鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)分析

仇新剛

（深圳中建院建筑科技有限公司，廣東深圳518063）

1 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固概述

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是由鋼筋和混凝土組成的承重構(gòu)件組成的主體，其功能是在工程壽命周期內(nèi)通過骨架傳遞和抵抗內(nèi)外力的各種影響。目前，我國建筑業(yè)逐漸開始重視建筑維護(hù)，相關(guān)數(shù)據(jù)表明，使用各類加固方法恢復(fù)或提高原始建筑結(jié)構(gòu)的承載力，與改建或重建相比，會(huì)獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益。

2 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)一般過程

各種工程的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)過程如圖1 所示[1]。

圖1 設(shè)計(jì)過程圖

2.2 常用建筑加固方法

2.2.1 間接加固法

壓縮水平均衡桿和添加支撐是間接加固方法中被廣泛使用的2 種方法?？紤]到混凝土構(gòu)件易發(fā)生彎曲變形的特性，通常使用預(yù)應(yīng)力水平錨桿或添加額外支撐點(diǎn)提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和耐久度。該方法簡單可靠，適用于加固橫梁和地板等水平構(gòu)件，具有廣泛的應(yīng)用范圍，其主要是通過增加支撐點(diǎn)減小結(jié)構(gòu)的計(jì)算跨度，從而分擔(dān)原結(jié)構(gòu)受到的外部荷載。

2.2.2 增大截面法

為了增強(qiáng)構(gòu)件的承載能力，需要提高截面原始結(jié)構(gòu)各方面的性能，通過增加混凝土構(gòu)件的橫截面面積并植入主筋，可以提高原始混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力。這種加固方法的優(yōu)點(diǎn)是加固材料種類繁多，加固技術(shù)要求低，適用范圍廣。

2.2.3 外包鋼加固法

外包鋼有2 種加固方法：一種是外包鋼板加固；另一種是外粘貼鋼板加固。外包鋼板加固方法是指橫向用箍板或螺栓套箍將鋼構(gòu)件整體連接到原始結(jié)構(gòu)外部的加固方法，與原結(jié)構(gòu)形成一個(gè)整體，從而提高原始構(gòu)件的承載能力。外包鋼結(jié)構(gòu)可以完全或部分替代原始構(gòu)件，以達(dá)到加固的目的。如果使用化學(xué)灌漿粘貼鋼板，則型鋼的表面溫度不宜超過60℃。如果環(huán)境中存在腐蝕性介質(zhì)，則必須采取可靠的防護(hù)措施以提高其耐用性。

2.3 結(jié)構(gòu)加固基本原則

2.3.1 先鑒定后加固

進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固之前，需要檢查現(xiàn)有的建筑結(jié)構(gòu)并評(píng)估其可靠性，了解結(jié)構(gòu)的材料特性和結(jié)構(gòu)破壞程度，并對(duì)結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有受力狀態(tài)和結(jié)構(gòu)的維護(hù)水平進(jìn)行分析，再有針對(duì)性地選擇相應(yīng)的加固方法。

2.3.2 經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)

進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固方案比較時(shí)，應(yīng)將加固方案的經(jīng)濟(jì)效益作為方案比選的重要指標(biāo)之一。所以，在確定鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的配筋率時(shí)，有必要在保證建筑物各方面性能的前提下，降低建筑物的加固成本。

2.3.3 合理選擇加固方案

在實(shí)際工程中，應(yīng)根據(jù)具體情況，結(jié)合一個(gè)或多個(gè)方案進(jìn)行加固施工，因此，應(yīng)在準(zhǔn)確把握各種加固技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上做好以下工作，確保加固設(shè)計(jì)的科學(xué)性：首先，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑進(jìn)行全面分析，確定建筑需要的加固強(qiáng)度，分析施工工期、加固施工帶來的影響以及相關(guān)的施工費(fèi)用等；其次，根據(jù)需要加固的結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，科學(xué)確定加固工藝。

2.4 材料選擇原則和有關(guān)性能參數(shù)的取值

加固原材料的選用往往應(yīng)遵循以下原則：水泥一般選用強(qiáng)度等級(jí)不低于32.5 級(jí)的普通硅酸鹽水泥；混凝土強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)高于原結(jié)構(gòu)構(gòu)件，并且不低于C20；加固用冷凝材料中不得摻雜粉煤灰、火山灰和爐渣等。對(duì)于用于加固材料的各種原材料，在設(shè)計(jì)過程中選擇其強(qiáng)度等性能參數(shù)，其取值一般應(yīng)符合如下規(guī)定：當(dāng)原結(jié)構(gòu)構(gòu)件中有相同材料時(shí)，按其設(shè)計(jì)值確定其取值；若原結(jié)構(gòu)中沒有相同材料，按現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范確定取值。

3 結(jié)構(gòu)加固的實(shí)際應(yīng)用

3.1 工程概況及加固要求

某商業(yè)建筑新建部分幾近完工，但業(yè)主將1 層的中庭庭院改成室內(nèi)展示室，因此，該工程成為擴(kuò)建工程。由于需增加部分層高并進(jìn)行封閉，因此，主要采用粘貼碳纖維布、壓力注膠粘鋼、外包型鋼或加大截面等方案對(duì)部分影響范圍內(nèi)的框架柱做增層并加固。新增加的結(jié)構(gòu)將通過植筋方式與原有結(jié)構(gòu)連接。

業(yè)主需要將該建筑中央部分原有庭院進(jìn)行加層并封閉，以滿足使用功能的需要。中庭四周部分框架柱由現(xiàn)有高度-0.700m 升至4.350m，頂部由4.350m 升至8.850m，增加輕鋼結(jié)構(gòu)玻璃幕采光屋面。

3.2 加固結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.2.1 荷載確定方法

根據(jù)GB 50367—2013《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》（以下簡稱《規(guī)范》）第A.0.2 條及第A.0.3 條，對(duì)于已有建筑物的結(jié)構(gòu)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，應(yīng)依據(jù)既有結(jié)構(gòu)的實(shí)測(cè)構(gòu)件尺寸及其材料的單位自重標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算確定。根據(jù)《規(guī)范》第A.0.8 條，在對(duì)既有結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)的設(shè)計(jì)驗(yàn)算時(shí)，應(yīng)修正其基本風(fēng)壓、雪壓及露面的活載標(biāo)準(zhǔn)值，并根據(jù)《規(guī)范》查取其修正系數(shù)。根據(jù)前述，本建筑物在加固改造后使用年限的目標(biāo)為50 年，查取規(guī)范，其各項(xiàng)修正系數(shù)如表1 所示。中庭封閉結(jié)構(gòu)的荷載標(biāo)準(zhǔn)值根據(jù)GB 50009—2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》取值。

表1 各項(xiàng)修正系數(shù)

3.2.2 加固方案的確定及加固措施

經(jīng)過整體計(jì)算和對(duì)構(gòu)件驗(yàn)算后的數(shù)據(jù)表明，原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)足以承受加層的荷載，但是增層部位以下的各層框架柱和梁不能滿足新設(shè)計(jì)的要求。因此，需采用增加每個(gè)支柱層的橫截面積，外包型鋼或粘貼碳纖維布等方式對(duì)柱和梁截面的剛度和配筋進(jìn)行加固。

3.2.3 框架柱加固設(shè)計(jì)

根據(jù)原設(shè)計(jì)文件，該項(xiàng)目使用了中國建筑科學(xué)院的SATWE 多層高層建筑結(jié)構(gòu)空間分析程序，在現(xiàn)場對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的幾何尺寸和混凝土強(qiáng)度等級(jí)進(jìn)行計(jì)算和分析。根據(jù)鋼筋混凝土柱在加固前的軸壓比確定在加固設(shè)計(jì)中是否應(yīng)增加構(gòu)件的截面面積。經(jīng)試驗(yàn)計(jì)算，增加層數(shù)后，框架柱的軸壓比均小于1，可不增加截面面積。

作為升級(jí)改造項(xiàng)目，在該建筑的加固設(shè)計(jì)中，采用外包型鋼加固法加固地下室鋼筋混凝土柱較粘貼碳纖維加固法更為經(jīng)濟(jì)實(shí)用，但對(duì)構(gòu)件界面尺寸增大較多，為了確保加固后的結(jié)構(gòu)不影響整體裝修效果，建議采用碳纖維加固法。除中庭周圍采用碳纖維加固法外，第一層加固柱其他部分采用外包鋼構(gòu)架加固法。

4 結(jié)語

建筑結(jié)構(gòu)會(huì)受到自然因素的長期影響，其堅(jiān)固性會(huì)隨著時(shí)間而減弱，因此，需要針對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況選擇合理的加固技術(shù)對(duì)其進(jìn)行加固。本文對(duì)現(xiàn)有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固方法和要求進(jìn)行分析，希望能為保證建筑物的使用安全，延長建筑物的使用壽命提供借鑒。