混凝土框架結(jié)構(gòu)建筑物抗震能力施工補(bǔ)強(qiáng)方法探討

張書領(lǐng)

為使建筑結(jié)構(gòu)中的各混凝土構(gòu)件均能滿足承載力和正常使用極限狀態(tài)的設(shè)計要求及整體抗震設(shè)計要求，需要對這些構(gòu)件進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)。鑒于每個工程的工程特點(diǎn)、現(xiàn)場條件、使用環(huán)境等都不盡相同，因此，在確定加固補(bǔ)強(qiáng)方法時，應(yīng)根據(jù)不同工程的具體情況選用不同的方法。本文對加大柱截面法的施工工藝和結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計方法進(jìn)行探討。

加大柱子截面法是一種成本較低的提高建筑物抗震能力的方法，施工工藝也相對簡單，缺點(diǎn)是較為費(fèi)工。對新建建筑物進(jìn)行抗震加固，在施工中較少遇到，故在此對其施工方法做一總結(jié)，以便積累一定的施工經(jīng)驗(yàn)。

一、框架結(jié)構(gòu)的抗震原理

框架結(jié)構(gòu)真的抗震嗎？當(dāng)然，前提是設(shè)計、施工質(zhì)量有保證的框架結(jié)構(gòu)。為什么框架結(jié)構(gòu)能夠抗震呢？我們就用身邊的小例子來說明?？拐鹉芰Γ梢院唵卫斫獬沙袚?dān)水平荷載的能力。你站在公交車?yán)?，沒抓扶手，公交車突然啟動或者剎車，你感覺就像是有人突然推了你一把。地震來了，建筑物的反應(yīng)也是如此，就像是整個建筑被推來推去一樣。 在實(shí)際的結(jié)構(gòu)工程中，第一種叫做“框架-moment frame”，第二種叫做“帶支撐的框架-braced frame”，第三種叫做“帶邊框的框架-剪力墻”。本文所稱的狹義的“框架”特指的是第一種。我們重點(diǎn)討論的還是狹義的“框架”，也就是第一種“moment frame”。

如何保證框架的梁柱節(jié)點(diǎn)足夠結(jié)實(shí)呢？拿最常見的鋼筋混凝土框架來說，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)之一就是能夠通過內(nèi)部鋼筋的布設(shè)來控制結(jié)構(gòu)性能。兩個看起來完全一樣的混凝土結(jié)構(gòu)，很可能因?yàn)閮?nèi)部鋼筋布置的不同而具有差異很大的結(jié)構(gòu)性能。對于鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)來說，梁柱節(jié)點(diǎn)處的鋼筋錨固非常重要。錨固的形式要合理、錨固的長度要足夠、節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的箍筋要足夠。事實(shí)上，任何結(jié)構(gòu)體系都可以抗震（在結(jié)構(gòu)體系本身適用的高度范圍內(nèi)），抗震強(qiáng)度取決于設(shè)計師賦予它多高的抗震等級，僅此而已。當(dāng)然，最終的產(chǎn)品能不能抗震，還要看施工單位的良心值是不是符合大眾安全生存的需求。

二、結(jié)構(gòu)卸載

1.恒荷載卸載

為保證新加構(gòu)件與原結(jié)構(gòu)能夠有效共同工作，加固施工前應(yīng)對需加固的原有構(gòu)件及其周邊構(gòu)件進(jìn)行卸載。本工程加固施工前砌體施工完畢內(nèi)外裝修還未開始施工，故建筑物上需卸載的恒載僅為填充墻砌體。本工程填充墻為200mm厚頁巖空心磚砌體，為避免對原砼結(jié)構(gòu)造成損傷，拆除采用無振動人工拆除，即人工重錘輕敲。

（1）梁上砌體的拆除。需加固的梁上砌體應(yīng)在本跨內(nèi)全部拆除，梁下砌體沿粘鋼長度范圍拆除，高度以滿足加固所需工作面即可，一般為梁底下1m高。

（2）柱周邊砌體的拆除。為保證有足夠的工作面和盡量保證填充墻的整體性，需加固柱子的周邊一跨內(nèi)所有砌體均需拆至本跨窗戶洞口中間，無窗戶的墻拆至柱邊1m左右（至少保證后植入墻體拉結(jié)筋的長度），原墻體上的拉結(jié)筋用鋼筋鉗鉸斷，待澆筑完柱子混凝土后再重新植入柱子。未拆除的墻體留茬部位用鏨子和小錘人工剔除磚上的砂漿和斷磚，留出接茬位置。

2.砼結(jié)構(gòu)自身支撐卸載

為保證所加固梁、柱的安全，使所加固構(gòu)件達(dá)到其功效，施工前需要對所加固的柱和梁進(jìn)行支撐卸荷，支撐卸荷架要保證構(gòu)件不被破壞，不可頂升過大，以提升5～10mm為度。支撐腳手架底部需鋪設(shè)木板，以增大受力面，腳手架搭設(shè)后，用8＃和10＃槽鋼作為千斤頂?shù)闹问芰c(diǎn)。

（1）框架柱卸載。先對需加固柱進(jìn)行支撐卸荷，支撐卸荷點(diǎn)在需加固柱周邊梁端頭，待柱加固完成后，才能拆除支撐。

（2）框架梁卸載。先對梁翼緣范圍內(nèi)的板底進(jìn)行支撐卸荷，支撐卸荷架要保證上部板的荷載在需要加固的梁上為最小，但又不能破壞板和梁的結(jié)合處，支撐點(diǎn)設(shè)置在梁跨中處。待新梁加固完成后，才能拆除支撐。

三、框架柱加固

加大柱截面法即在對需加大截面的柱子周邊構(gòu)件進(jìn)行有效卸載的情況下，沿原有框架柱周邊再重新布置柱子縱筋及箍筋，將原有柱子套入其中，再支模板澆注砼，從而達(dá)到加大柱子截面的目的，使其在重新承受荷載后能夠與原有柱子協(xié)同受力。

1.新增框架柱受力筋在基礎(chǔ)的錨固方法

首先挖土至原有柱子基礎(chǔ)上表面，將基礎(chǔ)上表面清理干凈并鑿成毛面，再在其上綁扎圍繞柱子的基礎(chǔ)圍套，并將圍套范圍內(nèi)的柱子表面清理鑿毛，再按圖紙位置在圍套中插入柱子鋼筋，最后澆注砼。

2.框架柱截面的加大

（1）增加截面內(nèi)鋼筋的安裝。柱主筋仍可采用電渣壓力焊或機(jī)械連接，所不同的是主筋需穿過每層原有樓板，如僅為穿過主筋，可在樓板上打眼穿過然后用植筋膠封堵即可。但考慮到下層柱新加截面砼的澆注，故在上層柱根部板上開洞，一則主筋可穿過，二則澆注砼需要，最后在澆灌柱子砼時一并封堵。由于是后加箍筋，上層梁板已施工完畢，故柱箍筋的綁扎不能像常規(guī)做法從上往下將箍筋套在主筋上，只能掰開后圍在柱子上再人工恢復(fù)原狀，此法較費(fèi)人工。

（2）新舊砼的結(jié)合措施。為保證新舊砼能夠較好地結(jié)合，主要采取以下措施：一是鑿去原構(gòu)件結(jié)合面風(fēng)化酥松層、碳化銹裂層及嚴(yán)重油污層，直至完全露出堅硬基層為止，在此基礎(chǔ)上將棱角打掉、表面打毛，使表面凹凸差大于6mm（剔鑿時應(yīng)重錘輕敲），其粗糙程度越大越好，然后用水沖洗干凈；二是在原有柱子四個面上每隔400mm植2根ф6鋼筋拉勾與新加柱筋拉結(jié)牢固；三是在澆灌新砼前，先涂刷一層高粘結(jié)性能的界面結(jié)合劑，隨涂隨澆，可使結(jié)合面的砼粘接抗剪強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度接近或高于砼本身強(qiáng)度，從而避免結(jié)合面過早開裂破壞。

（3）柱截面穿梁處的補(bǔ)強(qiáng)措施。由于已有框架梁的影響，梁柱接頭部位新加柱截面的箍筋無法綁扎，故此處采用等代箍筋穿縱橫梁來代替梁柱接頭的箍筋。

（4）砼的澆注。大多數(shù)柱子截面每邊增加100mm，因此砼的振搗及入模是砼澆注過程中的兩大難點(diǎn)。一是砼的選用，由于是加固工程，每次澆注的砼方量較小，使用商品砼不太現(xiàn)實(shí)，因此采用現(xiàn)場自拌砼。由于澆注面較小，故粗骨料采用粒徑為5～10mm的瓜米石，砼內(nèi)摻膨脹劑和減水劑（保證較大的塌落度），嚴(yán)格按配合比拌制，其強(qiáng)度值應(yīng)較原柱子砼高一個強(qiáng)度等級；二是砼的入模，砼入模從上層樓板柱子根部避開梁的部位開洞進(jìn)入，此洞口既是柱子主筋通過區(qū)又是砼入模區(qū)。砼振搗，由于柱每邊增大的截面僅有100mm，內(nèi)部又有柱主筋和箍筋，振搗棒無法使用，需采用人工振搗。振搗時人工用錘頭敲擊模板側(cè)面以使砼密實(shí)，敲擊所使用的錘頭不宜過大應(yīng)輕錘重敲，要保證每個部位均敲擊到尤其柱子根部和角部，敲擊的頻率越快越好以排出砼內(nèi)的大部分氣泡。

四、框架梁加固

1.搭設(shè)加固用腳手架

將需進(jìn)行加固處理的鋼筋混凝土柱及基礎(chǔ)上的堆積物清理干凈。用Φ48×3.5的鋼管架支撐。做到支撐架具有足夠的承載能力、剛度、整體穩(wěn)定性，必要時加設(shè)剪刀支撐；扣件具有足夠的韌性及抗扭和抗剪能力。腳手架做到牢固穩(wěn)定，做到不傾斜、不搖晃、不變形。

2.梁筋定位根據(jù)設(shè)計要求，按梁鋼筋所在位置精確放線，并根據(jù)鋼筋間距定出孔位，并采用鋼筋掃描儀進(jìn)行主筋掃描，適當(dāng)調(diào)整主筋的準(zhǔn)確位置，以保證不至于打傷原有柱子主筋。

3.植筋鉆孔接通電源、水源，套上鉆頭，開始鉆孔，當(dāng)進(jìn)入深度達(dá)到設(shè)計要求后開始停鉆取芯。如孔深超過鉆桿長度時，加上接桿繼續(xù)進(jìn)鉆?？字睆皆试S偏差+0.5～0.15，鉆孔深度不應(yīng)有負(fù)偏差，鉆孔垂直度偏差不應(yīng)大于5°，如產(chǎn)生廢孔用植筋膠填塞滿。

4.植筋。將所成孔道用壓縮空氣機(jī)將粉末吹出，再用清空刷反復(fù)刷凈，孔內(nèi)應(yīng)保持干燥。將建筑植筋結(jié)構(gòu)膠注入所成孔內(nèi)，然后用外力敲打植入鋼筋并順時針方向旋轉(zhuǎn)鋼筋直到達(dá)到設(shè)計深度，孔口進(jìn)行封堵以保證孔內(nèi)結(jié)構(gòu)膠密實(shí)。

植筋所需錨固長度如下：植筋錨固長度嚴(yán)格按照設(shè)計要求，如設(shè)計未明確要求的，鋼筋所需錨固長度為20d（d為所植鋼筋的直徑）；當(dāng)錨固長度不能達(dá)到設(shè)計要求時，在鋼筋的另外一端增加δ=10mm厚的鋼板錨板，采用塞焊的方式連接。植筋完成后應(yīng)按植筋數(shù)的1%且不小于5根做抗拔承載力檢驗(yàn)，檢驗(yàn)合格后再綁扎箍筋、支模板、澆注砼。

五、加固施工監(jiān)測及檢測措施

為確保加固施工的質(zhì)量，整個施工過程必須進(jìn)行必要的施工監(jiān)測，來確保施工安全和加固效果。

在需要加固的構(gòu)件或其周邊構(gòu)件上布置測點(diǎn)，在加固前、施工過程中、直到加固完成后，所加固的構(gòu)件達(dá)到其加固設(shè)計承載力后，對各個測點(diǎn)按一定的頻率和要求進(jìn)行觀測，用監(jiān)測手段來保證整個加固施工處于可控之中。

加固結(jié)構(gòu)應(yīng)在使用30年后重新進(jìn)行結(jié)構(gòu)可靠性鑒定該結(jié)構(gòu)是否正常工作，并定期進(jìn)行檢查和維護(hù)，檢查的時間間隔為6～12年，但第一次檢查時間不應(yīng)遲于6年。

六、結(jié)語

提高已有框架結(jié)構(gòu)建筑物抗震能力的方法有增設(shè)剪力墻法、柱子粘鋼法、加大柱截面法等，其中加大柱截面法即是通過對原有框架結(jié)構(gòu)部分柱子截面進(jìn)行加大，主要框架梁進(jìn)行粘鋼加強(qiáng)等措施來適當(dāng)提高建筑物抗震能力的一種結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計方法。