某商業(yè)建筑結(jié)構(gòu)加固改造實(shí)例

芮彩雲(yún)

摘要：隨著社會(huì)發(fā)展地需求、生產(chǎn)工藝地進(jìn)步，實(shí)施城市更新行動(dòng)將是今后城市發(fā)展的主流方向。城市更新過程中，需要對(duì)既有建筑物進(jìn)行改造，既有建筑物由于使用功能改變、荷載發(fā)生變化，需對(duì)原結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固。在結(jié)構(gòu)改造加固過程中，需要保證結(jié)構(gòu)體系的完整性，局部荷載改變的地方，需對(duì)梁、板、柱進(jìn)行綜合補(bǔ)強(qiáng)。文章通過某綜合樓加固改造施工實(shí)例，分析框架柱增大截面+外包型鋼組合加固法、框架梁粘鋼加固、懸挑梁加大截面加固施工方案，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際制定冬期施工方案并實(shí)施，同時(shí)針對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)質(zhì)量缺陷提出對(duì)策并實(shí)施，為今后類似工程的施工積累一定經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)加固;組合加固;粘鋼加固

中圖分類號(hào)：TU746.3??????????? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

隨著城市更新改造工作地逐步開展，一些原有建筑由于使用功能、荷載等的改變，已不能滿足當(dāng)前需求。而商業(yè)建筑改造由于涉及面復(fù)雜、范圍廣等問題，在加固改造過程中要面臨的考驗(yàn)諸多[1-4]。本項(xiàng)目又處于北方冬施期間，如何做好冬防也是改造過程中需把握的關(guān)鍵部分。

1工程概況

某商業(yè)建筑位于蘭州市城關(guān)區(qū)，始建于1999年，主體結(jié)構(gòu)為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)，地上二十八層（局部為二十九層）包含高層住宅、多層商業(yè)及地下室。

本工程結(jié)構(gòu)形式為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，建筑設(shè)計(jì)使用年限為50 a，抗震設(shè)防烈度為8°（0.2 g），地震分組為第二組，特征周期為0.40 s，基本風(fēng)壓為0.3 kN/m2，基本雪壓為0.15 kN/m2;框架抗震等級(jí)一級(jí)，剪力墻抗震等級(jí)一級(jí)。

本工程根據(jù)業(yè)主需要對(duì)部分框架柱采用綜合法加固（增大截面+外包角鋼），懸挑部位鋼筋混凝土梁采用增大截面加固，對(duì)樓板局部洞口封堵，新增電梯局部結(jié)構(gòu)改造;框架梁采用粘鋼及外包角鋼加固，新增洞口采用粘貼碳纖維加固。

2框架柱組合加固方案

2.1增大截面+外包型鋼組合加固

傳統(tǒng)的框架柱加固方法主要為增大截面加固法及外包型鋼加固法，增大截面加固法也稱為外包混凝土加固法，依據(jù)新加混凝土與原結(jié)構(gòu)構(gòu)件共同工作的原則，對(duì)新加混凝土采用強(qiáng)度折減的方法進(jìn)行受壓承載力計(jì)算。該方法施工工藝簡(jiǎn)單、適用面廣，但現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)工作量大、養(yǎng)護(hù)時(shí)間較長(zhǎng)，構(gòu)件截面增大后對(duì)結(jié)構(gòu)的外觀和房屋凈空有影響。

外粘型鋼加固法是在構(gòu)件四周包以型鋼的一種加固方法，計(jì)算軸心受壓柱的截面承載力時(shí)，可將外包型鋼視為柱的縱筋，并取一定的強(qiáng)度折減系數(shù)，按照外包型鋼構(gòu)架與原柱共同工作的原則進(jìn)行。該方法工期短，構(gòu)件截面尺寸增加不多，但定位及膠縫厚度要求嚴(yán)格，且應(yīng)進(jìn)行防護(hù)。

為有效解決外包型鋼加固法在提高構(gòu)建軸壓比和承載力方面有限且定位和膠縫厚度嚴(yán)格，及增大截面加固法對(duì)結(jié)構(gòu)外觀及房屋凈空的影響、配筋過大時(shí)梁柱節(jié)點(diǎn)鋼筋無法貫通導(dǎo)致的節(jié)點(diǎn)偏弱等問題，同時(shí)有效增加框架柱環(huán)向約束。故本工程中對(duì)負(fù)二～七層（-7.000～28.100 m）A軸10根鋼筋混凝土柱采用組合加固法進(jìn)行加固。

組合加固法一般會(huì)采用外包型鋼和增大截面加固相結(jié)合，在受壓承載力計(jì)算時(shí)，綜合利用各種加固材料共同工作的原則進(jìn)行計(jì)算。外包型鋼和增大截面組合加固法，綜合了外包型鋼法與增大截面法兩種常用加固方法的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)加固構(gòu)件的承載力有很大程度的提高，既減輕了增大截面法對(duì)凈空的影響，也減小了所需外包型鋼的面積，且施工方便，經(jīng)濟(jì)性較好。

2.2框架柱加固施工方案

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本工程制定了切實(shí)可行的施工方案。建筑中原有柱截面尺寸為700×700，型鋼規(guī)格為∠75×8、∠100×8等，綴板寬100 mm、厚4.0 mm、綴板間距100 mm，鋼材型號(hào)為Q235。如對(duì)角柱JKZ-1新增角部受力鋼筋?28通長(zhǎng)設(shè)置，中部受力鋼筋?25通長(zhǎng)設(shè)置，新增拉筋?12@200化學(xué)植入柱內(nèi)，錨固長(zhǎng)度不低于15 d。在-1.300～28.100 m處采用柱外包型鋼+增大截面組合加固，柱角新增角鋼 L75×8，新增綴板100×4@100，與角鋼焊接，梁柱節(jié)點(diǎn)貫穿樓板處，梁區(qū)等代鋼筋?20@200穿墻與角鋼焊接。

增大截面施工時(shí)，采用強(qiáng)度等級(jí)為C55的灌漿料，澆筑方式根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件采用人工澆筑，澆筑前對(duì)構(gòu)件根部采用封堵措施，并分層設(shè)置澆筑口。澆筑時(shí)采用體內(nèi)體外相結(jié)合的振搗工藝，振搗密實(shí)，澆筑完畢12 h 內(nèi)對(duì)灌漿料進(jìn)行覆蓋、保濕、養(yǎng)護(hù)。

2.3框架柱組合加固施工要點(diǎn)

混凝土柱組合加固的主要工藝流程為：施工準(zhǔn)備→基層處理、鑿毛→放線下料→柱角開洞→植筋→型鋼、鋼板表面處理→型鋼骨架制作及安裝→鋼筋制作及綁扎→模板安裝→混凝土澆筑→模板拆除→混凝土養(yǎng)護(hù)→檢查、記錄→驗(yàn)收。

組合加固施工過程中，技術(shù)要點(diǎn)主要有：

（1）需要將下層角鋼升入上層，因此要在柱角樓板開洞，作業(yè)部位在上層板面，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，為避免拆除過程中對(duì)原結(jié)構(gòu)的損傷，需采用人工靜力拆除方式進(jìn)行開洞作業(yè);

（2）根據(jù)設(shè)計(jì)要求，植筋鉆孔孔徑應(yīng)不小于d+4 mm，鉆孔深度不小于L+15 mm，其中 d 為鋼筋的直徑，L 為鋼筋植入深度，現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)采用鑿巖機(jī)械或沖擊鉆孔;

（3）型鋼骨架制作及安裝中，鋼骨架各肢，按設(shè)計(jì)要求的距離臨時(shí)固定，宜采用螺栓和點(diǎn)焊方式。在原構(gòu)件找平的表面上，每隔一定距離粘貼小墊片，使鋼骨架與原構(gòu)件之間留有2～3 mm的縫隙，以備壓注膠液;

（4）對(duì)加壓注膠的全過程進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。壓力應(yīng)保持穩(wěn)定，且應(yīng)始終處于設(shè)計(jì)規(guī)定的范圍內(nèi)。當(dāng)排氣孔冒出漿液時(shí)，應(yīng)停止加壓，并以環(huán)氧膠泥堵孔。然后再以較低壓力維持10 min，方可停止注膠。

現(xiàn)場(chǎng)采用組合加固后的框架柱施工質(zhì)量滿足《建筑結(jié)構(gòu)加固工程質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB 50550-2010）[5]驗(yàn)收要求。1DE44F3F-1E29-4479-B95B-F4C0AA47FF8C

2.4施工質(zhì)量控制

在柱增大截面施工過程中，出現(xiàn)的主要質(zhì)量問題是增大截面柱表面出現(xiàn)干縮裂縫，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員分析，出現(xiàn)裂縫的主要原因有灌漿料受潮、攪拌不充分、配合比不到位、模板加固不到位、與原混凝土截面結(jié)合不良、拆模不當(dāng)?shù)?。通過采取現(xiàn)場(chǎng)檢查、資料分析、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)等方法，對(duì)引起混凝土裂縫過大的各個(gè)末端因素進(jìn)行了逐個(gè)確認(rèn)，最終確定為：

2.4.1鑿毛深度不夠，間距過大

工人進(jìn)行鑿毛作業(yè)時(shí)，電錘使用不規(guī)范導(dǎo)致鑿毛深度不足，項(xiàng)目部采取將拉結(jié)筋間距縮小為150 mm，界面鑿毛深度調(diào)整為6～10 mm，鑿毛間距20 mm 的控制措施，并將固體界面劑更換為乳液型界面劑。同時(shí)對(duì)操作人員進(jìn)行二次技術(shù)交底，要求操作人員嚴(yán)格按照實(shí)施對(duì)策后的方案進(jìn)行鑿毛處理。

通過采取一系列措施，現(xiàn)場(chǎng)鑿毛深度滿足規(guī)范要求，保證了施工質(zhì)量。

2.4.2養(yǎng)護(hù)不到位

針對(duì)養(yǎng)護(hù)材料性能差，具體措施：用氈布將塑料薄膜進(jìn)行替換，以降低前期因地下室溫度過低而帶來的內(nèi)外溫度差，減少水分流失。

2.4.3灌漿料流動(dòng)度大

針對(duì)灌漿料流動(dòng)度大的問題，更換灌漿料種類及攪拌工具，攪拌機(jī)由滾筒式攪拌機(jī)更換為強(qiáng)制立式攪拌機(jī)。

灌漿料種類由普通灌漿料更換為鋼纖維早強(qiáng)灌漿料。在每次攪拌前對(duì)水的配合比進(jìn)行控制，通過實(shí)驗(yàn)得出配合比在11%～12%之間灌漿料的流動(dòng)度最佳，適宜灌注。

通過改進(jìn)對(duì)策的實(shí)施，灌漿料增大截面裂縫顯著減少，裂縫寬度顯著降低，目前為止未見貫穿性裂縫。

通過預(yù)防措施的實(shí)施，可見的干縮裂縫顯著減少;寬度大于0.2 mm 的裂縫得到有效控制，現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量合格率達(dá)到了92.7%，滿足規(guī)范要求。

3框架梁粘鋼加固

本工程一至七層部分框架梁采用粘貼鋼板法加固，粘貼鋼板用膠采用A級(jí)膠，加固采用粘錨結(jié)合的方式。3.1材料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

（1）鋼材：本工程所使用的鋼板和扁鋼，其品種和性能應(yīng)符合下列規(guī)定：鋼材質(zhì)量應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn);鋼材的性能設(shè)計(jì)值應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定;不得使用無出廠合格證、無中文標(biāo)志或未經(jīng)進(jìn)廠檢驗(yàn)的鋼材。

（2）環(huán)氧樹脂膠：梁粘鋼所使用的膠為A級(jí)膠，其性能應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《工程結(jié)構(gòu)加固材料安全性鑒定技術(shù)規(guī)范》GB50728-2011第4.2.2條的規(guī)定，且應(yīng)滿足《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50367-2013）的相關(guān)要求。3.2施工要點(diǎn)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在±0.000 m、5.100 m、9.600 m、14.100 m、18.600 m、23.100 m、28.100 m 處采用梁包鋼加固。

梁頂、梁底加固鋼板采用環(huán)氧樹脂A級(jí)結(jié)構(gòu)膠粘貼，并采用錨栓M8@400錨固，梁側(cè)采用鋼板U形箍，凈間距100/200。在現(xiàn)場(chǎng)施工過程中，加固鋼板采用人工除銹，除銹等級(jí)St2，加固安裝時(shí)在鋼板內(nèi)側(cè)均勻涂刷結(jié)構(gòu)膠后與混凝土結(jié)構(gòu)沿全長(zhǎng)互相壓緊，將粘鋼膠均勻擠出，同時(shí)采用化學(xué)錨栓可靠錨固。加固完成后在裸露的鋼材表面進(jìn)行抹灰處理，抹灰厚度為20 mm，采用Ⅰ級(jí)聚合物砂漿，內(nèi)加防裂鋼絲網(wǎng)，以防止粉刷層龜裂脫落。

3.3施工質(zhì)量控制

影響梁外包型鋼工程質(zhì)量的主要因素是空鼓和焊縫不滿足要求，主要原因是部分工人操作方法不當(dāng)、空壓機(jī)壓力不夠、焊條不滿足要求、清渣不凈、注膠時(shí)間不夠。

針對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的上述質(zhì)量問題，項(xiàng)目部采取了以下措施：

（1）對(duì)所有一線操作工人進(jìn)行方案和技術(shù)交底，對(duì)施工人員加強(qiáng)教育培訓(xùn)，提高一線工人的操作水平，統(tǒng)一認(rèn)識(shí)梁包鋼施工質(zhì)量對(duì)建筑物使用安全和使用壽命的重要性;

（2）項(xiàng)目部新購置一臺(tái)大功率空壓機(jī)，合格證、檢測(cè)報(bào)告資料完整。項(xiàng)目部技術(shù)負(fù)責(zé)人對(duì)施工作業(yè)人員進(jìn)行技術(shù)交底，并由項(xiàng)目施工員負(fù)責(zé)施工過程中的檢查、監(jiān)督;

（3）項(xiàng)目材料員嚴(yán)格把關(guān)，與型材匹配，未受潮，合格證、檢測(cè)報(bào)告齊全。其次，由項(xiàng)目部技術(shù)負(fù)責(zé)人對(duì)施工作業(yè)人員進(jìn)行技術(shù)交底，并由項(xiàng)目施工員負(fù)責(zé)施工過程中的檢查、監(jiān)控。對(duì)所有進(jìn)場(chǎng)材料嚴(yán)格按照規(guī)范規(guī)定驗(yàn)收入庫，并做好相關(guān)記錄;項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人對(duì)所有材料的合格證及檢測(cè)報(bào)告進(jìn)行查驗(yàn)，最后，報(bào)監(jiān)理現(xiàn)場(chǎng)旁站、做隱蔽驗(yàn)收及記錄;

（4）采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊，制定作業(yè)指導(dǎo)書，由項(xiàng)目部技術(shù)負(fù)責(zé)人對(duì)施工作業(yè)人員進(jìn)行技術(shù)交底，并由項(xiàng)目施工員負(fù)責(zé)施工過程中的檢查、監(jiān)督;

（5）項(xiàng)目部對(duì)加壓注膠全過程應(yīng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，壓力保持穩(wěn)定，且始終處于設(shè)計(jì)規(guī)定區(qū)間內(nèi)。當(dāng)排氣孔冒出漿液時(shí)，停止加壓，并以環(huán)氧膠泥堵孔。然后再以較低壓力維持10 min，停止注膠。

4懸挑梁加大截面加固

原框架梁鑿除混凝土保護(hù)層露出箍筋，梁頂鋼筋化學(xué)植筋錨固于柱內(nèi)，錨固長(zhǎng)度20 d，新增中部箍筋植入原有梁內(nèi)，新增兩側(cè)箍筋分段焊接于原有梁箍筋，梁底鋼筋化學(xué)植筋錨固于柱內(nèi)，錨固長(zhǎng)度20 d。在板上開槽100 mm，后注高強(qiáng)無收縮灌漿料。梁增大截面選用某品牌灌漿料滿足《工程結(jié)構(gòu)加固材料安全性鑒定技術(shù)規(guī)范》（GB 50728-2011）第6.2.1條及6.2.2條的要求[6]，強(qiáng)度等級(jí)≥C55。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)見證取樣，7 d后抗壓強(qiáng)度值≥40 MPa，抗折強(qiáng)度值≥6.0 MPa，28 d后抗壓強(qiáng)度≥60 MPa，抗折強(qiáng)度值≥9.0 MPa。鋼筋保護(hù)層厚度為25 mm，28 d后與鋼筋握裹強(qiáng)度≥5.0 MPa。

5冬期施工措施

由于本工程施工時(shí)間為冬季，日平均氣溫低于5℃，項(xiàng)目部根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況采取冬期施工措施，針對(duì)鋼筋工程、灌漿料工程、模板工程等分項(xiàng)工程編制冬期施工方案。

鋼筋在負(fù)溫條件下，其力學(xué)性能會(huì)發(fā)生顯著變化，為保證加固結(jié)構(gòu)安全，在其運(yùn)輸、堆放、搬運(yùn)過程中，減少碰撞、擠壓等現(xiàn)象，以減少鋼筋表面的機(jī)械損傷，降低冷脆性。梁、板、柱模板須在灌漿料同條件養(yǎng)護(hù)試塊強(qiáng)度達(dá)到5 N/mm2，灌漿料溫度冷卻到5 ℃后，且灌漿料表面溫度與外界環(huán)境溫度差不大于20 ℃時(shí)方可拆除。柱子灌漿料，還應(yīng)控制其內(nèi)外溫差不大于25 ℃。

灌漿料工程原材料進(jìn)行保溫防凍，進(jìn)行全封閉。采用熱水?dāng)嚢?，熱水溫度不超過60 ℃，保證灌漿料出機(jī)溫度達(dá)到10～20 ℃。拌制時(shí)嚴(yán)格控制外加劑摻量和水灰比，攪拌時(shí)間是常溫?cái)嚢钑r(shí)間的1.5倍。

冬期施工灌漿料養(yǎng)護(hù)措施十分關(guān)鍵，正確的養(yǎng)護(hù)能避免灌漿料產(chǎn)生不必要的溫度收縮裂縫和受凍現(xiàn)象，本工程采用綜合蓄熱法養(yǎng)護(hù)灌漿料。

6 結(jié)束語

結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)框架柱組合加固、框架梁粘鋼加固、懸挑梁增大截面加固技術(shù)措施進(jìn)行分析，并針對(duì)冬期施工制定措施，加固后能夠有效保證目前建筑物的安全使用。本工程運(yùn)用的建筑結(jié)構(gòu)加固方案適用性強(qiáng)、技術(shù)成熟，對(duì)類似工程具有一定的參考價(jià)值。

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