關(guān)于建筑工程混凝土結(jié)構(gòu)加固方案的探討*

馬洪成

(廣西民族大學(xué) 南寧 530000)

建筑工程混凝土結(jié)構(gòu)加固方案是指對(duì)現(xiàn)有的混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造、加強(qiáng)或補(bǔ)強(qiáng),以提高其承載能力和耐久性。加固方案應(yīng)根據(jù)不同結(jié)構(gòu)的情況,綜合考慮結(jié)構(gòu)的受力性能、施工難度、經(jīng)濟(jì)效益等因素,制定出最佳的加固方案。

1 混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)

從技術(shù)角度來(lái)講,人們針對(duì)不同的加固問(wèn)題提出了不同的解決方法,在具體的改建工程中,加固方案的選擇往往也會(huì)考慮到不同的方法。鋼筋混凝土主要的加固方式有兩種,即直接加固法和間接加固法。

1.1 截面加固

加大斷面加固方法是指在原來(lái)的建筑構(gòu)件外面,增加一層混凝土結(jié)構(gòu),在實(shí)際的工程中,它的作用是把混凝土材料澆注到構(gòu)件外面,這樣就可以在原來(lái)的混凝土構(gòu)件上增加一個(gè)橫斷面,從而增加了整個(gè)結(jié)構(gòu)的承載力,同時(shí)還可以減小柱體的長(zhǎng)細(xì)比。此項(xiàng)技術(shù)可用于梁、柱結(jié)構(gòu)。在進(jìn)行加固時(shí),要與原來(lái)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力特征相聯(lián)系,對(duì)其進(jìn)行綜合的研究,找出其應(yīng)力較弱的部位,然后根據(jù)加固的設(shè)計(jì)要求,對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)牟贾?。在建造過(guò)程中,在上下兩層的混凝土鋼筋之間,添加一定數(shù)量的彎折區(qū),這樣就可以對(duì)梁板結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效的控制。在對(duì)不同類(lèi)型的建筑進(jìn)行加固時(shí),應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際情況,選用不同類(lèi)型的建筑材料,以確保建筑工程的質(zhì)量。

1.2 間接加固施工技術(shù)

在當(dāng)前的住宅建設(shè)中,采用的方法多為間接加固施工技術(shù)。采用這種方法必須對(duì)已建建筑物的應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行分析,然后針對(duì)具體條件進(jìn)行設(shè)計(jì),最終實(shí)現(xiàn)對(duì)已建建筑物的加固。在實(shí)踐中要注意建筑工程施工中,盡量避免對(duì)已有建筑工程施工中的原先構(gòu)造進(jìn)行改動(dòng),并將預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用到已有的構(gòu)件中。間接加固施工技術(shù)可以提高對(duì)外界載荷的控制,將載荷作用限制在某一特定區(qū)域,從而提高其承載力。另外,在應(yīng)用該技術(shù)時(shí),一般都會(huì)與另外一種增強(qiáng)技術(shù)聯(lián)合起來(lái),即為預(yù)應(yīng)力基礎(chǔ)加固技術(shù),它可以對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)施加應(yīng)力,保證混凝土整體結(jié)構(gòu)可以獲得更好的結(jié)果,并可以對(duì)建筑物的細(xì)部進(jìn)行處理,從而改善混凝土結(jié)構(gòu)的抗壓性能。在實(shí)際應(yīng)用中采用水平裝配法,可使混凝土構(gòu)件的承載力有較大的提升。

1.3 纖維復(fù)合材料加固

纖維復(fù)合材料加固技術(shù),是指在原有的混凝土構(gòu)件的外面粘上一層纖維膜,將復(fù)合材料本身的韌性發(fā)揮到最大,對(duì)混凝土構(gòu)件的抗切、抗彎性能進(jìn)行了全方位的提升,從而可以承受更多的壓力。從目前的具體使用情況來(lái)看,由于該復(fù)合纖維本身具有較高的抗拉性能,且其質(zhì)量較輕,并具有良好的耐熱性能,因此使用該材料更容易增強(qiáng)其強(qiáng)度,尤其是對(duì)彎曲部位的增強(qiáng)效果更好?，F(xiàn)如今使用最多的是玻纖、炭纖等。與其他加固方式相比,復(fù)合加固方式有很大的區(qū)別。但在工程實(shí)踐中,為了提高混凝土結(jié)構(gòu)的整體性能,必須使其具有良好的性能。在實(shí)際應(yīng)用前,要根據(jù)需要,選取合適的纖維材料,確定最優(yōu)的錨固方式,使纖維材料的作用最大化。

1.4 外粘型鋼加固

在建筑施工時(shí),一般都會(huì)對(duì)四個(gè)鋼筋進(jìn)行加固,根據(jù)加固的長(zhǎng)短,選擇適當(dāng)?shù)慕卿?通過(guò)箍板或螺栓套箍將這些角鋼進(jìn)行高效的連接,從而達(dá)到對(duì)外部混凝土建筑的整體加固。通過(guò)對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)化,既可以替代原來(lái)的RC結(jié)構(gòu),承擔(dān)外荷載作用,又可以提高RC 結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度,同時(shí)還可以對(duì)RC結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效的約束,提高其韌性。

實(shí)踐證明,該方法簡(jiǎn)便、易于實(shí)現(xiàn)、節(jié)約時(shí)間,并在梁、柱等結(jié)構(gòu)物的應(yīng)力計(jì)算中得到了較好的結(jié)果。當(dāng)前常用的施工方式主要是將其分成兩種:干式和濕式,其中干式加固技術(shù)是將其置于原來(lái)的混凝土構(gòu)件之外,采用這種方式,外包型鋼和原來(lái)的混凝土構(gòu)件都會(huì)承擔(dān)相應(yīng)的載荷,因此在采用這種方式時(shí),必須要對(duì)其與型鋼的載荷比例進(jìn)行一個(gè)合理的計(jì)算。濕式加固是指在原有構(gòu)件與外包型鋼之間,事先留有一定的風(fēng)險(xiǎn),之后重點(diǎn)使用環(huán)氧砂漿或乳膠水泥,保證外包鋼與原有構(gòu)件構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一的整體,從而來(lái)傳遞應(yīng)力,共同承擔(dān)外界的載荷。與此同時(shí),對(duì)型鋼和混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)揮出約束作用,盡可能降低混凝土的形變,防止因?yàn)樾巫儐?wèn)題造成的外包型鋼積壓,從而對(duì)加固效果產(chǎn)生不利的影響。

2 混凝土結(jié)構(gòu)加固的具體應(yīng)用

2.1 工程概況

該廠房建筑主體為六層框架結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖1)。建筑物一樓的高度為4.5 m,二層到六層為3.3 m,建筑使用面積3 850 m2。該地區(qū)的抗震設(shè)防水平為8度,基礎(chǔ)地震荷載為0.10 g,場(chǎng)地類(lèi)別為3級(jí)。車(chē)間寬度以6.9 m、9.2 m、10.9 m 為主,長(zhǎng)度以7.7 m 和10.0 m 為主。主要框架柱的斷面尺寸分布為420 mm×420 mm和450 mm×450 mm,主要框架梁斷面尺寸分布為350 mm×650 mm 和450 mm×900 mm,鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度35 mm,梁構(gòu)件保護(hù)層厚度30 mm。這座大樓于2004年完工,現(xiàn)已投入使用。由于工廠正在對(duì)廠房進(jìn)行升級(jí),在地板上添加了一套型號(hào)LBCT 系列的冷卻器,UPCW 系列的中央空調(diào)系統(tǒng),還有一套用于懸掛空調(diào)設(shè)備的鋼梁和制冷裝置,這些設(shè)備的重量達(dá)到了167 t,因此很多原來(lái)的設(shè)計(jì)已經(jīng)不能滿(mǎn)足現(xiàn)在的安全需求。

圖1 平面布置圖

2.2 檢測(cè)內(nèi)容

(1)構(gòu)造檢查:結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng),對(duì)施工圖紙進(jìn)行校核。將現(xiàn)場(chǎng)的施工計(jì)劃與圖紙進(jìn)行對(duì)照,采用拍照、現(xiàn)場(chǎng)定位等方式,查找現(xiàn)場(chǎng)情況與設(shè)計(jì)圖不符之處,并核對(duì)在施工期間的實(shí)際軸線尺寸,檢查結(jié)果顯示廠方建筑結(jié)構(gòu)是合理的。

(2)手動(dòng)觀測(cè)本體的損傷,并觀測(cè)能夠在視覺(jué)范圍中看見(jiàn)的部件形狀。運(yùn)用照片、圖畫(huà)、文字記錄,綜合起來(lái)形成詳細(xì)的報(bào)告。

(3)整個(gè)建筑物的傾斜和不一致沉降檢驗(yàn):對(duì)該工程進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn),該工程內(nèi)外地表和該工程的主要建筑物沒(méi)有出現(xiàn)任何裂紋,該工程的主要建筑物也沒(méi)有出現(xiàn)任何傾斜和不一致沉降現(xiàn)象,表明該工程的總體構(gòu)造已經(jīng)基本上穩(wěn)固,能夠達(dá)到一般的安全性需求。

(4)使用鋼筋定位探測(cè)器和帶尺量度鋼筋斷面,對(duì)于局部開(kāi)挖時(shí)鋼筋的縱筋個(gè)數(shù)和鋼筋環(huán)縫進(jìn)行了取樣檢查。

2.3 檢測(cè)結(jié)論與建議

2.3.1 結(jié)論

(1)建筑物結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)時(shí),梁板柱等構(gòu)件的布置(鋼筋尺寸、數(shù)目、箍筋尺寸、間隔、加密區(qū)長(zhǎng)度)與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的布置形式基本一致。

(2)根據(jù)實(shí)地抽樣和廠家提供的資料,經(jīng)過(guò)檢查,本廠房的構(gòu)筑物中,框架柱B×1/6,B×1/8,A×6,A×7,A×8,1/A×1/6,其實(shí)際配筋均沒(méi)有達(dá)其極限承載力。

(3)根據(jù)建筑公司的實(shí)地考察及由分包公司提供的資料,一層及二層全部部分構(gòu)筑物的框架梁:8×(A-B),1/8×(A-B),1/7×(2/A-1/B),2/7×(AB),1/B×(2/7-1/8),1/B×(2/7-1/8),2/B×(2/7-1/8),2/B×(2/7-1/7),與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不符。

2.3.2 建議

建議對(duì)框架柱:B×1/6,B×1/8,A×6,A×7,A×8,1/A×1/6,廠房首層全部框架梁,二層梁:8×(A-B),次梁:8×(A-B),1/8×(A-B),1/7×(2/A-1/B),2/7×(A-B),1/B×(2/7-1/8),1/B×(2/7-1/8),2/B×(2/7-1/8),2/B×(2/7-1/7),框架梁柱的配筋無(wú)法滿(mǎn)足承載力需求的承重構(gòu)件進(jìn)行相應(yīng)的加固處理。

2.4 結(jié)構(gòu)加固方案的設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)該建筑的分析,找到了不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)范的邊框柱受力性能指標(biāo),并根據(jù)工程實(shí)例,給出了兩個(gè)加固的方案:

第一個(gè)方案是對(duì)邊框柱包覆碳纖維布進(jìn)行加固處理(見(jiàn)圖2);第二個(gè)方案是通過(guò)增加橫截面積的方法對(duì)框架柱進(jìn)行加固強(qiáng)化。

圖2 廠房首層柱加固位置平面圖

2.4.1 碳纖維布加固法

在對(duì)軸壓柱進(jìn)行環(huán)箍加固的情況下,按下列方法計(jì)算其正斷面的承載力:

選取B×7軸線位置的框架柱,以此框架柱為例介紹碳纖維布加固設(shè)計(jì)方案。截面尺寸b×h=500×500mm,混凝土等級(jí)C30,抗壓強(qiáng)度設(shè)值fc0=14.3 N/mm2,A′s0=200 mm2,l0=5 000 mm,fy0=300 N/mm2,N=399.248 N。

原柱承載力:

本工程擬選用英國(guó)進(jìn)口碳纖維布(C300)對(duì)該柱進(jìn)行正截面加固(見(jiàn)圖3)。

圖3 柱增大截面圖

2.4.2 增大截面法在對(duì)RC軸壓構(gòu)件進(jìn)行加固時(shí),通過(guò)以下計(jì)算得到其正斷面承載力的公式:

同樣選取B×7軸線位置的框架柱,以此柱為例介紹增大截面加固設(shè)計(jì)方案。截面尺寸b×h=500×500mm,混凝土等級(jí)C30,抗壓強(qiáng)度設(shè)值fc0=14.3 N/mm2,A′s0=200 mm2,l0=5 000 mm,fy0=300 N/mm2,N=3 992.48 N。對(duì)柱四面圍套增大截面法對(duì)柱進(jìn)行加固,新增混凝土采用C35,加固后截面尺寸為b1h1=600×600 mm,縱向受力鋼筋采用HRB335。N≤0.9φ[fc0Ac0+f′y0A′s0+αcs(fcAc+f′yA′s)]=0.9×0.98×[14.3×5002+300×2 000+0.8×(16.7+52 500+300×1 608)]=4 300.98 k N＞3 992.48 k N

按照此增大截面法設(shè)計(jì),可以保證建筑結(jié)構(gòu)滿(mǎn)足承載力要求,并保證其安全性和可靠性。這種方法可以有效增加建筑結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)面積,同時(shí)又能保證其強(qiáng)度和穩(wěn)定性,從而提高建筑結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性。此外,這種方法還可以有效地控制建筑結(jié)構(gòu)的重量和成本,從而更好地滿(mǎn)足人們的需求。根據(jù)本工程實(shí)際情況,設(shè)計(jì)出了兩套加固方案,即對(duì)框架柱采用碳纖維加固,加大截面法加固這兩種方法進(jìn)行了分析和比較,最后選用增大截面法加固框架柱為本次改造工程的最終加固方案。

2.5 施工質(zhì)量控制

加固施工管理實(shí)際上就是對(duì)施工過(guò)程中的一些細(xì)節(jié)進(jìn)行的管理,結(jié)合工程施工情況進(jìn)行具體的剖析。

(1)就是如何對(duì)已有的建筑進(jìn)行最大程度的強(qiáng)化,將破壞和破壞降到最低。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),要先進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,然后才能決定最佳的方案,并根據(jù)制訂的方案進(jìn)行詳細(xì)的實(shí)施。

(2)就是完全的執(zhí)行方案,如果發(fā)現(xiàn)有與原方案不符的地方,一定要及時(shí)溝通,理解清楚真正需求后,再做出調(diào)整,禁止擅自更改。

(3)要做好技術(shù)上的引導(dǎo),這樣可

(4)一定要進(jìn)行詳細(xì)的檢查。要檢查施工方案、施工的各個(gè)環(huán)節(jié)、施工資料的記錄等,看其是否符合具體的要求,有問(wèn)題要及時(shí)糾正。

3 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的加固技術(shù)有多種,各有其特殊的應(yīng)用范圍和優(yōu)越性。為此,在工程實(shí)踐中應(yīng)根據(jù)工程特征,合理選用相應(yīng)的加固方法,從根本上提升工程的穩(wěn)定性,確保工程的使用安全性,進(jìn)而推動(dòng)建筑業(yè)的健康有序發(fā)展。