鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固改造設(shè)計(jì)思路

戴 亞 鵬

(山西省建筑科學(xué)研究院，山西 太原 030001)

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鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固改造設(shè)計(jì)思路

戴 亞 鵬

(山西省建筑科學(xué)研究院，山西 太原 030001)

針對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋存在的普遍問(wèn)題，分析了該結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計(jì)思路，并根據(jù)構(gòu)件的加固設(shè)計(jì)原則，對(duì)托換、卸荷、鑿毛等幾項(xiàng)加固措施作了闡述，以供參考。

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，加固設(shè)計(jì)，承載力

中國(guó)是一個(gè)地震災(zāi)害頻發(fā)的國(guó)家，自新中國(guó)成立以來(lái)，有1976年唐山大地震，2008年汶川大地震，2010年玉樹地震等等。每一次大的地震都帶來(lái)建筑行業(yè)的一次重大變革，直觀體現(xiàn)于《抗規(guī)》的歷次修訂。從《78規(guī)范》《89規(guī)范》《2001規(guī)范》到GB 50011—2001建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(2008版本)，《2010規(guī)范》，這是實(shí)踐修正理論，理論指導(dǎo)實(shí)踐的反復(fù)曲折的哲學(xué)的發(fā)展道路，也是社會(huì)經(jīng)濟(jì)實(shí)力提升在建筑結(jié)構(gòu)安全要求中的體現(xiàn)。在歷次震災(zāi)區(qū)，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)損壞嚴(yán)重，顯現(xiàn)出諸多問(wèn)題，可見(jiàn)對(duì)既有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震加固改造是必要的，也是緊迫的。

1 問(wèn)題總結(jié)、分析

對(duì)已完成的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)項(xiàng)目檢測(cè)鑒定及加固設(shè)計(jì)情況的匯總，對(duì)既有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀的調(diào)查、分析、總結(jié)，以及對(duì)76年以來(lái)幾次大地震中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)震害情況分析，在此，將既有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋存在的普遍的和主要的問(wèn)題及隱患總結(jié)如下：1)材料強(qiáng)度低：已完成的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)度取樣實(shí)測(cè)大部分均達(dá)不到原設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求，有些甚至遠(yuǎn)小于原設(shè)計(jì)要求。究其原因，因使用維護(hù)不當(dāng)，材料強(qiáng)度退化嚴(yán)重，另外，施工質(zhì)量差，材料強(qiáng)度低且離散性大等。2)鋼筋錨固：震災(zāi)區(qū)混凝土結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)處普遍錨固失效出現(xiàn)損壞。3)強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎的設(shè)計(jì)思想：依據(jù)《抗規(guī)》規(guī)定，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋抗震設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)柱、抗震墻組合彎矩設(shè)計(jì)值、剪力設(shè)計(jì)值進(jìn)行調(diào)整，對(duì)框架梁、連梁梁端截面組合的剪力設(shè)計(jì)值進(jìn)行調(diào)整，以期構(gòu)件的彎曲屈服先于剪切破壞，結(jié)構(gòu)的水平構(gòu)件的屈服先于豎向構(gòu)件的屈服。但大量的震災(zāi)區(qū)的鋼筋混凝土房屋損壞情況顯示，即便經(jīng)過(guò)調(diào)整，梁端并未出現(xiàn)預(yù)期塑性鉸區(qū)，相反，柱端依然損壞嚴(yán)重。可見(jiàn)依據(jù)原《抗規(guī)》設(shè)計(jì)的既有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋在地震作用下不足以達(dá)到強(qiáng)柱弱梁的預(yù)期，其中《抗規(guī)》修訂的一項(xiàng)重要的內(nèi)容就是調(diào)整系數(shù)的增大，并應(yīng)充分考慮梁端翼緣對(duì)梁實(shí)際的抵抗彎矩承載能力的貢獻(xiàn)。4)原設(shè)計(jì)地震作用小：汶川及玉樹地震之后，結(jié)合我國(guó)抗震科研新成果和工程實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)一部分城鎮(zhèn)抗震設(shè)防烈度、設(shè)計(jì)基本地震加速度和設(shè)計(jì)地震分組進(jìn)行了調(diào)整，這樣某些城鎮(zhèn)的既有房屋原設(shè)計(jì)地震作用荷載偏小。5)平立面布置不合理：20世紀(jì)90年代初期及更早的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算的介入程度低，對(duì)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)、薄弱層等的估量不足。6)隔墻材料：對(duì)既有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋的大量調(diào)查發(fā)現(xiàn)，由于技術(shù)條件限制，90年代前及90年代初期的既有鋼筋混凝土房屋采用的隔墻材料通常為普通磚或粘土空心磚。

2 加固改造方法

2.1 總體思路的確定

了解擬加固改造房屋的工程概況：包括但不限于建成年代、所在地區(qū)、結(jié)構(gòu)類型、房屋高度、平立面布置、場(chǎng)地類別，使用功能、設(shè)防分類、地震烈度、設(shè)計(jì)基本地震加速度值等，依據(jù)擬加固房屋的鑒定檢測(cè)結(jié)果，工程概況，后續(xù)擬使用功能，經(jīng)濟(jì)性，加固實(shí)施可操作性等綜合考慮，確定合理的后續(xù)使用年限。

2.2 加固方案的宏觀控制

加固設(shè)計(jì)首先應(yīng)從宏觀著手，找出合理有效、針對(duì)性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)性好、操作簡(jiǎn)便的加固方案，不應(yīng)局限于構(gòu)件補(bǔ)強(qiáng)處理的加固方案。總體加固方案總結(jié)如下：1)改變使用功能，降低設(shè)防類別。2)隔墻材料整體更換，減小自重，降低地震作用輸入。3)通過(guò)更改房間布局、樓梯布局、局部增設(shè)豎向承載構(gòu)件等調(diào)整質(zhì)心改善扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。4)通過(guò)增設(shè)支撐等增加局部層側(cè)向剛度解決豎向不規(guī)則薄弱層問(wèn)題。5)設(shè)置消能或隔震措施改造，減小主體結(jié)構(gòu)的地震輸入，且滿足一定條件時(shí)可降低結(jié)構(gòu)構(gòu)件構(gòu)造措施要求，減少構(gòu)件加固量。6)房屋使用現(xiàn)狀太差，加固量大、經(jīng)濟(jì)性差、材料強(qiáng)度過(guò)低，加固效果有疑義的，應(yīng)考慮縮短后續(xù)使用年限，適當(dāng)降低標(biāo)準(zhǔn)。7)性能化設(shè)計(jì)，依據(jù)構(gòu)件的重要性，區(qū)別對(duì)待，把重點(diǎn)放在關(guān)鍵部位，一定的經(jīng)濟(jì)投入，產(chǎn)出在災(zāi)害中安全度最高的產(chǎn)品。8)改變結(jié)構(gòu)體系。9)增加豎向及地震作用的傳力途徑。新增一些抗側(cè)力及豎向構(gòu)件可大幅度減少既有構(gòu)件的加固數(shù)量。加固方案的不同，加固量、加固施工做法及工程造價(jià)會(huì)千差萬(wàn)別，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師應(yīng)予以足夠重視。

2.3 構(gòu)件加固設(shè)計(jì)

1)加固設(shè)計(jì)原則：a.構(gòu)件加固往往會(huì)對(duì)原構(gòu)件及相關(guān)構(gòu)件產(chǎn)生不利的影響，應(yīng)考慮板作為梁翼緣作用、支座彎矩調(diào)幅系數(shù)、塑性內(nèi)力重分布等，盡量減少加固量，而不應(yīng)過(guò)度加固。b.應(yīng)有全局意識(shí)，避免因構(gòu)件加固導(dǎo)致剛度和承載力突變，產(chǎn)生過(guò)大的應(yīng)力集中或塑性變形集中，避免強(qiáng)梁弱柱，強(qiáng)彎弱剪等不利情況。c.充分考慮新增構(gòu)件及構(gòu)件新增部分與原結(jié)構(gòu)協(xié)同工作以及材料應(yīng)力滯后的影響，盡可能弱化新增部分與既有構(gòu)件的連接的邊界條件要求，減小了對(duì)原有結(jié)構(gòu)構(gòu)件影響，降低了施工難度，提高了施工可操作性及效果的可實(shí)現(xiàn)性。d.體現(xiàn)性能化設(shè)計(jì)要求，對(duì)關(guān)鍵部分構(gòu)件應(yīng)考慮設(shè)置多道抗震防線，提高安全度。e.設(shè)計(jì)階段應(yīng)充分考慮施工先后順序，施工順序會(huì)影響到加固后構(gòu)件的受力和傳力性能，從而影響到整體加固效果。構(gòu)件加固尚應(yīng)提出卸荷、支護(hù)等相關(guān)要求。f.后錨固質(zhì)量難以保證，后錨固節(jié)點(diǎn)做法應(yīng)慎重設(shè)計(jì)，且對(duì)施工質(zhì)量嚴(yán)格要求。

2)加固方法：常用的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)梁、柱、墻構(gòu)件加固辦法見(jiàn)表1。

2.4 施工順序和施工措施

表1 構(gòu)件加固方法表

混凝土結(jié)構(gòu)加固改造后新增構(gòu)件、原有構(gòu)件新增部分及原有構(gòu)件的受力性能復(fù)雜，要想達(dá)到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師預(yù)期的加固后結(jié)構(gòu)的傳力路徑，限定一定的施工順序和施工措施是必要的，更是必需的。在加固施工圖繪制時(shí)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師必須把該部分當(dāng)成一個(gè)重要的部分予以充分考慮，給出詳細(xì)的說(shuō)明。

簡(jiǎn)單介紹常用的幾項(xiàng)加固措施：

1)托換：應(yīng)核算所托構(gòu)件的荷載，計(jì)算托換支座的承載能力，確定托架的層數(shù)，保證施工的安全運(yùn)作。

2)卸荷：加固范圍內(nèi)非結(jié)構(gòu)的做法及物品全部搬除，對(duì)加固構(gòu)件施加一定的反撓度，通過(guò)這項(xiàng)措施，可減小新增構(gòu)件或構(gòu)件新增部分的應(yīng)力滯后效應(yīng)。

3)鑿毛：新舊混凝土界面部位鑿除約1 cm，增加粘結(jié)性。

3 結(jié)語(yǔ)

混凝土加固工程設(shè)計(jì)總思路：

1)詳細(xì)了解擬加固工程基本情況，詳細(xì)閱讀原施工圖、施工資料、后期改造資料、地勘報(bào)告、鑒定檢測(cè)報(bào)告等。2)確定擬加固工程存在的問(wèn)題，可分主次羅列，初步確定幾種加固方案。3)方案的比較、優(yōu)選、確定。4)依據(jù)確定的加固方案，確定合理的簡(jiǎn)化模型、邊界條件，建立合理的預(yù)期加固模型，計(jì)算等。5)加固施工圖紙編制。

[1] 王伍生.鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)房屋震害分析、加固及抗震措施研究[J].中外建筑，2009(1)：33-34.

[2] GB 50367—2013，混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] GB 50011—2010，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

On consolidation and reconstruction design for reinforced concrete structures

Dai Yapeng

(ShanxiAcademyofBuildingResearch,Taiyuan030001,China)

According to the common problems in the reinforced concrete houses, the paper analyzes the consolidation design ideas of the structure, and illustrates some consolidation measures including the underpinning, unloading and chiseling, according to the consolidation design principle for the components, so as to provide some reference.

reinforced concrete structure, consolidation design, loading capacity

1009-6825(2016)31-0055-02

2016-08-22

戴亞鵬(1983- )，男，工程師

TU318

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