某鋼筋混凝土結構框架柱的加固設計分析

(中鐵電氣化勘測設計研究院有限公司 天津 300250)

某鋼筋混凝土結構框架柱的加固設計分析

區(qū)桂華

(中鐵電氣化勘測設計研究院有限公司 天津 300250)

以某鋼筋混凝土結構設備用房增加設備荷載為背景，對其框架柱的加固設計及施工進行分析，采用增大截面法得到具體加固設計方法及相應的驗算方法，為以后相關的混凝土框架柱的加固提供技術參考。

加固改造，框架結構，增大截面法

0 引言

隨著經濟的發(fā)展及人們對低碳生活的追求，城市軌道交通以其環(huán)保、便利、準時、舒適等特點，成為人們出行的首選，為提高運能需要增加或更換地鐵供電設備，因此要對既有建筑的設備生產用房進行結構加固改造。在對既有建筑物進行改造時，首先需對既有建筑物所用材料的現(xiàn)強度進行檢測，再根據檢測機構提供的數據進行加固驗算，進行加固驗算時，由于在結構上部增加了一定的荷載，因此原結構下部的混凝土柱、墻等豎向構件的豎向承載力及抗震承載力往往不能達到相關現(xiàn)行規(guī)范設計要求，需對下部混凝土柱或墻等豎向構件進行加固。由于混凝土柱及墻等豎向構件的加固方法存在一定差異，且文章篇幅較長，因此本文僅通過對某框架結構建筑設備房屋中的混凝土柱加固設計進行分析，得到其具體實施過程。

在對混凝土柱進行加固處理時，通常的加固方法主要有粘貼纖維材料、增大截面、粘鋼法、外加預應力構件加固法等等，而使用增加截面法最易控制，且加固后受力穩(wěn)定、加固費用低，因此本文所引用的工程也是使用增大截面法進行加固設計及施工[1-2]。

1 工程概況

某車站站房供變電設備層為鋼筋混凝土框架結構，為滿足運輸需要增加或更換設備，由此增加了荷載。該建筑所處地區(qū)的抗震設防烈度為7度，地震加速度為0.1g，設防類別為丙類，框架抗震等級為二級，原柱混凝土強度設計等級為C30，經現(xiàn)場取樣檢測后得到目前該樓柱混凝土強度等級還能達到C30的要求。將增加后的結構荷載布置，經PKPM軟件計算后得到有部分鋼筋混凝土柱框架柱存在不同程度的軸壓比超限，且柱內配筋不能滿足設計要求，應對其進行加固處理，新增受力鋼筋在屋蓋、樓層和基礎的錨固如圖1所示。

圖1 加固示意圖

2 加固設計方案

加固設計時，使用增大截面法進行設計。使用增大截面法的難題在于如何確保所增加部分混凝土與原結構混凝土可有效連接達到共同受力。相關混凝土加固設計規(guī)范中規(guī)定，對混凝土柱進行加固處理時，所增加的混凝土厚度不得小于60mm，為滿足設備布置，本工程加固設計增加的混凝土厚度為150mm，加固驗算厚度以此為準。

在進行構造設計時，為增加新舊混凝土可達到正常傳力效果，在原混凝土柱上需設置足夠的剪切摩擦筋及其他錨固件。經過檢算，本工程對框架中柱進行四面加固處理，對邊柱進行三面加固處理，對角柱進行雙面加固處理。

由于原柱混凝土強度等級為C30，加固設計規(guī)范規(guī)定增大截面時所用混凝土強度等級應比原混凝土強度高一等級，因此本工程所使用的混凝土強度等級為C35，所使用的鋼筋強度等級均為HRB400鋼筋。

3 加固設計

本文以中柱四面圍套加固作為實例進行計算。中柱原設計截面尺寸b× h=400mm×400mm，計算高度h0=5000mm，混凝土強度等級C30，柱內縱向受力鋼筋為HRB300、實配8根直徑20mm的鋼筋。加固改造后柱需承受的荷載增至5850KN，截面尺寸b×h=550mm×550mm，混凝土強度等級C35，增加的受力鋼筋采用HRB400。

根據《混凝土結構設計規(guī)范》中的相關公式規(guī)定

經計算：

加固柱縱向受力鋼筋選用12根直徑25，HRB400級鋼筋，對稱布置。

軸壓比因此加固設計配筋面積滿足驗算要求。

4 加固施工方案

在進行加固施工時，首先將所需加固的柱構件表面進行鑿毛處理。鑿毛施工時，應使用人工剔鑿的方式進行，避免使用大型機械進行鑿毛，以免對原混凝土柱產生二次破壞。

根據第三方檢測檢測機構的檢測結果，首先對出現(xiàn)裂縫的混凝土柱進行灌漿處理，避免因裂縫的存在而影響柱的實際承載能力。

將混凝土柱進行鑿毛處理后，再進行相應的植筋施工。植筋鉆孔時，首先使用小直徑鉆頭進行鉆孔，之后再進行相應的擴孔處理；植筋孔的深度不得小于所植鋼筋的35倍。開孔完畢后使用鋼絲刷或其他吹氣設備將孔內的浮漿及灰塵等清除干凈，避免這些雜質影響植筋膠的粘結力。在植筋孔內注入植筋膠后，將鋼筋插入植筋孔內進行轉動及抽插數次后，將植筋膠與鋼筋及混凝土基體充分粘合，將其固定后靜置24h。植筋完成后委托第三方檢測機構對錨固后的鋼筋進行抗拔承載力測試。

澆筑混凝土時，由于增加截面的厚度較小，且內部鋼筋較密集，常規(guī)的振搗設備不能達到施工要求，因此宜使用小型振動棒進行振搗，且使用分層分段澆筑的方法進行施工，每層澆筑高度宜為500-1000mm，自下而上依次澆筑、振搗。為增加新舊混凝土的黏結力，在所澆筑的混凝土拌合物中，宜摻入適量的UEA微膨脹劑，減小新舊混凝土間的間距，提高密實度，避免裂紋的產生。

5 結論

本文通過對增加荷載后的設備用房結構柱的加固改造為案例進行分析，得出框架柱加固設計方案、驗算、加固施工的全過程應用，實踐證明在正確的設計和精心的施工下，增大截面加固混凝土結構或構件是一種成本低、效果佳的加固方法，可為以后相關的加固設計提供技術參考。

[1]羅文佑,胡建平. 置換混凝土在高層框架柱加固中的應用實例[J]. 山西建筑,2016,(23):101-102.

[2]王蒙. 天津某地鐵站地下結構框架柱加固設計[J]. 四川水泥,2015,(10):118.

本論文系2015年武漢市教育局立項《現(xiàn)代學徒制實施方式研究 》（編號為武教高[2015]5號2015152）課題的階段性研究成果。

Reinforcement design analysis of a reinforced concrete frame column

OU Gui-hua
(China Railway Electrification Survey Design and Research Institute Co.Ltd,Tianjin 300250,China)

the equipment of a reinforced concrete structure with real equipment load increased as the background, the reinforcement design and construction of the frame column is analyzed, the concrete reinforcement design method and calculation method of the corresponding increasing section method, to provide technical reference for reinforced concrete frame columns in the future.

strengthening and rebuilding, frame structure, enlarging section method

TU7

B

1007-6344（2017）06-0111-02

區(qū)桂華(1965.7- )，女，高級工程師，主要從事鐵路房屋建筑設計。