某化工廠房結(jié)構(gòu)檢測鑒定與加固設(shè)計

金居高 丁子文 張 杰 趙鵬舉

(1.浙江大學(xué)建筑設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州 310027； 2.杭州得固建筑特種工程技術(shù)有限公司，浙江 杭州 310000)

某化工廠房結(jié)構(gòu)檢測鑒定與加固設(shè)計

金居高1丁子文1張 杰1趙鵬舉2

(1.浙江大學(xué)建筑設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州 310027； 2.杭州得固建筑特種工程技術(shù)有限公司，浙江 杭州 310000)

以某三層混凝土框架結(jié)構(gòu)化工廠房為例，針對廠房結(jié)構(gòu)構(gòu)件鋼筋銹蝕膨脹、混凝土開裂的情況，對其進(jìn)行了檢測鑒定，并評定了其可靠性等級，根據(jù)現(xiàn)場檢測及結(jié)構(gòu)計算結(jié)果，提出了相應(yīng)的加固設(shè)計方案，同時對已有混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋進(jìn)行了阻銹處理，指出加固交付使用后，結(jié)構(gòu)性能良好，表明了該加固設(shè)計的合理性。

混凝土框架結(jié)構(gòu)，檢測鑒定，加固設(shè)計，鋼筋阻銹

1 工程概況

某化工廠房為地上3層混凝土框架結(jié)構(gòu)，該廠房長60.4 m，寬21.8 m，1層層高4.8 m，2層、3層層高3.6 m，總建筑面積約2 830 m2。基礎(chǔ)形式為柱下獨(dú)立基礎(chǔ)。于1992年6月設(shè)計建造。該廠房投入使用已有20余年，由于結(jié)構(gòu)長期處在帶有腐蝕性的生產(chǎn)環(huán)境下，鋼筋銹蝕膨脹，混凝土開裂，保護(hù)層脫落。從現(xiàn)場查看，局部構(gòu)件已進(jìn)行過加固處理，加固部位也有銹蝕的情況。因此需要對該結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的檢測，并根據(jù)檢測鑒定結(jié)果和《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范》對該廠房進(jìn)行加固設(shè)計。2層結(jié)構(gòu)平面圖見圖1。

2 現(xiàn)有結(jié)構(gòu)檢測及安全性評定

現(xiàn)有結(jié)構(gòu)檢測需要從構(gòu)件尺寸、承重構(gòu)件混凝土實際強(qiáng)度、混凝土裂縫、鋼筋銹蝕等情況進(jìn)行全面的測試及分析?，F(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)除個別梁柱因混凝土保護(hù)層剝落，尺寸減小外，大部分構(gòu)件尺寸與原設(shè)計基本一致。根據(jù)《鉆芯法檢測混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》CECS 03:2007，對建筑中柱混凝土抗壓強(qiáng)度進(jìn)行抽樣檢測，測得芯樣強(qiáng)度為31.6 MPa，混凝土構(gòu)件強(qiáng)度滿足原設(shè)計要求。構(gòu)件鋼筋數(shù)量滿足原設(shè)計要求，因銹蝕鋼筋直徑明顯減小，不滿足原設(shè)計強(qiáng)度的要求。本工程參照GB 50144—2008工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)，對廠房的結(jié)構(gòu)構(gòu)件、結(jié)構(gòu)系統(tǒng)分別進(jìn)行等級評定。結(jié)構(gòu)構(gòu)件評定如下：部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面完好，無破損、無銹蝕，屬于a級；部分構(gòu)件表面保護(hù)層有輕微破損，銹蝕率小于5%，屬于b級；多數(shù)構(gòu)件因為鋼筋銹蝕膨脹，混凝土開裂，鋼筋平均銹蝕率5%～30%，屬于c級(見圖2)；有兩處構(gòu)件混凝土梁開裂，鋼筋斷裂，銹蝕率大于30%，屬于d級(見圖3)。因此，承重結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的評定等級為c級：不符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的安全性要求，影響整體安全，應(yīng)采取措施，且可能有極少數(shù)構(gòu)件必須立即采取措施。

根據(jù)現(xiàn)場基礎(chǔ)沉降觀測，相鄰柱基最大沉降差8.3 cm，最小沉降差4.6 cm，地基基礎(chǔ)沉降滿足GB 50007—2011建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范要求，地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的評定等級為B級：略低于國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的安全性要求，仍能滿足結(jié)構(gòu)安全性的下限水平要求，尚不明顯影響整體安全。

檢查發(fā)現(xiàn)，磚砌墻體與梁交接處局部有脫裂，墻體穩(wěn)定性較差，圍護(hù)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的評定等級為c級。

綜合上述情況，該廠房的綜合評定等級為三級：不符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的可靠性要求，影響整體安全，在目標(biāo)使用年限內(nèi)明顯影響結(jié)構(gòu)整體正常使用，應(yīng)采取有效措施，且有極少數(shù)構(gòu)件必須立即采取措施。

3 結(jié)構(gòu)加固設(shè)計

3.1 加固方案

由檢測結(jié)果可知，構(gòu)件開裂，截面減小，鋼筋銹蝕嚴(yán)重，部分構(gòu)件承載力不滿足原設(shè)計要求。經(jīng)與業(yè)主商定加固后結(jié)構(gòu)的使用年限為30年。因廠房處于設(shè)計基本地震加速值小于0.5g地區(qū)，故本工程不考慮抗震設(shè)防，不考慮抗震鑒定及抗震加固。按照現(xiàn)有構(gòu)件截面尺寸、混凝土強(qiáng)度、使用荷載，對框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體計算和局部分析，對照檢測鑒定結(jié)果，考慮以下幾種加固處理措施：

評定等級為a級的構(gòu)件，構(gòu)件表面完好，無破損、銹蝕情況，不加固，混凝土構(gòu)件阻銹處理。評定等級為b級的構(gòu)件，構(gòu)件局部混凝土開裂，加固方式：1)鑿除開裂部位混凝土保護(hù)層，鋼筋除銹后清洗干凈，采用阻銹劑涂刷鋼筋表面進(jìn)行保護(hù)；2)采用改性環(huán)氧樹脂砂漿修補(bǔ)混凝土保護(hù)層；3)根據(jù)承載力復(fù)核情況采用粘貼碳纖維加固法或粘貼鋼板加固法。評定等級為c級的構(gòu)件，構(gòu)件混凝土開裂，鋼筋裸露，銹蝕嚴(yán)重，加固方式：1)鑿除混凝土保護(hù)層，露出原鋼筋，鋼筋除銹后清洗干凈，采用阻銹劑涂刷鋼筋表面進(jìn)行保護(hù)；2)支?；貪沧粤髌焦酀{料做保護(hù)層；3)根據(jù)承載力復(fù)核情況采用粘貼碳纖維加固法或粘貼鋼板加固法。評定等級為d級的構(gòu)件，構(gòu)件混凝土開裂，鋼筋斷裂，加固方式：1)鑿除開裂混凝土，露出原鋼筋除銹，除銹后新加短鋼筋與斷裂鋼筋焊接，采用阻銹劑涂刷鋼筋表面進(jìn)行保護(hù)；2)支?；貪沧粤髌焦酀{料做保護(hù)層；3)根據(jù)承載力復(fù)核情況采用粘貼鋼板加固法或外粘型鋼加固法。

對現(xiàn)場已加固處理過的構(gòu)件，按評定等級不同，采用相應(yīng)的處理方式。

本工程基礎(chǔ)無明顯不均勻沉降，且經(jīng)現(xiàn)場局部開挖查明，基礎(chǔ)混凝土完好，無破損，開裂等情況，因此基礎(chǔ)工程可不加固處理。廠房局部磚砌隔墻與梁交界處有脫離，因數(shù)量不多，且梁柱加固施工時，均需先拆除部分磚墻，以便施工操作，故待混凝土結(jié)構(gòu)加固施工完成后，重新砌筑隔墻，所有墻身的頂部用砌塊嵌緊斜砌密實，不得與上面的梁板脫空。

3.2 加固計算與節(jié)點(diǎn)設(shè)計

因廠房設(shè)備不可能拆卸后重裝，故混凝土梁正截面加固均考慮二次受力影響，按構(gòu)件加固前的初始受力情況，確定加固碳纖維和加固鋼板的滯后應(yīng)變。受彎構(gòu)件加固后的相對界限受壓高度嚴(yán)格按照GB 50367—2006混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范控制，加固后，其正截面受彎承載力提高幅度不超過40%，并驗算受剪承載力，以保證“強(qiáng)剪弱彎”的設(shè)計原則。粘貼在梁底受拉面的加固材料均伸至支座邊緣，并在端部設(shè)置U形加強(qiáng)箍，形成可靠的錨固。

混凝土柱采用外粘型鋼加固，可有效地提高柱因鋼筋銹蝕而導(dǎo)致承載能力的損失。外粘型鋼下端錨固在原有基礎(chǔ)上，做法見圖4，中間樓層穿越樓板，做法見圖5，上端伸至上層板底或屋面板底，使外粘型鋼兩端均有可靠的連接和錨固。

3.3 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的防銹與阻銹

已加固構(gòu)件，鋼材表面進(jìn)行除銹和清潔處理后，涂刷防銹漆兩道，采用40 mm厚C35纖維混凝土層防護(hù)；碳纖維加固表面采用40 mm厚C35纖維混凝土層防護(hù)。纖維混凝土能有效的提高加固構(gòu)件的耐酸耐堿能力，并具有較強(qiáng)的韌性和抗裂性。

未加固構(gòu)件、部位，先將混凝土表面清洗干凈，鑿除受污染的混凝土，并修補(bǔ)完整。采用具有較強(qiáng)的滲透性和附著力的阻銹劑噴涂在混凝土表面，對混凝土構(gòu)件中的鋼筋進(jìn)行阻銹處理。阻銹劑能有效的置換出鋼筋表面的氯離子，并形成保護(hù)膜，從而防止鋼筋進(jìn)一步銹蝕。

4 結(jié)語

1)加固設(shè)計前，對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的檢測、鑒定是十分必要的，是加固設(shè)計的基本依據(jù)。2)根據(jù)檢測結(jié)論，對加固方案的可靠性，經(jīng)濟(jì)性，可操作性等諸多因素進(jìn)行綜合考慮，制定合理的加固方案，同時依據(jù)現(xiàn)行規(guī)范，使加固計算準(zhǔn)確，構(gòu)造合理。3)對加固構(gòu)件進(jìn)行表面保護(hù)，能有效地發(fā)揮加固作用；對未加固構(gòu)件噴涂阻銹劑，扼制鋼筋進(jìn)一步銹蝕。4)加固竣工后，應(yīng)對結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察檢測。經(jīng)本次加固后，化工廠房重新投入使用已近兩年，未發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，說明本次加固設(shè)計是合理可靠的。5)對類似使用環(huán)境下的建筑，結(jié)構(gòu)在設(shè)計時，應(yīng)采取必要的保護(hù)措施，如采用阻銹劑、環(huán)氧樹脂涂層鋼筋，增加混凝土強(qiáng)度，增加保護(hù)層厚度等措施，可有效地提高結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。

[1] GB 50144—2008，工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2] GB 50023—2009，建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3] GB 50367—2006，混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范[S].

[4] GB 50046—2008，工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計規(guī)范[S].

[5] 李玲玲，鄭七振，王 東，等.某框架結(jié)構(gòu)抗震鑒定與加層加固改造設(shè)計[J].工程抗震與加固改造，2012，34(1)：108-111.

[6] 卜良桃，周錫全.工程結(jié)構(gòu)可靠性鑒定與加固[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.

The detecting identification and reinforcement design of a chemical plant structure

Jin Jugao1Ding Ziwen1Zhang Jie1Zhao Pengju2

(1.ZhejiangUniversityArchitecturalDesignInstituteLimitedCompany,Hangzhou310027,China;2.HangzhouDeguConstructionSpecialEngineeringTechnologyLimitedCompany,Hangzhou310000,China)

Taking a three stories concrete frame structure chemical plant as an example, according to the plant structure member reinforcement corrosion expansion, concrete cracks situation made detection and identification, assessment of its reliability level, according to the field testing and structure calculation results, proposed corresponding reinforcement design scheme, made rust process to existing reinforced concrete structure, pointed out that after reinforcement delivered for use, had good structural performance, showed that the rationality of this reinforcement design.

reinforced concrete frame structure, detection identification, reinforcement design, re-bar rust

2014-11-29

金居高(1981- )，男，工程師，一級注冊結(jié)構(gòu)工程師； 丁子文(1980- )，男，工程師，一級注冊結(jié)構(gòu)工程師； 張 杰(1964- )，男，高級工程師，一級注冊結(jié)構(gòu)工程師； 趙鵬舉(1982- )，男，工程師

1009-6825(2015)04-0028-03

TU317

A