增大截面法在梁柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的加固設(shè)計(jì)與應(yīng)用

王迎春 （安徽省建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，安徽 合肥 230001）

0 引言

自從商品混凝土結(jié)構(gòu)問(wèn)世以來(lái)，混凝土的強(qiáng)度等級(jí)隨著水泥制造和商品混凝土配置技術(shù)水平而逐步提高。在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，框架柱設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C60，甚至C80或更高變得較為普遍，而梁板的設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)通常為C30，一般不超過(guò)C40，這樣就會(huì)出現(xiàn)梁柱混凝土強(qiáng)度等級(jí)不同，如柱的混凝土強(qiáng)度等級(jí)高于梁的混凝土強(qiáng)度2個(gè)等級(jí)，此時(shí)采取圖1方法澆筑節(jié)點(diǎn)處的混凝土。目前商品混凝土已普遍采用，其塌落度很大，在節(jié)點(diǎn)處先澆筑高強(qiáng)混凝土，后澆筑梁板的低等級(jí)混凝土?xí)r，施工控制稍有不慎，會(huì)導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)低于框架柱設(shè)計(jì)的強(qiáng)度等級(jí)，造成梁柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)承載力降低。

圖1 梁柱節(jié)點(diǎn)混凝土的強(qiáng)度做法

1 工程概況

某一棟辦公樓，地上9層、一層地下室，一層層高為4.5m，二層以上層高為3.6m，建筑高度34.3m，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，7度抗震設(shè)防，框架抗震等級(jí)為二級(jí)?？蚣苤O(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)C60～C45，梁、板設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30。標(biāo)準(zhǔn)層框架柱為600×600、框架梁為300×700，主體結(jié)構(gòu)已封頂結(jié)束。

2 存在問(wèn)題

工程施工期間，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)距板底200mm范圍內(nèi)的梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)混凝土強(qiáng)度等級(jí)不滿(mǎn)足原設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)C60，實(shí)測(cè)值為C40～C45。

采用實(shí)測(cè)混凝土強(qiáng)度等級(jí)C40～C45，復(fù)核計(jì)算，在梁柱節(jié)點(diǎn)處承載力不滿(mǎn)足原設(shè)計(jì)要求，軸壓比超限。

3 加固設(shè)計(jì)依據(jù)及原則

遵循抗震設(shè)計(jì)原則"強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)、強(qiáng)錨固"的抗震機(jī)制，避免出現(xiàn)柱鉸，塑性鉸仍出現(xiàn)在框架梁上。

梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)控制柱軸壓比不超過(guò)規(guī)范限值，提高柱子延性。

梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)按等強(qiáng)設(shè)計(jì)原則采用增大截面法（增加柱帽），考慮新老混凝土共同作用。

梁柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)加固后的設(shè)計(jì)使用年限與原結(jié)構(gòu)同使用壽命為50年。

4 加固設(shè)計(jì)方案比選

框架梁柱節(jié)點(diǎn)為梁柱交匯處，因?yàn)樗幍牟课惶厥?，加固起?lái)相對(duì)困難。目前，加固梁柱節(jié)點(diǎn)的方法有增大截面法、粘鋼法、碳纖維法、置換混凝土加固法等。粘鋼法、碳纖維法雖不增加截面，但考慮其結(jié)構(gòu)膠的耐久性以及加固材料與原結(jié)構(gòu)材料的不同，在本工程中不利于后期使用；置換混凝土加固法考慮其節(jié)點(diǎn)交匯處梁柱的鋼筋較多以及卸載等問(wèn)題，施工難度較大。故最終選擇局部鑿除加增大截面法加固補(bǔ)強(qiáng)梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)。增大截面法，實(shí)際上就是對(duì)混凝土構(gòu)件界面面積進(jìn)行增大，通過(guò)該措施，能夠顯著提高節(jié)點(diǎn)區(qū)的承載力和延性，彌補(bǔ)混凝土強(qiáng)度等級(jí)的不足，并且與原結(jié)構(gòu)同材質(zhì)，能夠保證與原結(jié)構(gòu)同使用壽命為50年要求，有利于后期交付使用。

5 加固設(shè)計(jì)

5.1 復(fù)核計(jì)算

根據(jù)北京市建筑設(shè)計(jì)研究院《建筑結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)技術(shù)措施》（P101-103）介紹，按加拿大規(guī)范CSAA23.3-94的計(jì)算公式

計(jì)算得出其梁柱節(jié)點(diǎn)處混凝土折算強(qiáng)度

f'ce=0.25×60+1.05×30=46.5MPa,與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值C40～C45相當(dāng)，即可采用C45來(lái)驗(yàn)算節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的承載力，包括抗剪及抗壓（軸壓及偏壓）。經(jīng)復(fù)核驗(yàn)算，現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)的承載力及軸壓比不滿(mǎn)足原設(shè)計(jì)要求。經(jīng)仔細(xì)推敲，出現(xiàn)此情況的原因是原設(shè)計(jì)控制比較接近規(guī)范上限，整體結(jié)構(gòu)較為經(jīng)濟(jì)。

5.2 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

以標(biāo)準(zhǔn)層中柱600×600框架柱為例，為不影響建筑的使用，控制柱帽幾何尺寸，柱四周各增加150mm，原樓板處混凝土鑿除，新增部分用C60高強(qiáng)灌漿料澆筑。采用傳力桿16@300的方法保證新老混凝土的連接。采用封閉箍筋保證柱帽混凝土的約束效應(yīng)，詳見(jiàn)圖 2、圖 3、圖 4。

圖2 四面柱頂圍套

圖3 1-1剖面

圖4 柱角樓板鑿除部分示意圖

5.3 加固計(jì)算

加固后的柱截面為900×900，梁柱節(jié)點(diǎn)處混凝土強(qiáng)度取C45。根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》驗(yàn)算受壓承載力

計(jì)算得知，采用C60高強(qiáng)灌漿料每邊加寬150mm加固后的柱截面受壓承載力滿(mǎn)足原設(shè)計(jì)的要求。

5.3.3 根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》第11.6節(jié)，驗(yàn)算抗剪水平截面、抗剪承載力

分別手算得知，采用C60高強(qiáng)灌漿料每邊加寬150mm加固后的柱截面抗剪截面及抗剪承載力均滿(mǎn)足原設(shè)計(jì)的要求。

5.3.4 利用原設(shè)計(jì)計(jì)算模型，采用SATWE計(jì)算，發(fā)現(xiàn)加固前600×600的節(jié)點(diǎn)處的柱軸壓比0.95，加固后900×900的柱軸壓比0.45，說(shuō)明采用增大截面加固法能夠滿(mǎn)足原設(shè)計(jì)的承載力及延性要求。

6 加固施工

本工程加固施工應(yīng)按樓層自下而上施工增加柱帽；做好臨時(shí)支撐，鑿除樓板和柱角部分混凝土，采用高壓水沖刷干凈新老混凝土的粘結(jié)面，在混凝土充分濕潤(rùn)后，用水泥凈漿或?qū)I(yè)界面劑涂刷一層，植筋或綁扎鋼筋，支模，澆筑高強(qiáng)灌漿料，最后按國(guó)家現(xiàn)行規(guī)范要求進(jìn)行驗(yàn)收。

7 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著建筑業(yè)的快速發(fā)展，高強(qiáng)商品混凝土的應(yīng)用越來(lái)越廣，梁柱混凝土強(qiáng)度級(jí)差越來(lái)越大，梁柱節(jié)點(diǎn)的施工難度增大。本文通過(guò)增大截面法加固梁柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)效果顯著，能夠顯著提高節(jié)點(diǎn)區(qū)的承載力和延性。對(duì)以后類(lèi)似工程問(wèn)題的處理具有一定借鑒意義。