李錫軍 繆冉

摘 ? ?要：混凝土建筑加固技術(shù)是現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工的重要內(nèi)容，本文研究了混凝土加固的材料和方法，以某住宅樓為例，擬定擴(kuò)建方案和結(jié)構(gòu)選型，著重分析了原有結(jié)構(gòu)中主要構(gòu)件的加固和節(jié)點(diǎn)處理，包括柱子補(bǔ)強(qiáng)及柱腳連接、鋼梁與混凝土柱的連接、加強(qiáng)新舊混凝土結(jié)合的措施等問題。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu);加固技術(shù);混凝土

1 ?引言

混凝土是現(xiàn)代建筑工程的重要材料，我國建筑采用混凝土材料已有近百年的歷史，隨著時(shí)間的推移，混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了不同程度的老化和損傷，由于設(shè)計(jì)缺陷或施工不當(dāng)可能造成混凝土結(jié)構(gòu)蜂窩、麻面、孔洞等質(zhì)量缺陷，導(dǎo)致開裂、傾斜、坍塌等重大事故。為此，研究混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義?；炷良庸碳夹g(shù)具有明顯的特點(diǎn)。首先，加固工程需要拆除或清理部分混凝土結(jié)構(gòu);其次，加固設(shè)計(jì)要對原有混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)算和復(fù)核，判斷現(xiàn)有混凝土的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求的差異;第三，協(xié)調(diào)新、舊兩種混凝土材料的交界面，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性。建筑混凝土結(jié)構(gòu)加固要遵循整體效應(yīng)的原則，即把握結(jié)構(gòu)加固的宏觀效果;遵循構(gòu)建加固和結(jié)構(gòu)體系加固相結(jié)合的原則，即通過增強(qiáng)結(jié)構(gòu)材料的力學(xué)性能，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)構(gòu)建之間的連接強(qiáng)度，多方面改善受力情況。

2 ?混凝土結(jié)構(gòu)加固的材料和方法

2.1 ?材料

常見的混凝土加固材料有鋼材及焊接部件、水泥及混凝土、纖維及復(fù)合材料、膠黏劑、外加劑等。Q235熱軋鋼筋、HRB335熱軋帶肋鋼筋是常見的加固鋼筋材料，具有較好的焊接性能和防脆裂性能。鋼材的連接可采用螺栓連接、擠壓套筒連接等冷連接方式，亦可采用焊接等熱連接方式。水泥強(qiáng)度等級不宜低于42.5級，通常為32.5級、42.5級或52.5級，水泥存放期限不得超過3個(gè)月。保障新澆混凝土和原混凝土緊密、有效粘結(jié)是加固混凝土的重要技術(shù)要求，新澆筑混凝土的強(qiáng)度等級應(yīng)比原結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度等級高出一級，且不應(yīng)低于C20。纖維加固是利用FRP（樹脂結(jié)構(gòu)膠材料）在結(jié)構(gòu)臨界破壞上補(bǔ)強(qiáng)，具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕的特點(diǎn)。膠黏劑的主要功能是保障原有結(jié)構(gòu)與加固結(jié)構(gòu)的良好連接，具有可灌性、耐久性、高粘結(jié)強(qiáng)度。常見的外加劑有減水劑、早強(qiáng)劑、引氣劑、緩凝劑等，用以改善混凝土結(jié)構(gòu)的性能，加強(qiáng)新舊結(jié)構(gòu)的連接強(qiáng)度。

2.2 ?方法

混凝土建筑結(jié)構(gòu)加固改造可分為直接加固法和間接加固法。

直接加固法包括加大截面、混凝土置換法、外包鋼加固法、黏貼纖維復(fù)合材料法。加大截面法是指增大截面尺寸、增加受力配筋，從而提高建筑結(jié)構(gòu)承載力的方法。該方法施工簡便、技術(shù)成熟、質(zhì)量易于控制，但可能占據(jù)原有建筑空間?；炷林脫Q法是清除建筑結(jié)構(gòu)中，混凝土強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)或嚴(yán)重質(zhì)量缺陷的部位，并替換新混凝土。該方法的缺點(diǎn)是作業(yè)時(shí)間長、清除混凝土工作量大，同時(shí)需要增設(shè)部分加固設(shè)施。外包鋼加固法即是用鋼板、角鋼等將混凝土構(gòu)建包裹起來，以此增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗壓能力，該方法操作簡便、強(qiáng)度較高、施工時(shí)間短、具有廣泛的運(yùn)用前景。黏貼纖維復(fù)合材料法是將高強(qiáng)度纖維織物或預(yù)成型板材黏貼于加固構(gòu)建表面，該方法對受拉和受壓承載不足的加固具有較好效果，適用于建筑抗震加固。間接加固法可分為增加支撐法、預(yù)應(yīng)力法。增加支撐法即通過減小結(jié)構(gòu)跨度、改變結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布的方式，提高結(jié)構(gòu)承載力。常用于搶險(xiǎn)工程或?qū)Υ罂缈臻g要求不高的建筑，該方法受力明確、安裝簡便、結(jié)構(gòu)穩(wěn)固。預(yù)應(yīng)力法是通過設(shè)置外預(yù)應(yīng)力拉桿或撐桿的方式，改變原結(jié)構(gòu)內(nèi)力部分模式，從而降低建筑結(jié)構(gòu)承載力。根據(jù)工程實(shí)例和建筑結(jié)構(gòu)要求，選擇合理的加固材料和方法是實(shí)施混凝土建筑結(jié)構(gòu)加固工程的關(guān)鍵。

3 ?工程概況

該高層建筑始建于20世紀(jì)90年代，總建筑面積1.1萬方，地上16層（其中1-2層為裙房，3-16層為住宅），地下2層。住宅樓為員工經(jīng)濟(jì)適用住房，為改善員工住房條件，節(jié)約建設(shè)投資，同時(shí)，最大限度的利用建筑空間，擬將建筑南側(cè)和北側(cè)向外擴(kuò)建，頂層加蓋一層，以此拓展建筑面積。這樣，原建筑外墻就變成了建筑內(nèi)墻，建筑承重結(jié)構(gòu)和承重能力發(fā)生了較大變化。住宅樓原為預(yù)制梁、板、柱裝配整體式框架剪力墻結(jié)構(gòu)箱形基礎(chǔ)由600mm厚的基礎(chǔ)底板，400mm厚的外側(cè)墻，300mm厚的內(nèi)側(cè)墻組成。

4 ?擴(kuò)建方案及結(jié)構(gòu)選型

為了有效的擴(kuò)充建筑面積，使擴(kuò)建后的住宅樓更為適用、經(jīng)濟(jì)、美觀。建筑擴(kuò)建方案及結(jié)構(gòu)選型遵循以下原則：首先，擴(kuò)建后建筑箱型基礎(chǔ)的布局和承載能力適宜，滿足JGJ 5—80《高層建筑箱型基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》的要求。其次，擴(kuò)建后的建筑應(yīng)具有較好的抗震性能，并滿足GBJ 11—89《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，本地區(qū)的抗震級別設(shè)定為8級。第三，建筑原有平面布局和改建后的建筑布局應(yīng)基本一致，并做到均勻、規(guī)則，防止剛度突變，豎向布置沿高度方向結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度變化均勻，使擴(kuò)建后的建筑形體能夠滿足JGJ 3—91《鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》的要求。第四，擴(kuò)建部分自重較輕，與原有建筑可靠連接。第五，施工中應(yīng)采用工期短、噪音小、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高的施工方法。因此，在部分位置推薦采用鋼結(jié)構(gòu)組合樓板，發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)樓板體系自重輕、抗震性好、施工簡易的特點(diǎn)。根據(jù)結(jié)構(gòu)選型方案，開展結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析。結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析是實(shí)施加固施工的前提，永久荷載按實(shí)際取值，可變荷載根據(jù)GBJ 9—87《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》確定，本項(xiàng)目的風(fēng)荷載采用標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)壓為0.35kN/m2×1.1=0.385kN/m2;地震作用采用8度震級，丙類建筑，抗震級別設(shè)為二級。荷載組合方式應(yīng)滿足GBJ 9—87《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》的要求。原有建筑為框架剪力墻體系，加固采用鋼結(jié)構(gòu)體系，結(jié)構(gòu)復(fù)合中假設(shè)鋼梁與鋼柱、混凝土鉸接，經(jīng)三維模擬和驗(yàn)算，滿足GBJ 9—87《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》為限。

5 ? 原有結(jié)構(gòu)中主要構(gòu)件的加固和節(jié)點(diǎn)處理

該項(xiàng)目實(shí)施建筑加固，應(yīng)著重關(guān)注三個(gè)問題。即柱子補(bǔ)強(qiáng)及柱腳連接、鋼梁與混凝土柱連接、新舊混凝土結(jié)合。

5.1 ? 柱子補(bǔ)強(qiáng)及柱腳連接

原建筑裙房邊柱的截面尺寸為360mm×360mm，為鋼筋混凝土偏心柱，僅承受兩層的荷載，現(xiàn)若將建筑擴(kuò)展至17層，則應(yīng)對建筑支撐柱進(jìn)行加固。常見的加固方法有三種：一是當(dāng)荷載不大時(shí)，可采用等肢或不等肢角鋼補(bǔ)強(qiáng);二是對較小的偏心受壓柱，可采用不等厚圍套補(bǔ)強(qiáng);對較大的偏心柱，可采用雙面圍套或單面圍套進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。本項(xiàng)目中，兩側(cè)裙房上增設(shè)了建筑面積，荷載增加幅度較大，較難采用角鋼補(bǔ)強(qiáng)。原柱子生根于箱型基礎(chǔ)的外墻上，如果用雙面等厚度或不等厚的圍套補(bǔ)強(qiáng)，則會將地下室周邊的土挖開后再回填。本項(xiàng)目周邊緊鄰市政道路，施工場地有限，施工條件苛刻，該施工方案可能影響周邊交通組織，并加大作業(yè)量。

為此，本項(xiàng)目采用單圍套室內(nèi)補(bǔ)強(qiáng)法。將柱的界面尺寸由360mm×360mm擴(kuò)增至360mm×660mm，考慮到新增柱網(wǎng)與箱型基礎(chǔ)應(yīng)有可靠連接，這樣才能承受地震產(chǎn)生的彎矩。但是，原裙房基礎(chǔ)中，箱型基礎(chǔ)的頂板厚度僅為250mm，尚不能滿足錨固的要求。因此，在箱形基礎(chǔ)中加強(qiáng)柱的下方設(shè)置混凝土柱墩，使所有的加強(qiáng)柱均生根于基礎(chǔ)底板上，滿足柱腳的固接要求。新增加鋼柱與混凝土加強(qiáng)柱的連接采用普通鋼柱固接法。由地腳螺栓穿過二層樓板錨固在下一層的柱子中，有些螺栓必須錨固在原有的混凝土柱中。因此，施工中必須打孔，施工工序按螺栓定位、鉆孔、清孔吹干、錨固地腳螺栓的順序進(jìn)行。

5.2 ?鋼梁與混凝土柱的連接

在框架中，梁柱節(jié)點(diǎn)通常采用剛接。但本項(xiàng)目原裝配整體式結(jié)構(gòu)中，梁柱節(jié)點(diǎn)處鋼筋排列錯(cuò)綜復(fù)雜。為了不切斷主要受力鋼筋，應(yīng)采用鋼筋探傷儀，查出鋼筋位置后確定錨固的具體位置。埋錨栓是采用在混凝土柱上水平鉆孔、清洗、吹干、灌膠、插入螺栓的施工方法進(jìn)行，在施工質(zhì)量上較難達(dá)到和地腳螺栓相同的預(yù)埋效果?；谏鲜龇治?，本項(xiàng)目將鋼梁與混凝土之間的連接做成鉸鏈連接形式，梁端剪力通過鉸鏈傳遞給錨栓。

5.3 ? 加強(qiáng)新舊混凝土結(jié)合的措施

強(qiáng)化建筑加固前后混凝土的的結(jié)合性能是確保建筑加固改造成功的關(guān)鍵。為此，本項(xiàng)目采取以下措施。對柱網(wǎng)而言，要去除原有柱表面面層，用風(fēng)鎬鑿毛，露出原有柱子中的鋼筋，將柱子表面的灰塵清洗干凈，將補(bǔ)強(qiáng)柱中的箍筋和鋼筋焊牢，捆扎鋼筋，設(shè)置支撐模板并澆筑混凝土。對箱型基礎(chǔ)，柱墩中的配筋為構(gòu)造配筋，新舊混凝土之間的粘結(jié)力是通過混凝土墻上的鋼板傳遞的。經(jīng)過現(xiàn)場試驗(yàn)，結(jié)構(gòu)膠的粘結(jié)力遠(yuǎn)大于混凝土自身的抗剪抗拉強(qiáng)度。

6 ?結(jié)語

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)是土木工程領(lǐng)域的前沿和熱點(diǎn)。結(jié)構(gòu)加固技術(shù)具有多變性和特殊性，要根據(jù)不同項(xiàng)目的實(shí)際情況和各種加固措施的應(yīng)用效果，綜合考慮結(jié)構(gòu)加固中整體和局部、臨時(shí)和長久、構(gòu)件和材料的關(guān)系，確定結(jié)構(gòu)加固方案。本文以某住宅建筑的擴(kuò)建為例，分析混凝土加固的技術(shù)措施和結(jié)構(gòu)選型，并著重闡述了原有結(jié)構(gòu)加固節(jié)點(diǎn)的具體方案，具有一定的理論和實(shí)踐意義。

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