)混凝土有破碎現(xiàn)象.加固方法有多種，不同的加固方法，各有其針對性.本文僅對已有民用建筑結構中的鋼筋混凝土受彎構件的增大截面加固設計加以分析.

1 加固設計依據(jù)及計算基本條件

1.1 加固設計的依據(jù)

(1)《建筑結構荷載規(guī)范》(GB50009－2001)，以下簡稱《荷載規(guī)范》;

(2)《混凝土結構設計規(guī)范》(GB50010－2002)，以下簡稱《設計規(guī)范》;

(3)《混凝土結構加固設計規(guī)范》(GB50367－2006)，以下簡稱《加固規(guī)范》;

(4)《民用建筑可靠性鑒定標準》(GB50292－1999)，以下簡稱《鑒定標準》.

1.2 計算基本條件

(1)加固設計的使用年限:應結合檢測報告結果，由業(yè)主和設計單位商定，一般情況下，宜按30 a考慮.

(2)建筑結構的安全等級:加固改造后的結構安全等級，應根據(jù)結構破壞后果的嚴重性、結構的重要性和加固設計使用年限，由業(yè)主和設計單位商定，一般情況下，安全等級按二級考慮.

值得注意的是，未經技術鑒定或設計許可，不得改變結構的用途和使用環(huán)境［1］.

1.3 荷載標準值的確定

(1)已有構件的荷載標準值，按照構件實測尺寸和材料單位自重的標準值計算確定;

(2)新增構件的荷載標準值，根據(jù)《荷載規(guī)范》的規(guī)定進行取值.

1.4 計算基本原則

(1)鋼筋混凝土結構、構件的加固設計，在一般情況下，應采用線彈性分析法計算結構的作用效應.

(2)結構、構件的尺寸，對原有部分應采用實測值;對新增部分可采用加固設計文件中給出的名義值.

(3)原結構、構件的混凝土強度等級和受力鋼筋抗拉強度標準值:當原設計文件有效，且不懷疑原結構有嚴重的性能退化時，可采用原設計的標準值;當結構可靠性鑒定結果認為應重新進行現(xiàn)場檢測時，應采用檢測結果推定的標準值;當受實際條件限制而無法取芯時，可采用回彈法進行檢測，但要對檢測強度值根據(jù)混凝土齡期進行修正.

2 加固設計計算步驟

(1)根據(jù)鑒定評估的目的，按國家現(xiàn)行有關規(guī)范的要求，確定具體的現(xiàn)場檢測內容和部位.

(2)由有資格的專業(yè)技術人員，按照《鑒定標準》的要求對原有結構構件分步進行鑒定，判斷原結構構件已有的使用年限和所具有的承載能力，包括靜承載力和抗震承載力、細部構造和耐久性等是否能滿足改造后的性能要求［5］.評估鑒定的結果有兩種:①主體結構改造目的不可能實現(xiàn);②主體結構改造的目的可以實施或加固改造后可以實施［7］.如果鑒定結果是通過加固可以實現(xiàn)業(yè)主的目的，則按下述步驟進行.

(3)按照檢測報告和原施工圖設計資料等提供的設計基本參數(shù)，采用線彈性分析方法對原結構構件進行計算復核，得到最不利組合下的內力圖.結構計算分析，采用符合國家現(xiàn)行規(guī)范要求的標準結構計算軟件和有限元軟件.

(4)判斷出哪些受彎構件需要加固.

(5)根據(jù)原截面的設計參數(shù)及第一步計算結果所得到的內力圖，選擇合理的加固方法，重新進行內力及配筋計算，計算結果應滿足現(xiàn)行《設計規(guī)范》的要求.

3 增大截面加固的優(yōu)缺點

增大截面加固法，又稱外包混凝土加固法，是增大原構件截面面積或增配鋼筋，以提高其承載能力和剛度的一種直接加固法［3］.它是通過增大構件的截面尺寸和配筋量，來提高構件的承載力、剛度、穩(wěn)定性和抗裂性.該方法具有施工工藝簡單，適用范圍廣等特點，可用于梁、板、柱、基礎等混凝土構件的加固.增大截面法的技術特點是:在設計構造方面必須注意解決好新加部分與原有部分的整體受力問題.該方法要求的現(xiàn)場濕作業(yè)工作量較大，養(yǎng)護時間較長，對生產和生活有一定影響，對結構的外觀和凈空間也有一定影響.

4 增大截面加固的構造規(guī)定

(1)新增混凝土的強度等級不低于C20，且宜比原構件設計的混凝土等級提高一級.

(2)新增混凝土的最小厚度，采用人工澆筑方式時，在板中應不＜40 mm，在梁中應不＜60 mm;采用噴射混凝土施工時，不應＜50 mm.

(3)加固用的鋼筋應優(yōu)先選用HRB335級熱軋帶肋鋼筋，或采用HPB235級熱扎鋼筋;板內的受力鋼筋直徑不應＜8 mm，梁內的受力鋼筋直徑不應＜12 mm.

(4)新增受力鋼筋原受力鋼筋的直徑的凈間距不應＜20 mm，并應用短筋或者箍筋與原鋼筋焊接.

(5)梁內的新增縱向受力鋼筋，其兩端應可靠錨固.

(6)對于加固后為整體工作的板，在支座處應配負鋼筋，并與跨中分布鋼筋相搭接;分布鋼筋直徑應采用Φ＞4 mm、間距≤300 mm的鋼筋網(wǎng)，以防止產生收縮裂縫.

(7)混凝土的最大粒徑不宜超過新澆混凝土最小粒徑的1/2及鋼筋最小間距的3/4.

5 計算案例及分析

5.1 某T形截面梁增大截面的加固算例

某鋼筋混凝土樓蓋T形截面梁跨度L=8 m，簡支于磚跺上.T形梁截面尺寸為b=200 mm，b'=400 mm，h=600 mm，h'f=80 mm，混凝土強度等級C20，主筋4Φ20，箍筋 Φ6@250，其斷面結構見圖1.該梁承受恒荷載為 gk=8 kN/m，活荷載為 qk=12 kN/m，由于改變使用功能，實際活荷載為qk=16 kN/m，要求進行加固處理.

圖1 某樓T形截面梁斷面圖

(1)原梁承載力復核驗算

截面有效高度:h01=600－35=565 mm

當翼緣全部受壓承受彎矩所需相應的受拉鋼筋應為:

實際鋼筋面積:As=1 256 mm2＞1 024 mm2

因此，中和軸在截面腹板內:

梁能承受的最大彎矩:

Mu=Mu10+Mu20=80.60+113.00=193.60 kN·m＜M=256.00 kN·m

因此，正截面受彎承載力，不滿足要求.

因此，斜截面承載力，也不滿足要求.

(2)加固梁正截面受彎承載力驗算

加固設計基本條件如下:加固層厚度為60 mm，h=660 mm，Δh=60 mm，C25改性混凝土，箍筋Φ6@250，與箍筋焊接，αs=0.9，h0=660 －35=625 mm，fy=360 N/mm2.

實配鋼筋 As=1 256 mm2，需補加縱向鋼筋370.96 mm2，實配 As=402 mm2(2Φ16).

(3)加固梁斜截面受剪承載力驗算

所以，加固梁截面能滿足承載力要求.

5.2 樓板增大截面加固算例

(1)工程概況

某樓板為多跨單向板，板厚80 mm，混凝土強度等級C20，跨度為2 m，跨中配筋Φ6@150，支座配筋為Φ8@180，現(xiàn)欲改會議廳為康樂室，活荷載為6 kN/m2，要求對樓板進行加固處理.

(2)加固設計計算

①按最小配筋率驗算(整體式)

原配筋Φ6@150，As=189 mm2.按最小配筋率0.2%的要求，樓板厚需為95 mm.

恒載:

樓板自重(0.08+0.015)×25=2.35 kN/m2;

面層 0.65 kN/m2;

底層 0.35 kN/m2;

合計 3.38 kN/m2;

活載6 kN/m2.

第一跨跨中最大彎矩為:

不能滿足要求，改按分離式設計，板面加厚90 mm，混凝土強度等級為C25，施工時，板底加支撐.

②原結構跨中承載力計算

板厚80 mm，混凝土為C20，跨中配筋Φ6@150(每米As=189 mm2).

查表得 γs=0.97，則

現(xiàn)澆混凝土疊合板厚90 mm，板自重為2.25 kN/m2.

查得 γs=0.969，則

現(xiàn)澆混凝土疊合板配筋Φ6@100(As=283 mm2).

6 結語

(1)面對一棟需要改造的建筑，必須以建筑的安全使用為基點，對主體結構的現(xiàn)狀進行科學的檢測和嚴格的鑒定評估后，才能確定其是否適應改造的目的.

(2)當鋼筋混凝土梁、板設計與實際承載力相差較大且其剛度也不能滿足要求時，采用增大截面的加固方法較為有效.

(3)在原混凝土構件與新混凝土粘結部位的表面應鑿毛，在梁表面的不平度應≥6 mm，在板表面的不平度應≥4 mm，用水沖洗干凈后，涂覆丙乳水泥漿，再澆筑混凝土.

(4)加固時應保證加固用鋼筋或角鋼有足夠的保護層厚度;加固改造前應采用烷氧基類或氨基類噴涂型阻銹劑對鋼筋進行除銹;可采用高強度灌漿料，以增加混凝土的密實性.

［1］中華人民共和國建設部.GB50010－2002混凝土結構設計規(guī)范［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2002.

［2］中華人民共和國建設部.GB50009－2001建筑結構荷載規(guī)范［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2002.

［3］混凝土結構加固設計規(guī)范.GB50367－2006混凝土結構加固設計規(guī)范［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2006.

［4］四川省建設委員會.GB50292－1999民用建筑可靠性鑒定標準［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2002.

［5］戴國瑩.現(xiàn)有建筑加固改造綜合決策方法和工程應用［J］.建筑結構，2006，36(11):1 －4

［6］呂西林.建筑結構加固設計［M］.北京:科學出版社，2001.

［7］陳 瑜，王 琦.混凝土主體結構改造的評估鑒定和加固補強［J］.建筑結構，2004，34(9):28 －29.