工程结构加固设计方法运用探讨

近几年来，世界范围内大地震频发，由于地震发生往往不可提前预知，所以地震对人们的生命和财产安全造成了巨大的损失。随着我国经济的高速发展，人民生活水平得到大幅提高，为保障人民生命和财产安全，对抗震能力不足的建筑物进行加固是很有必要的。在进行加固设计前，应对建筑物进行安全性、适用性和耐久性的检测和鉴定，鉴定的评估报告是抗震加固设计的重要依据。下面以某工程结构抗震加固设计为例，介绍了该工程中的柱、梁、板的不同加固方法，为抗震加固设计提供参考。

一、工程概况

某建筑工程原为6层框架结构(见图1),其中西座有5层;高约为24m,6 度抗震设防,Ⅱ类场地。柱、梁、楼板的混凝土强度等级都为C25。框架梁、柱截面主要尺寸分别为250×700,500×700。采用柱下独立基础。此建筑原作为写字楼使用、大开间的间隔;现建设单位要将其改造为小开间的公寓式酒店及健身中心, 而且西座还要增加2层。由于该建筑使用了10余年，功能改造后，有的部位不满足承载力要求和现行抗震规范要求，需进行加固处理。

二、工程的加固设计

经检测、鉴定及抗震验算,工程部分框架柱、框架梁及部分楼板的抗震承载力不满足现行规范要求,其余都符合《建筑抗震鉴定标准》中关于多层钢筋混凝土房屋鉴定的规定。在进行加固设计时,遵循对称加固的原则,使加固后建筑物的质量分布、刚度分布比较均匀,结构楼层综合抗震能力指数、构件的抗震承载力都有所提高,而且满足《建筑抗震鉴定标准》、《建筑抗震加固技术规程》的要求。以下主要介绍柱、梁、板不同加固方法的运用。

1 混凝土柱的加固

1.1 原混凝土柱的轴压比不满足要求。

此情况下采用加大柱截面法。但一部分钢筋混凝土柱由于建筑不允许在某一面加大柱截面。因此曾设计用图2所示的两种加固方法,最后认为图(b)的加固方法更为理想。理由如下:1)图 2(b)的方法虽然在建筑限制的方向超出了 25mm,但在与建筑专业协商后认为经过后期抹灰后,基本上不影响外观,也不会影响建筑的功能使用;2)采用一个封闭箍筋在整体性能和对施工质量的控制上都比采用图 2(a)的两个U 型箍筋要好得多;3) 由于原混凝土柱在施工时会由于种种原因使得柱的箍筋位置及间距出现偏差, 这就导致在凿开柱子的混凝土找出原箍筋并与图 2(a)新增U 型箍筋焊接的过程中,耗费大量的时间和人工;4)图2(b)的新加钢筋混凝土套超出原混凝土柱厚25mm的混凝土层,只是起保护封闭箍筋的作用,可代之以水泥砂浆抹上去,所以不必担心其因厚度太小而出现的蜂窝麻面而影响施工质量。

1.2原混凝土柱只有箍筋不满足要求。

此情况下采用封闭式粘贴碳纤维布的加固方法。此时,碳纤维布与原混凝土柱共同承担柱子的剪力。在按《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》的有关计算规定把碳纤维换算成柱的体积配箍率时,也必须要满足《混凝土结构设计规范》对柱端箍筋加密区的体积配箍率的要求。应该注意:采用碳纤维加固法时,必须保证原混凝土实际强度不能低于C20。

1.3原混凝土柱轴向承载力、纵向钢筋和箍筋不满足要求。

由于不能加大柱截面, 此时可采用湿式外包钢加固法。此法不但柱截面与原来差别不大,而且施工的进度较加大截面法快、成本较碳纤维加固法低。湿式外包钢加固原理是利用型钢与扁钢箍形成钢构套，钢构套对混凝土柱形成包裹约束，达到增强混凝土柱的轴向承载力；另外通过结构胶的剪力传递作用，外加型钢的强度又能补足混凝土构件内部受拉钢筋的不足，扁钢箍又能弥补混凝土构件箍筋不足。从而达到提高混凝土柱子的抗压、抗弯和抗剪承载力。

钢构套必须锚固在柱上下两端的梁柱节点内, 锚固的做法有两种情况:

(1)钢构套的竖向角钢(或竖向扁钢板)没有与原混凝土梁相交,而是直接穿过楼板,在混凝土柱周围继续做钢构套,直到满足锚固长度。

(2)钢构套的竖向角钢(或竖向扁钢板)与原混凝土梁相交,由于钢构套的竖向角钢(或竖向扁钢板)受到原梁内的钢筋阻挡,不能继续伸长,钢构套的锚固做法应采用图3所示的方法。

湿式外包钢加固法不适用于变截面构件、弧形截面构件。

2 混凝土梁的加固

工程大多数需要加固的梁的原配钢筋与现行规范要求相差较大,根据不同梁的实际情况,采用不同的加固方法，达到安全、经济的目的。

2.1 弧形梁的配筋不满足要求

弧形梁加固如图4所示, 在原结构梁的外围增加一个钢筋混凝土套。施工时沿梁两侧凿开100mm宽的槽,套上箍筋后灌入细石混凝土。此时应注意:因新加的受拉钢筋不能完全发挥其抗拉性能,故其强度应予以折减,折减系数为0.9。因在梁面上新增加梁端负筋比较困难,如果增大梁的截面后出现梁端所配负筋还没满足计算要求、但梁跨中所配正筋已满足设计要求的情况,则应运用梁内力塑性重分布的原理,适当加大梁跨中新增的纵筋面积。

图4

2.2悬臂梁配筋不满足要求

根据悬臂梁所处的实际情况,把粘贴钢板法与外加钢构套法有机地结合在一起,如图5所示。因悬臂梁的受力钢筋位于梁面,所以采用建筑用的高强粘结胶把钢板粘贴在梁面上,以承担悬臂梁的梁端负弯矩。《建筑抗震加固技术规程》规定:粘贴钢板与原构件宜采用胀管螺栓连接。但因胀管螺栓会影响日后楼面的正常使用,故用钢构套代替胀管螺栓把钢板与原悬臂梁连接在一起,以保证即使钢板与悬臂梁间高强粘结胶老化了,钢板与悬臂梁之间仍能共同协调变形。在施工时把钢板、角钢和钢缀板焊在一起,形成一个钢构套,钢构套与悬臂梁之间再施以压力灌浆,用高强粘结胶把整个钢构套与悬臂梁粘结在一起。梁面钢板在悬臂梁的支座处按图6所示的方法锚固。钢板的设计则是把钢板等效于受拉纵筋,钢缀板等效于箍筋;按《混凝土结构设计规范》的有关规定计算。