車英明 熊泉祥

西安建筑科大工程技術(shù)有限公司 陜西 西安 710000

隨著城市的發(fā)展日趨成熟與飽和，如何在已有的限制條件下為舊建筑注入新的生命力，完成舊建筑的重生成為近幾年關(guān)注的熱點問題。因此，業(yè)主往往要求對其所使用的舊建筑進行適當?shù)母脑?，如常常希望能抽除某些樓層的柱，以擴大使用空間。本文從某項目的工程實踐的角度出發(fā)，介紹了采用預應力與增大截面相結(jié)合的方式解決舊建筑抽柱加固改造的方法[1]，力求為同類項目提供參考。

1 結(jié)構(gòu)概況

某商場原結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，始建于2010年，抗震設(shè)防烈度為8度(0.20g)，設(shè)防類別為丙類，柱距以8.2m為主。根據(jù)新業(yè)主需求，現(xiàn)有建筑格局及使用功能與原設(shè)計有所不同，需對原結(jié)構(gòu)按現(xiàn)有建筑使用功能進行改造加固設(shè)計[2]。

結(jié)構(gòu)改造主要涉及兩種類型，如圖所示：

局部抽柱[3]，原結(jié)構(gòu)梁跨度由8.2m變成16.4m；

局部樓蓋開扶梯洞口，原結(jié)構(gòu)梁由跨度為8.2m的框架梁變成4～6m的懸挑梁。

圖2 抽柱類型2

2 抽柱后結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析

抽柱后與該柱柱頂相連的梁的跨度成倍增加，同時結(jié)構(gòu)的外荷載作用效應也會隨之發(fā)生較大的變化。如圖3所示抽去柱Z0前，該柱兩側(cè)的梁截面承受較大的負彎矩ML和MR，抽柱后，卻承受較大的正彎矩M0。抽柱前后，結(jié)構(gòu)的外荷載傳遞路徑發(fā)生改變，導致原來梁的配筋形式不再適用。

圖3 抽柱之前

圖4 抽柱之后

3 加固施工方案設(shè)計

卸除框架梁的上部荷載，在待拆除框架柱上使用水鉆定位排孔，切割洞口，洞口大小根據(jù)梁截面大小確定，對洞口上部及底部進行找平，保證支撐穩(wěn)定性。具體步驟如下：

臨時支撐措施：在開洞位置下部鋪設(shè)10mm鋼板，然后安裝千斤頂及支撐型鋼；頂升千斤頂，監(jiān)測受力情況，當受力情況滿足支撐要求時，切割兩側(cè)剩余砼。

增大截面：千斤頂頂升卸荷完成，保持千斤頂恒壓，切割兩側(cè)混凝土柱；綁扎增大截面梁鋼筋，布置預應力波紋管。然后進行支模灌注灌漿料。待灌漿料達到強度后張拉預應力筋。

加固完成后卸載：采用分級卸載，分級數(shù)不少于五級，通過變形監(jiān)測控制每級卸載值，同時觀察相關(guān)構(gòu)件和節(jié)點的位移變化，為后續(xù)卸載提供判斷依據(jù)。

抽柱切割：當灌漿料達到設(shè)計強度及預應力張拉完成后，撤掉支撐，完成本層混凝土柱的切割。

4 抽柱施工應急預案

本工程在實施過程中存在諸多不確定性因素，可能造成具體實施過程無法正常進行，需對不確定因素進行合理分析并制定相應緊急預案，確保在結(jié)構(gòu)安全的前提下完成抽柱拆除工作。

千斤頂頂升監(jiān)測：支撐前緩慢加載，實時監(jiān)測千斤頂處結(jié)構(gòu)受力，當頂升力值達到預定值時停止頂升，保持恒壓穩(wěn)定，滿足卸載要求再進行施工。應急預案：如有恒壓不穩(wěn)定時及時替換千斤頂，重新觀測千斤頂受力情況，直到千斤頂達到卸載要求。

拆柱監(jiān)測：支撐完畢后，拆除柱兩側(cè)混凝土，根據(jù)水鉆開孔順序?qū)崟r監(jiān)測結(jié)構(gòu)梁變形及位移情況，發(fā)現(xiàn)位移變化異常（偏離計算值）時立即停止開孔或切割。應急預案：如開孔時位移偏離計算值，停止開孔或切割，頂升千斤頂或增加臨時支撐。

加固完成后卸載過程中出現(xiàn)應力、應變等突變情況：本工程加固完成后，通過分級卸載的方式控制卸載過程中結(jié)構(gòu)的形態(tài)和變形，且混凝土構(gòu)件在卸載作用過程中出現(xiàn)內(nèi)力重分布。應急預案：緩慢分級卸載，第一級卸載值較小，出現(xiàn)突發(fā)情況時立即停止卸載，及時通報監(jiān)理和設(shè)計，以確定下一步卸載方案。

5 抽柱施工過程監(jiān)測

豎向位移監(jiān)測點，應在相應位置改造施工開始前一天進行初始數(shù)據(jù)測量，此后應每12小時進行一次豎向位移監(jiān)測，持續(xù)至相應位置施工結(jié)束后14天為止，施工過程中根據(jù)施工工法可適當加密監(jiān)測頻率，監(jiān)測點位置可根據(jù)施工情況進行輕微調(diào)整。

應變監(jiān)測點，應在相應位置改造施工開始前一天進行初始數(shù)據(jù)測量，在預應力張拉過程中應持續(xù)進行監(jiān)測，監(jiān)測頻率不小于5分鐘每次，張拉結(jié)束后應每1h進行一次應力監(jiān)測，持續(xù)至相應位置施工結(jié)束后5天為止，應變監(jiān)測點布置在該梁端支座截面處。

6 加固施工結(jié)構(gòu)安全性驗算

支撐方案受力模擬采用有限元計算軟件YJK 進行分析模擬。模擬分析抽柱支撐中二種受力情況：混凝土柱剩余部分支撐時的受力情況；支撐千斤頂?shù)男弯摿菏芰Ψ治觥?/p>

6.1 剩余部分短墻受力分析

恒荷載：按實際梁、板尺寸計算，考慮面層；活荷載：按1kN/m2施工荷載考慮；組合系數(shù)：恒、活系數(shù)均為1.0。

原混凝土柱中剔除矩形洞，豎向荷載由混凝土柱剩余部分承擔，荷載按不利情況考慮，取2跨×2跨模擬，中柱抽洞后采用兩段250×800mm2墻單元模擬，其余構(gòu)件截面同原設(shè)計，桿件配筋計算結(jié)果見圖5，抽柱位置處豎向變形見圖6。

圖5 梁柱計算配筋簡圖

圖6 抽柱位置豎向變形放大圖

可見在施工荷載組合下，計算配筋遠小于現(xiàn)有梁柱配筋，抽柱位置豎向位移0.08mm，變形在控制內(nèi)。

施工荷載組合下，抽柱位置兩段250×800mm2短墻X彎矩為0kN·m，Y向彎矩為4.2kN·m，見圖7、圖8。

圖7 短墻X向彎矩圖

圖8 短墻Y向彎矩圖

X方向彎矩為0，無需考慮；Y向彎矩計算時，不考慮鋼筋的有利作用，按素混凝土計算。按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50010-2010（2015年版）中，式（D.3.1-2）:

抗彎承載力為14.33kN，遠大于所承受荷載4.2kN。

綜上所述，可以認為柱中開孔方案，不存在結(jié)構(gòu)安全問題。

6.2 支撐千斤頂?shù)男弯摿菏芰Ψ治?/h3>

千斤頂按200×200mm2方柱考慮，鋼梁懸挑長度按450mm（從柱中心算起），型鋼截面為H500×270×16×25（Q345B），型鋼梁末端施加點荷載250kN。型鋼最大應力比0.16（受彎），0.14（穩(wěn)定），0.27（受剪），均小于0.3（圖9），型鋼梁末端最大位移為0.78mm，對應懸挑長度450mm的撓度值為1/577，變形較?。▓D10），因此抽柱施工過程可控。

圖1 抽柱類型1

圖9 型鋼梁應力比

圖10 型鋼梁端部豎向變形

7 抽柱施工過程

詳細施工過程不再贅述，監(jiān)測結(jié)果顯示，柱拆除后，梁跨中位置豎向位移小于1mm，與理論計算吻合較好。施工過程照片見圖11～圖12。

圖11 增大截面及預應力張拉完成

圖12 上層柱拔除

8 結(jié)語

加固改造工程有別于新建工程， 應兼顧結(jié)構(gòu)安全可靠性、施工便利性，充分考慮施工可行性和施工過程中的主體結(jié)構(gòu)安全。確定適合該工程的加固改造方案，并基于選定的加固改造方案給出合理而詳盡的施工步驟。

該工程從設(shè)計、施工到投入使用已近三年，實際建筑使用效果良好。該工程設(shè)計、施工中取得的經(jīng)驗可供其他類似工程參考。