受压钢筋混凝土柱的受力托换

　　摘要：论述在加固项目中，通过设计临时钢结构进行受压钢筋混凝土柱的受力托换，同时阐述受力托换的主要程序和关键工序，确保原钢筋混凝土结构的安全，为受压钢筋混凝土柱的加固提供了一种可靠方法。
　　关键词：加固；受力托换；用途延伸
　　在已使用的钢筋混凝土结构中，钢筋混凝土柱或许因为种种原因不能继续发挥其正常承载力功能而需进行加固，为确保加固施工过程中原钢筋混凝土结构的安全，需用临时结构承受原钢筋混凝土柱的受力。本文通过已施工的某加固项目为实例，阐述在加固项目中受压钢筋混凝土柱的受力托换设计与施工要点。
　　一、准备工作
　　准备工作包括调查研究和结构检测两个方面。
　　1、调查研究：
　　加固施工前必须对已使用的钢筋混凝土结构进行调查研究，全面了解和掌握结构的各项技术指标，为此采用三次调查进行综合研究评价的方法进行。
　　⑴、初步调查：
　　①、初步调查的主要内容包括：建筑物概况、建筑物规模、图纸与资料、建筑物历史变迁、建筑物内外环境、业主有关人员的意见。
　　②、通过初步调查要求了解原建筑物的总体情况，为详细调查提供证据和资料。
　　⑵、详细调查：
　　①、详细调查的主要内容包括：结构使用状况、地基与基础、结构材料、结构详细资料。
　　②、结构详细资料包括：结构尺寸、变形程度、裂缝情况、构件损伤情况、结构连接方式、梁板的刚度和承载力、结构振动特性。
　　③、通过详细调查要求掌握原钢筋混凝土结构的受力详细情况，为下一步的结构分析和结构计算提供依据。
　　⑶、分析总结：
　　①、分析总结的主要内容包括：结构试验、结构分析、结构计算。
　　②、通过分析总结得出原钢筋混凝土结构的承载力，为下一步受力托换设计提供可靠数据。
　　③、本文根据原有图纸及使用状况进行结构计算，得原建筑物二层○B列○2线钢筋混凝土柱最大轴向压力为Nmax=1000KN；计算长度L0=3.6m。
　　2、结构检测：
　　⑴、结构检测主要进行的内容包括：混凝土表面状况、混凝土强度、混凝土碳化深度、结构变形值、裂缝宽度和深度、钢筋锈蚀状况。
　　⑵、根据结构检测的数据并结合原设计计算出原钢筋混凝土柱、梁、板或地坪的实际承载力，为加固设计提供数据。
　　⑶、本文中原钢筋混凝土柱到了必须进行加固的受损程度。
　　二、受力托换设计
　　1、设计总体思路：
　　⑴、考虑原钢筋混凝土柱在完全不受力情况下，设计临时钢结构托换原钢筋混凝土柱的承载力，确保原钢筋混凝土结构的安全。
　　⑵、设计临时钢柱承载原钢筋混凝土柱的承载力。
　　⑶、在原钢筋混凝土梁底设置支承钢板，并在钢柱顶部焊接带螺栓的钢板，在支承钢板和柱顶钢板之间留一定间隙，利用扭力扳手按计算的每根钢柱的承载力调节螺栓，将钢柱的承载力反作用于原钢筋混凝土梁上。
　　⑷、选择其中二层受力较大且受损程度大的○B列○2线进行受力托换设计。
　　2、设计主要内容：
　　设计的主要内容包括：材料选用、原钢筋混凝土受力计算、临时钢结构布置、临时钢结构钢柱计算、螺栓计算、临时钢结构基础、临时钢结构与原钢筋混凝土梁的连接。
　　3、临时钢结构布置：
　　⑴、考虑到原钢筋混凝土柱加固施工完后临时结构需拆除，故临时结构采用钢结构。
　　⑵、○B列○2线临时钢结构平面布置示意图：如下图1。

○B列○2线临时钢结构平面布置示意图
　　4、临时钢结构详图：
　　⑴、临时钢结构详图：如下图2。

临时钢结构详图
　　⑵、临时钢结构柱顶钢板详图：如下图3。

临时钢结构柱顶钢板详图
　　⑶、梁底支承钢板详图：如下图4。

梁底支承钢板详图
　　5、材料选用：
　　为了便于材料采购和现场制作，梁底支承钢板和柱顶钢板选用20mm厚Q235钢板，其余选用10mm厚Q235钢板，连接用膨胀螺栓选用Ø16。
　　6、原钢筋混凝土柱受力计算：
　　由上述知二层○B列○2线钢筋混凝土柱最大轴向压力为Nmax=1000KN；计算长度L0=3.6m。
　　7、临时钢结构钢柱计算：
　　⑴、临时钢结构钢柱选择：考虑到钢柱顶部中心线两侧需对称设置螺栓，钢柱选用工字钢。
　　⑵、考虑的计算条件：
　　①、钢柱计算按两端简支考虑。
　　②、考虑到因施工原因造成的临时钢柱受力的不均衡性，临时钢柱按3根承载原钢筋混凝土柱的受力进行计算。
　　⑶、临时钢结构钢柱计算：
　　每根临时结构柱轴向压力为Nmax=1000/3=333.33KN；
　　临时结构柱选择І16，其【N】=377.3KN＞Nmax=333.33KN；
　　故钢柱满足要求。
　　⑷、根据结构检测的数据并结合原设计，柱顶钢板选用300×400满足要求。
　　8、螺栓计算：
　　⑴、螺栓选择：根据临时钢结构每根钢柱最大轴向压力Nmax，拟每根临时钢柱上选用6颗普通5.6级Ø22螺栓。
　　⑵、螺栓验算：
　　每颗螺栓所受剪力Tmax=333.33/6=55.56KN,
　　其σmax=55560/380.1=146.17N/mm2＜【fvb】=190N/mm2；
　　故螺栓满足要求。
　　9、临时钢结构基础：
　　⑴、临时钢结构基础设计：
　　①、考虑到施工成本及施工工期的因素，利用原结构作为临时钢结构的基础。
　　②、临时钢结构如位于底层时，则利用原有混凝土地坪作为临时钢结构的基础。
　　③、临时钢结构如位于二层或以上时，则利用钢筋混凝土梁作为临时结构的基础，并在下层钢筋混凝土柱上设置钢牛腿承载临时钢结构所传荷载。
　　④、用磨光机将原基础面或楼面混凝土磨平，并将膨胀螺栓与钢柱底板焊接。
　　⑵、临时钢结构位于底层时其底板计算：
　　①、根据原设计图纸并结合结构检测数据，得出其地坪的承载力为Q1KN/mm2。
　　②、其底板面积Smin=333.33/Q1。
　　⑶、临时钢结构位于二层或以上时其底板计算：
　　①、根据原设计图纸并结合结构检测数据，算出原钢筋混凝土梁的承载力为Q2kn/mm2。
　　②、其底板面积Smin=333.33/Q2，
　　⑷、根据结构检测的数据并结合原设计，柱底顶钢板选用400×500满足要求。
　　10、临时钢结构与原钢筋混凝土梁的连接：
　　⑴、临时钢结构与原钢筋混凝土梁的连接设计：
　　①、用磨光机将原钢筋混凝土梁面磨平，用膨胀螺栓锚入原钢筋混凝土梁内，并与梁侧面连接钢板连接；然后将梁侧板与梁底支承钢板焊接。
　　②、临时结构与钢筋混凝土梁的连接，如上图2所示。
　　③、临时钢结构与原钢筋混凝土梁的连接采用现场制作现场拼装的方式进行。
　　⑵、梁底支承钢板计算：
　　①、按上述临时钢结构位于二层或以上时其底板计算的方法，计算梁底支承钢板的面积。
　　②、根据结构检测的数据并结合原设计，梁底支承钢板选用300×400满足要求。
　　三、受力托换
　　1、受力托换准备工作：
　　受力托换准备工作主要包括：工器具准备、临时钢结构制作、原钢筋混凝土梁磨平等工作。
　　2、受力托换的主要内容：
　　⑴、受力托换的内容主要包括：临时结构安装、加力等。
　　⑵、受力托换的关键工序是加力。
　　3、临时钢结构安装：
　　⑴、临时钢结构安装的主要程序为：临时钢结构与原钢筋混凝土梁的连接板及梁底支撑板安装→钢柱底板安装→钢柱安装→钢柱顶部钢板与梁底支撑板的连接钢板安装。
　　⑵、临时钢结构安装的关键在于必须确保，梁底支承板中心线与钢柱中心线在同一垂直线上。
　　4、加力：
　　⑴、加力的主要程序为：螺栓预紧→对角两颗螺栓加力到计算值的80%→另外两颗对角螺栓加力到计算值的80%→中间两颗螺栓加力到计算值的80%→对角两颗螺栓加力到计算值的95%→另外两颗对角螺栓加力到计算值的95%→中间两颗螺栓加力到计算值的95%→对角两颗螺栓加力到计算值的100%→另外两颗对角螺栓加力到计算值的100%→中间两颗螺栓加力到计算值的100%。
　　⑵、加力前根据每颗螺栓的受力计算出扭矩，然后根据扭力扳手的读数控制所加扭矩的大小。
　　⑶、加力的关键是调紧螺栓时需两两同时进行。
　　四、临时钢结构拆除
　　1、临时钢结构拆除的主要程序为：两两对称同时松开螺栓→钢柱顶部钢板与梁底支承钢板的连接钢板拆除→钢柱拆除→临时钢结构与原钢筋混凝土梁的连接板及梁底支承板拆除→钢柱底板拆除。
　　2、加固的钢筋混凝土柱强度达到设计强度的100%后，才能拆除临时钢结构。
　　3、经相关部门对加固的钢筋混凝土柱验收合格后，才能拆除临时钢结构。
　　五、沉降观测
　　1、在原钢筋混凝土柱的主要受力面埋设沉降观测点。
　　2、临时钢结构拆除前与拆除后各观测一次，在之后的一个月内每隔7天观测一次。
　　六、受力托换用途的延伸
　　受力托换设计的用途非常广泛，既可以用于加固项目，也可以用于改造项目。比如在某些改造项目中往往需拆除某根柱子，此时就可用上述受力托换的设计方法。
　　