施 榮（酒泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院土木工程系，甘肅 酒泉 735000）

框架結(jié)構(gòu)是我國(guó)工業(yè)與民用建筑中應(yīng)用最為廣泛的結(jié)構(gòu)形式，其中大部分建筑建成使用多年，以設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期推算，已有相當(dāng)多的房屋進(jìn)入中老年期，目前發(fā)現(xiàn)一些重要的承重構(gòu)件已出現(xiàn)裂縫，或在結(jié)構(gòu)抗震上不能滿足概念設(shè)計(jì)要求，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)出現(xiàn)承載力下降，適用性不滿足要求，耐久性降低等情況。為了保證這部分建筑物的使用安全，應(yīng)在搞清結(jié)構(gòu)梁板構(gòu)件裂縫產(chǎn)生原因的基礎(chǔ)上，通過(guò)采取適當(dāng)?shù)募庸檀胧?，消除結(jié)構(gòu)存在安全隱患，創(chuàng)造較大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

1 梁板結(jié)構(gòu)常見(jiàn)裂縫的分布形式及原因分析

1.1 產(chǎn)生裂縫的整體原因分析

依據(jù)大量的多層框架結(jié)構(gòu)在工程設(shè)計(jì)、施工和使用方面的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合梁板結(jié)構(gòu)的受力特征和變性特征，總結(jié)出梁板結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的原因歸納為兩大類： 第一類由外載作用所引起，第二類由變形所引起（有溫度變形、收縮變形、地基不均勻或膨脹等）。其中第一類約占20%以上，以變形變化為主引起的裂縫，即非結(jié)構(gòu)性裂縫；第二類約占80%左右，以荷載為主引起的裂縫，即結(jié)構(gòu)性裂縫[1]。

1.2 裂縫的分布形式及機(jī)理分析

1.2.1 框架梁裂縫

根據(jù)工程計(jì)算數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)析，框架梁常見(jiàn)裂縫主要有豎向裂縫和斜裂縫。

1)豎向裂縫主要集中在屋面梁中，裂紋與梁的軸線基本垂直，裂縫寬度一般為 0.05～0.28mm，呈現(xiàn)出中間大，兩端逐漸縮小的規(guī)律。按照“模箍作用”效應(yīng)[2]，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)構(gòu)件裂縫的主要原因是框架結(jié)構(gòu)外露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差變化大引起的結(jié)構(gòu)構(gòu)件收縮和膨脹，在其內(nèi)部形成約束應(yīng)力而產(chǎn)生裂縫。

2）斜裂紋主要分布在梁的端部和次梁作用的位置，裂紋最大寬度為 0.28mm，通常在梁底主筋位置上方和梁頂主筋位置下方趨于閉合。梁端部和次梁作用處的斜裂縫，主要是因?yàn)樵谑┕み^(guò)程中，箍筋的選擇、布置和混凝土強(qiáng)度等級(jí)不滿足設(shè)計(jì)要求，造成梁的抗剪強(qiáng)度不夠引起的。

1.2.2 現(xiàn)澆混凝土樓板裂縫

現(xiàn)澆混凝土樓板裂縫常見(jiàn)形式主要有以下四種，如圖1所示。

1）樓板中部裂縫產(chǎn)生在樓板中部，與樓板短邊和長(zhǎng)邊平行的橫向或縱向跨中裂縫，寬度可達(dá)0.5～1.5mm，在樓板整體連續(xù)澆注的工程中比較常見(jiàn)，如圖1（b）（c）所示。

2）在建筑物拐角處的斜裂縫與墻大約呈450，寬度不大于1.0mm，多數(shù)裂縫貫通樓板，發(fā)生在樓板分離式配筋的負(fù)筋或角部放射筋末端，這是現(xiàn)澆樓板普遍存在的通病，如圖1（a）所示。

以上兩種裂縫產(chǎn)生的原因是由于樓板混凝土在溫差和收縮特性共同作用下產(chǎn)生過(guò)大變形，而板角受到剛度相對(duì)較大的樓面梁約束，約束了樓板混凝土的自由變形，從而產(chǎn)生與墻體呈45°的斜裂縫和貫通縫。

3）板內(nèi)埋設(shè)位置的裂縫位于板內(nèi)埋設(shè)線管的地方，沿線管埋設(shè)方向分布，裂縫一般垂直于管長(zhǎng)度方向且長(zhǎng)度較短、縫寬較大，如圖1（d）所示。原因是預(yù)埋線管使樓板混凝土截面受到較多削弱，引起應(yīng)力集中易產(chǎn)生裂縫；樓板混凝土與PVC管結(jié)合性較差且二者的溫度線膨脹系數(shù)相差較大，導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生；板的厚度規(guī)定不適應(yīng)現(xiàn)代建筑對(duì)預(yù)埋管線的要求。

表1 四種加固方案比較

圖1 裂縫分布形式圖

4）沿板支座的縱向裂縫發(fā)生在樓板混凝土上表面且沿支座長(zhǎng)度方向的縱向裂縫，主要有沿縱向鋼筋方向的板面裂縫、沿梁邊或墻邊的裂縫、沿著樓板施工縫或后澆帶位置的裂縫等。產(chǎn)生原因是在樓板混凝土澆筑過(guò)程中，板支座負(fù)筋因各工種交叉作業(yè)時(shí)沒(méi)采取有效防護(hù)措施，人為踩踏導(dǎo)致位置下移且沒(méi)有及時(shí)修復(fù)，使板面負(fù)筋不能有效抵抗支座負(fù)彎矩而產(chǎn)生裂縫。

1.2.3 梁板構(gòu)件的結(jié)構(gòu)性裂縫

梁板構(gòu)件的結(jié)構(gòu)性裂縫以跨中附近豎向裂縫或支座附近的斜裂縫為主。產(chǎn)生裂縫一是因設(shè)計(jì)、施工或使用不合理導(dǎo)致樓板厚度減少，抗彎承載力不足，彎曲變形過(guò)大引起板底裂縫；二是由于縱筋或腹筋配置不符合標(biāo)準(zhǔn)要求，框架梁抗彎、抗剪承載力不足，引起跨中附近豎向裂縫和支座附近斜向裂縫。

2 框架梁板結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)

2.1 加固方案的比較與選擇[3]-[4]

我國(guó)混凝土結(jié)構(gòu)加固方案較多，多層框架結(jié)構(gòu)梁、板、柱等承重構(gòu)件，加固方法比較常見(jiàn)的有加大截面、粘貼碳素纖維加固、增設(shè)支點(diǎn)加固、粘鋼加固四種方案，以下對(duì)四種方案做一比較（表1）。

通過(guò)四種常見(jiàn)方案的對(duì)比可以看出，加大截面法成本較低但工期較長(zhǎng)；外包鋼加固法和粘鋼加固法工期短、成本適中但適用范圍受到限制；相比而言，除工程造價(jià)和施工難度外，碳素纖維加固方法在施工環(huán)境、施工工期、占地面積等方面都優(yōu)于其它方案。在實(shí)際工程中，方案選取要結(jié)合工程的自身特點(diǎn)、適用條件以及施工環(huán)境和經(jīng)濟(jì)因素等綜合影響后確定。

2.2 框架梁板構(gòu)件加固處理

1)框架梁加固處理

梁支座附近斜裂紋的處理，對(duì)于梁上支座附近和集中荷載作用處的斜裂紋，如果是因?yàn)榱后w抗剪承載力不足引起構(gòu)件抗剪承載力降低，加固設(shè)計(jì)主要是解決如何提高構(gòu)件抗剪承載力的問(wèn)題，可采取結(jié)構(gòu)膠粘貼鋼板剪力箍的方法進(jìn)行處理，鋼板表面抹1：3水泥砂漿20mm厚[5]。

如框架主梁端部箍筋配置情況不能滿足現(xiàn)行規(guī)范最小配箍率要求，加固設(shè)計(jì)時(shí)也可采用梁端粘貼U型碳纖維布提高構(gòu)件抗剪能力。

2)框架樓板加固

如果樓板由于樓板厚度減少導(dǎo)致跨中抗彎承載力不足，加固設(shè)計(jì)時(shí)可采用板底粘貼碳纖維布提高樓板的抗彎承載力[6]。

對(duì)于樓板混凝土非結(jié)構(gòu)性垂直裂縫（由溫度收縮、碳化、干燥等原因引起），一般對(duì)結(jié)構(gòu)的承載力影響不大，可僅采用結(jié)構(gòu)膠灌注劑加壓注入裂縫進(jìn)行封閉加固處理。

3 施工技術(shù)要求

結(jié)合多年建筑承重結(jié)構(gòu)加固處理經(jīng)驗(yàn)，本文重點(diǎn)對(duì)粘鋼加固、粘貼碳素纖維加固和外包鋼加固的施工流程及主要技術(shù)要求進(jìn)行必要的梳理歸納。

3.1 粘鋼加固法施工技術(shù)要求[7]

1）粘鋼加固的施工工藝流程

粘鋼加固的施工工藝流程如圖2所示。

2）主要技術(shù)要求

(1)對(duì)鋼板粘貼面必須進(jìn)行粗糙、除銹處理，用角磨機(jī)打磨鋼板表面直至出現(xiàn)金屬光澤，打磨的紋路應(yīng)與鋼板受力方向垂直。

(2)清除混凝土表面油垢和其它雜物，用角磨機(jī)打磨混凝土表面至露出新面并用壓縮空氣吹凈表面浮塵，最后用棉布沾丙酮拭凈表面，待粘貼面完全干燥后備用。

圖2 粘鋼加固的施工工藝流程圖

(3)為了保證粘鋼板與混凝土表面充分接觸，要采用輔助機(jī)械手段施加壓力，如梁下粘鋼板通過(guò)千斤頂、墊板、頂桿所組成的系統(tǒng)加壓固定，梁上粘鋼板通過(guò)膨脹螺栓、角鋼、墊板所組成的系統(tǒng)加壓固定。

(4)用膩刀將配制好的膠粘劑涂抹在鋼板表面 (或混凝土表面)，膠斷面呈三角形狀（中間厚約3mm，邊緣厚約1mm），然后通過(guò)固定加壓系統(tǒng)將鋼板粘貼在混凝土表面，加壓時(shí)以膠液從鋼板邊縫擠出為度。

3.2 粘貼碳素纖維加固施工技術(shù)要求[8]

1）粘貼碳素纖維加固的施工工藝流程

粘貼碳素纖維加固的施工工藝流程如圖3所示。

圖3 粘貼碳素纖維加固的施工工藝流程

2）主要施工技術(shù)要求

(1)施工時(shí)必須做好用電安全技術(shù)交底，要保證電源及電氣設(shè)備與施工現(xiàn)場(chǎng)安全距離，操作人員要采取必要的安全防護(hù)措施。

(2)用打磨工具先去除混凝土表面的浮塵、油污等雜質(zhì)，然后重點(diǎn)對(duì)易產(chǎn)生應(yīng)力集中和影響粘貼的部位進(jìn)行打磨處理。如將轉(zhuǎn)角粘貼處打磨成圓弧狀（R≥20mm）進(jìn)行倒角處理、對(duì)加固構(gòu)件混凝土表面的凸出部位進(jìn)行磨平處理等。

(3)將粘貼膠均勻涂刷在處理好的混凝土表面，膠底厚度≤0.4mm，無(wú)流淌、氣泡現(xiàn)象發(fā)生。

(4)為保證施工質(zhì)量，提高效率，通常在現(xiàn)場(chǎng)剪裁粘貼碳纖維布，且其長(zhǎng)度≤3m。粘貼完畢，最外層碳纖維布還要做涂抹粘貼膠料和噴裹石英砂（2mm厚）的外表面處理。有防火要求的需進(jìn)行必要的防護(hù)處理。

3.3 外包鋼加固施工技術(shù)要求

1）外包鋼加固施工工藝流程

外包鋼加固施工工藝流程如圖4所示。

圖4 外包鋼加固施工工藝流程圖

2）主要技術(shù)要求

(1)加固前應(yīng)嚴(yán)格控制各樓層和屋面在正常使用期間的使用荷載，尤其是活荷載。各樓層活荷載標(biāo)準(zhǔn)值宜限制在1.0kN/m2以內(nèi)，不應(yīng)超過(guò)1.5kN/m2。

(2)裝修抹灰時(shí)應(yīng)在水泥砂漿中滲入適量的環(huán)氧樹脂。

(3)進(jìn)行橫向框架梁加固施工時(shí)，要鏟除梁表面的粉刷層和開裂破損層，并對(duì)梁內(nèi)鋼筋作除銹沖洗處理；同時(shí)將梁端部左、右、下側(cè)的混凝土加固層（50mm×2mm范圍）進(jìn)行徹底清除。

(4)通常采用外包厚度10mm 鋼板套箍、內(nèi)填50mm厚(其中梁下側(cè)內(nèi)填 70mm 厚)C35細(xì)石混凝土進(jìn)行加固。

4 結(jié) 語(yǔ)

混凝土框架結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的原因與設(shè)計(jì)、施工、使用和材料等多種因素密切相關(guān)，針對(duì)不同的裂縫采取不同的控制和加固措施是必須的?？蚣芙Y(jié)構(gòu)梁板構(gòu)件加固方法的選擇，應(yīng)針對(duì)結(jié)構(gòu)功能降低及加固的具體原因，依據(jù)結(jié)構(gòu)的可靠性鑒定結(jié)果，結(jié)合工程的自身特點(diǎn)、適用條件以及施工技術(shù)、使用功能、經(jīng)濟(jì)合理等因素確定。

[1]王鐵夢(mèng).工程結(jié)構(gòu)裂縫控制.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社[M],1997,5～6.

[2]混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].GB50010-2002,北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002.

[3]混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范[s].GB50367-2006,北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2006.

[4]聶淑華,翟愛(ài)良,劉春偉框架結(jié)構(gòu)承重構(gòu)件的常見(jiàn)裂縫及加固處理[J].山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2006,37(1):79～82

[5]劉玉林,徐福泉.框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件裂縫檢定及修復(fù)[J],建筑科學(xué),2004(12):40～42.

[6]婁學(xué)軍，鋼筋混凝土板常見(jiàn)裂縫的成因分析及防治[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2003,(6):52～54.

[7]段爾煥,李淑蘭等.工程安全鑒定與加固技術(shù)[M].北京:人民交通出版社,2004:18～22

[8]李松輝，趙國(guó)藩，王松根粘貼碳纖維布加固鋼筋混凝土預(yù)裂梁試驗(yàn)研究[J].土木工程學(xué)報(bào),2005,(10):88～92.