鋼結(jié)構(gòu)加層改造工程柱腳節(jié)點(diǎn)處理與組合樓板的應(yīng)用

趙健

陜西冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司（710032）

鋼結(jié)構(gòu)加層改造工程柱腳節(jié)點(diǎn)處理與組合樓板的應(yīng)用

趙健

陜西冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司（710032）

原廠房加層改造項(xiàng)目中，為保持結(jié)構(gòu)整體性，需對柱腳進(jìn)行加固。為獲取較為理想處理效果，這里采用外粘鋼板法，并結(jié)合工程實(shí)例，對壓型鋼板—混凝土組合樓板特點(diǎn)、分類、功能等進(jìn)行系統(tǒng)論述。

鋼結(jié)構(gòu)；加層；柱腳連接；壓型鋼板；組合樓板

0 引言

工程位于陜西省西安市，對原廠房進(jìn)行加層改造,用于商業(yè)廣場。原廠房混凝土框架結(jié)構(gòu)共三層，現(xiàn)設(shè)計(jì)對原結(jié)構(gòu)二、三層各增加一層鋼結(jié)構(gòu)，即現(xiàn)為五層?？拐鹪O(shè)防烈度為8度（設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.20 g，設(shè)計(jì)地震分組第一組）?？拐鹪O(shè)防類別:丙類。防火等級:二級。地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級:丙級。加建后商業(yè)廣場底面積5 500 m2。

1 柱腳剛性連接設(shè)計(jì)

加層改造工程中，鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)水平荷載傳遞變化不大，豎向荷載傳遞鋼結(jié)構(gòu)相對較小。新加結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)構(gòu)件材料、截面慣性距、質(zhì)量都不同，即存在各層豎向剛度突變，因此水平方向的風(fēng)荷載在地震作用下會產(chǎn)生明顯的鞭梢效應(yīng)。為保證加層鋼結(jié)構(gòu)的抗震性能以及新舊結(jié)構(gòu)的整體性，必須對鋼框架柱腳節(jié)點(diǎn)進(jìn)行加固處理。

1.1 框架柱加固方法

1）對框架柱常用處理辦法為增大截面法和外包鋼法。2）增大截面法特點(diǎn):施工周期長，費(fèi)用相對低，影響部分建筑觀賞及使用功能。3）外包鋼法的特點(diǎn)：施工周期短，費(fèi)用高，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的剛度、強(qiáng)度。

1.2 常用柱腳連接方法

1）化學(xué)螺栓連接。在原有柱頭上直接鉆孔，植入柱內(nèi)與過渡鋼板黏接，待結(jié)構(gòu)膠硬化后安裝鋼柱。通過抗拉力值的檢測，錨固鋼筋主要損壞形式有三種:螺栓或鋼筋損壞、膠體損壞和基材損壞?；瘜W(xué)螺栓連接施工方便，但結(jié)構(gòu)膠耐久性、施工質(zhì)量的可靠性有待提高，節(jié)點(diǎn)抗震也沒有增強(qiáng)。

2）U型箍連接。當(dāng)增加一層或加層內(nèi)力較小，可以采用U型螺栓連接法。即在鋼柱下部梁用U型螺栓，梁頂跟鋼板用螺栓連接或鉆孔塞焊。U型箍連接施工方便，但不提高節(jié)點(diǎn)受力能力。

3）柱中鋼筋直接連接。當(dāng)原混凝土柱頂配筋密集，無法采用直接鉆孔連接法，而用柱筋作為連接鋼筋，即在柱內(nèi)選擇位置合適的主筋加熱調(diào)正并提到地板上開孔塞焊,在柱底鋪混凝土找平，鋼板與底板螺栓連接。柱中鋼筋直接連接不提高節(jié)點(diǎn)抗震性能，且鋼筋數(shù)量通常有限。

本工程因上部加建房屋而對下部結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固。經(jīng)過反復(fù)計(jì)算核定和成本比較，對原混凝土框架柱均采用外粘鋼板加固法，柱頂部、底部化學(xué)螺栓連接。（見圖1）。具體施工應(yīng)注意:鋼筋化學(xué)錨固的鉆孔間距及孔洞距構(gòu)件邊緣距離均不應(yīng)小于100 mm或4 d;鋼筋錨固前應(yīng)將鉆孔洗凈;錨固材料（如建筑結(jié)構(gòu)膠）未達(dá)到要求強(qiáng)度前，鋼筋不得擾動；采用建筑結(jié)構(gòu)膠錨固鋼筋時(shí)，錨固深度均不得小于設(shè)計(jì)要求（大于150 mm）；施工中應(yīng)采取措施避免鋼筋錨固后結(jié)構(gòu)膠受熱（如焊接等），梁底柱頂通過箍板粘鋼板固定，用化學(xué)錨栓連接。這種連接方式使上部結(jié)構(gòu)內(nèi)力有效地傳遞給下部結(jié)構(gòu)，且對原節(jié)點(diǎn)三向受力得到加強(qiáng),其抗震性能得到明顯提高。

圖1 JGZ加固施工實(shí)驗(yàn)

2 新加層組合樓板

2.1 壓型鋼板—混凝土組合樓板分為兩類

1）壓型鋼板僅做施工模板，除滿足施工荷載，板型無要求,施工完成后全部荷載由混凝土承受，這種樓板稱為非組合樓板。計(jì)算方法、配筋構(gòu)造完全遵照《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，壓型鋼板疊合面不需設(shè)計(jì)齒槽。

2）壓型鋼板不僅做施工模板，下部還充當(dāng)混凝土的受力鋼筋，與混凝土共同工作，這種樓板稱為組合樓板。壓型鋼板表面必須設(shè)置抗剪齒槽，用來抵抗疊合面之間的縱向剪力或垂直掀起力。本工程采用此類型組合樓板施工，厚度140 mm。

本工程單向板與梁搭接，彎矩分布類似連續(xù)梁（圖2），下部鋼筋和鋼板主要抵抗跨中彎矩，負(fù)筋主要抵抗支座處負(fù)彎矩，構(gòu)造筋焊于壓型鋼板，抗剪齒槽、栓釘提高了組合板的整體性、抗震性。

圖2 單向板與梁搭接關(guān)系圖

2.2 壓型鋼板—混凝土組合樓板優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn):自重輕，鋼材可回收利用，節(jié)省材料；施工速度快，樓板抗震性能、抗側(cè)向風(fēng)荷能力提高；高跨比大幅減小，減小樓層結(jié)構(gòu)剛度，樓板與梁整體現(xiàn)澆，提高了梁剛度；建筑上增加了空間，壓型鋼板底部溝槽造型獨(dú)特,可敷設(shè)室內(nèi)管線或裝飾吊頂，空間感美觀。

缺點(diǎn):混凝土與壓型鋼板黏合性不佳，壓型鋼板截面凹凸，極限狀態(tài)截面部分屈服，強(qiáng)度不被完全利用。

3 結(jié)論

通過本工程的增層改造設(shè)計(jì)施工，可以得到以下幾點(diǎn)體會:

1）為使加層后結(jié)構(gòu)的整體性、抗震性有效提高，加層鋼結(jié)構(gòu)、原混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)力有效傳遞,原混凝土框架柱腳節(jié)點(diǎn)處理,保證剛性連接是關(guān)鍵；對原混凝土框架柱均采用外粘鋼板加固法，柱腳采用化學(xué)螺栓連接。該措施使上部結(jié)構(gòu)內(nèi)力有效傳遞給下部結(jié)構(gòu)，且原節(jié)點(diǎn)三向受力得到加強(qiáng)，抗震性能得到明顯提高。

2）考慮到設(shè)計(jì)、施工中，新規(guī)范對荷載要求的提高，加層新增鋼構(gòu)荷載、拆除部分對原結(jié)構(gòu)的擾動等影響，需進(jìn)行整體驗(yàn)算，提高抗震性能。為提高原結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度，必須對原結(jié)構(gòu)采取加固措施，常用外粘鋼板法，部分施工情況應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場定。

3）結(jié)合工程實(shí)踐，大部分壓型鋼板—混凝土組合樓板為連續(xù)板構(gòu)造，這種構(gòu)造具有良好的抗震性能。組合樓板結(jié)合了混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)，鋼材環(huán)?？苫厥?，經(jīng)濟(jì)效益好。壓型鋼板是未來建筑的發(fā)展方向。

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