某框架結(jié)構(gòu)局部改造項目的檢測與加固研究

李荷美，張藝晶，陳記磊，劉喜喜

（1.河北省建筑科學(xué)研究院有限公司，河北 石家莊 050021；2.河北建研工程技術(shù)有限公司，河北 石家莊 050021）

0 引言

改革開放至今，大量的民用建筑和工業(yè)建筑逐漸在各個城市中建立起來［1］。隨著各行各業(yè)的迅猛發(fā)展，人們的物質(zhì)文化生活水平也在不斷提高，這些建筑的使用功能大多已不能滿足人們的需求。尤其是很多民用建筑，由于各種因素的影響，原建筑的使用功能、室內(nèi)裝修或建筑外裝造型需要改變。建筑使用功能和內(nèi)外裝修的變化，意味著既有建筑所承受的荷載大小和荷載布置方式會發(fā)生改變。由此，既有建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力很有可能不再滿足規(guī)范要求，從而需要對該建筑進行加固處理。以上情況近年來已十分普遍，因而我國也制定了針對既有建筑結(jié)構(gòu)加固的圖集、標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范。但實際工程施工中遇到的問題多種多樣，對于加固方案的制定思路和圖集中沒有的特殊結(jié)構(gòu)節(jié)點做法，已成為廣大結(jié)構(gòu)設(shè)計人員十分關(guān)注的問題。

1 工程概況

河北省某酒店為地下 1 層，地上 8 層的混凝土框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)形式為筏板基礎(chǔ)，建筑物長 62.7 m，寬 23.6 m，建筑面積約為 12 350 m2，于 2005 年建設(shè)完成。該建筑屋頂上存在一個直徑為 2.7 m，總高度為 8.1 m 的塔式混凝土框架結(jié)構(gòu)造型（屋頂標(biāo)高為 30.000 m，造型頂標(biāo)高為 38.100 m）。為滿足美觀的需求，現(xiàn)擬在該塔式框架結(jié)構(gòu)造型上加裝荷載較大的皇冠式金屬造型，加裝前原結(jié)構(gòu)上的非承重構(gòu)件將全部拆除。改造前塔式框架結(jié)構(gòu)造型照如圖 1 所示，加裝皇冠式金屬造型后的效果圖如圖 2 所示，該建筑頂層局部結(jié)構(gòu)平面示意圖如圖 3 所示。

圖1 加固前塔式框架結(jié)構(gòu)造型

圖2 加裝金屬造型后效果圖

圖3 頂層（標(biāo)高 30.000 m）局部平面示意圖（單位：mm）

2 檢測鑒定

因在本次改造的同一年該建筑主體結(jié)構(gòu)已由正規(guī)單位檢測過，并出具了檢測鑒定報告。檢測鑒定報告結(jié)果顯示，該建筑所檢構(gòu)件的混凝土強度實測值均不小于設(shè)計值，鋼筋配置與設(shè)計值相同。在原結(jié)構(gòu)荷載條件下，該建筑地基、基礎(chǔ)以及主體結(jié)構(gòu)承載力滿足要求。因此，本次局部改造項目的檢測范圍為標(biāo)高 30.000～38.100 m 處框架結(jié)構(gòu)造型。

本次局部檢測的結(jié)果顯示，未發(fā)現(xiàn)明顯影響結(jié)構(gòu)安全的損傷及缺陷。在檢范圍內(nèi)，梁、柱的混凝土強度推定值分別為 31.7 MPa、32.5 MPa，滿足其混凝土強度設(shè)計值均為 C30 的要求；梁、柱的主筋根數(shù)和鋼筋直徑，板的縱橫向鋼筋間距以及梁、板、柱的鋼筋保護層厚度均滿足設(shè)計要求。

采用結(jié)構(gòu)分析軟件，在新增荷載作用下對該框架結(jié)構(gòu)造型進行承載力驗算，結(jié)果顯示：該建筑地基、基礎(chǔ)的承載力滿足要求，所檢范圍內(nèi)的部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件以及該建筑頂層（即框架結(jié)構(gòu)造型下方）的部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力不滿足要求，建議請專業(yè)單位進行加固處理后再進行加裝金屬造型的改造。

3 加固方案

本次改造項目的新增荷載較大，荷載布置形式較多，混凝土框架結(jié)構(gòu)造型的每一層均有新增荷載的布置。應(yīng)與金屬造型廠家詳細(xì)溝通好每一個金屬構(gòu)件的重量和布置位置，及其與混凝土構(gòu)件的連接方式。新增荷載布置示意圖如圖 4 所示。加固方案制定時，應(yīng)綜合考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性、施工的可行性以及改造的經(jīng)濟性。在保證結(jié)構(gòu)安全、可靠的情況下，盡量選擇簡單且方便施工的加固方式，從而減少工作量、降低施工成本［2］。

圖4 新增金屬造型荷載布置示意圖（單位：mm）

為滿足金屬造型的安裝要求，圖 4 中標(biāo)高 38.100～39.100 mm 處為新增混凝土柱、梁。從圖 4 中可以看出，金屬造型的各個金屬構(gòu)件均采用設(shè)置連接鋼板的方式以點荷載的形式傳至原結(jié)構(gòu)上，新增非承重墻體和新增設(shè)備分別以線荷載、面荷載的形式布置于原結(jié)構(gòu)上。根據(jù)數(shù)值分析軟件計算結(jié)果可知，混凝土框架結(jié)構(gòu)的梁、板、柱均有不同程度承載力不足的情況。應(yīng)根據(jù)相關(guān)規(guī)范和工程經(jīng)驗，制定出合理的加固設(shè)計方案。

3.1 梁承載力不足的加固

由于新增荷載較大，且大部分新增荷載是由設(shè)置在梁上的連接鋼板傳至混凝土梁上，導(dǎo)致該框架結(jié)構(gòu)造型以及其下方（標(biāo)高 30.000 處）的大部分混凝土梁均有不同程度承載力不足的情況。此時，可優(yōu)先考慮施工方便、成本較低的粘貼碳布加固方式，應(yīng)注意根據(jù)工程經(jīng)驗為保證粘貼質(zhì)量，碳布層數(shù)不宜超過兩層；其次可考慮粘貼鋼板加固，鋼板層數(shù)宜為一層；但以上兩種加固方式對承載力的提高幅度不能超過 40 %，否則應(yīng)考慮采用增大截面加固法［3］。此外，加固方式的選擇還應(yīng)考慮工程實際情況，比如當(dāng)需要在混凝土梁上鉆孔時，孔洞對纖維布、鋼板均有損傷，此時宜采用增大截面加固法。根據(jù)以上方法，對不同程度承載力不足的混凝土梁選擇合適的加固方式。

3.2 板承載力不足的加固

因框架結(jié)構(gòu)造型下方（即標(biāo)高 30.000 處）需新增設(shè)備荷載，致使該處樓板的承載力不足。此時，加固方法的選擇與混凝土梁相同，可優(yōu)先考慮粘貼碳布或粘貼鋼板加固法，最后考慮增大截面方法。由于新增設(shè)備荷載僅為 4 kN/m2，板承載力不足的程度較小，因此粘貼碳布即可達到提高承載力的目的。

3.3 柱承載力不足的加固

由于該改造項目的新增荷載最終會由混凝土板、梁傳至混凝土柱上，因此該框架結(jié)構(gòu)造型以及其下方（標(biāo)高 30.000 處）的大部分混凝土柱均有不同程度承載力不足的情況。因金屬造型安裝時需在混凝土柱上布置較多錨栓或鋼板，粘貼碳布的環(huán)向圍束法在該項目中不適用，可選擇外粘型鋼或增大截面加固法。框架結(jié)構(gòu)造型底層的 4 根混凝土柱，其中有 3 根屬于梁上柱，其新增縱筋可穿板后彎折并焊接錨固于梁底，加固示意圖如圖 5 所示。

圖5 梁上柱（下端）增大截面加固

3.4 新增混凝土柱、梁的加固

為滿足金屬造型的安裝要求，標(biāo)高38.10 0～39.100 mm 處需新增混凝土柱、梁，其鋼筋配置根據(jù)計算確定。新增柱截面尺寸為 400 mm×400 mm，與其下層（標(biāo)高 32.400～34.200 mm）柱截面尺寸相同，新增梁截面尺寸根據(jù)安裝金屬造型所需連接鋼板位置確定。由于標(biāo)高 32.400～34.200 mm 層柱均需增大截面或包角鋼加固，因此當(dāng)下層柱為增大截面加固時，新增柱可采用植筋方式與下層柱剛接；當(dāng)下層柱為包角鋼加固時，可在新增柱下端的梁柱節(jié)點處做混凝土套，柱縱筋穿板后彎折錨固于梁底［4］，從而與下層柱剛接，應(yīng)注意混凝土套需將柱上重合部位的角鋼完全包裹，加固示意圖如圖 6 所示。

圖6 梁柱節(jié)點復(fù)合加固法（單位：mm）

3.5 現(xiàn)澆樓板拆除的加固

為方便檢修需增加上人孔，欲將標(biāo)高 34.200 mm層和標(biāo)高 38.100 mm 層的兩塊樓板拆除。因所拆混凝土板每塊僅約 2.3 m2，且經(jīng)計算拆除板后對原結(jié)構(gòu)無影響，因此僅需將拆除板后的梁邊緣處做構(gòu)造性修復(fù)處理。采用靜力切割拆除混凝土板，梁邊緣的原板受力鋼筋應(yīng)留頭彎折 15 d，并澆筑 50 mm 厚混凝土層加以錨固，梁板節(jié)點修復(fù)處理示意圖如圖 7 所示。

4 結(jié)論

1）該項目加固完工已有兩年多，未發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，說明上述設(shè)計能夠滿足新增荷載條件下的承載力要求，加固方案合理可行。

圖7 梁板節(jié)點修復(fù)處理（單位：mm）

2）本文以某框架結(jié)構(gòu)局部改造項目為例，介紹了該項目局部改造前的檢測鑒定方法。根據(jù)檢測鑒定報告和國家相關(guān)規(guī)范，詳細(xì)說明了新增荷載的布置方式以及加固設(shè)計方案的制定思路，列出了某些特殊節(jié)點的加固方法，可為今后相似工程的檢測和加固設(shè)計參考。Q