大跨重負(fù)荷樓板轉(zhuǎn)化成小跨構(gòu)造負(fù)荷樓板的加固深化分析

方 昉 （安徽省特種建筑技術(shù)承包有限公司，安徽 合肥 230000）

1 工程概況

本工程以某地下車庫加固項(xiàng)目為例進(jìn)行分析，該項(xiàng)目位于安徽省合肥市，原設(shè)計(jì)時(shí)間為2018 年4 月，地下一層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，建筑面積為17395.46 m2，該地庫結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，抗震設(shè)防類別為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類，設(shè)防烈度7 度（第一組），場地類別為Ⅱ類，框架抗震等級(jí)為三級(jí)，地庫頂板覆土厚度1.5m。本工程地庫基礎(chǔ)采用下柱墩+350mm 厚筏板。目前形象進(jìn)度為擬竣工驗(yàn)收，地庫頂板覆土、小區(qū)內(nèi)景觀綠化、道路均已完工。

2 原加固方案存在的問題

在小區(qū)進(jìn)行驗(yàn)收工作之前，建設(shè)單位委托檢測單位對該地庫工程進(jìn)行結(jié)構(gòu)檢測鑒定，抽檢過程中發(fā)現(xiàn)地庫頂板板面拉通鋼筋外的附加負(fù)筋未設(shè)置。本工程地庫頂板原設(shè)計(jì)為僅有框架梁的大跨度板，板跨為6100mm×8100mm、5000mm×8100mm，板厚為250mm、300mm，頂板板面配筋為C10@170 雙向拉通打底，支座處增設(shè)板面附加鋼筋，支座處板面附加鋼筋大致配置為C14@170、C16@170、C18@170，板面附加鋼筋約占總配筋量（拉通鋼筋+附加鋼筋）的比例為66%～76%。故板面附加鋼筋的缺失對地庫頂板的承載安全有嚴(yán)重影響，僅有拉通鋼筋時(shí)板面配筋率為0.154%＜45ft/fy=0.178%，不滿足規(guī)范強(qiáng)條要求。同時(shí)由于地庫頂板覆土厚重且后期為小區(qū)公共活動(dòng)區(qū)域，具有較大的安全隱患，極易造成嚴(yán)重質(zhì)量事故，必須對頂板采取有效的加固措施以消除安全隱患。

針對以上情況，建設(shè)單位及原設(shè)計(jì)單位提出將地庫頂板以上原覆土、景觀綠化、道路、防水做法等全部清除，再在板面增設(shè)50mm 厚鋼筋混凝土疊合層（內(nèi)增補(bǔ)板面支座處遺漏的附加鋼筋）進(jìn)行加固，但設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過反復(fù)驗(yàn)證后發(fā)現(xiàn)該加固方案存在以下五方面問題。

①該小區(qū)當(dāng)時(shí)銷售定位為合肥市頂級(jí)豪宅區(qū)，戶型面積均較大（300m2左右），總價(jià)較高（800 萬左右），入住人群對小區(qū)的品質(zhì)要求高，現(xiàn)由于施工質(zhì)量問題，部分業(yè)主已經(jīng)在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)傳播、討論。如果將已做好的小區(qū)內(nèi)部景觀綠化、道路全部清除重做，勢必引起小區(qū)業(yè)主的高度關(guān)注，進(jìn)而加劇業(yè)主的恐慌情緒并激發(fā)業(yè)主與開發(fā)企業(yè)的矛盾。小區(qū)內(nèi)部現(xiàn)狀見圖1。

圖1 該小區(qū)內(nèi)部現(xiàn)狀照片

②目前該小區(qū)已處于準(zhǔn)交付狀態(tài)，整個(gè)小區(qū)規(guī)劃及周邊管道、圍墻、大門、道路均已成型，將原地庫頂板覆土全翻掉再恢復(fù)，首先需設(shè)置覆土堆場，周邊均為成型區(qū)域，無可用堆場。并且周邊小區(qū)已經(jīng)形成了較為成熟的社區(qū)，小區(qū)周邊集中有幼兒園、小學(xué)、初中，學(xué)生較多，頻繁使用拉土車不僅容易造成土渣環(huán)境污染影響市容市貌，還有較大的安全隱患。

③板面增加疊合層后，地下室頂板配筋率需要按增加疊合板后的樓板厚度進(jìn)行復(fù)核計(jì)算。板底配筋率不滿足規(guī)范要求，需采取板底采取加固措施，且目前彌補(bǔ)配筋率沒有較好的解決方案。原則上粘貼碳纖維布不能解決板底配筋率不足的問題，采取板底增設(shè)鋼筋混凝土疊合層的方案則施工難度極大，且難以保證施工質(zhì)量。

④如按上述方案施工，原覆土（含景觀道路燈光）清除、堆放再重新回填，在地下室覆土鏟除后，地庫負(fù)荷減小，還需要對地下室進(jìn)行施工期間車庫周邊水位實(shí)時(shí)監(jiān)控，并采用有效的降排水措施，以保證覆土鏟除后加固施工期間的地庫抗浮能力滿足要求。

⑤如按地庫頂板面增設(shè)鋼筋混凝土疊合層法加固，需要將原地庫頂板覆土全部翻掉（覆土需要外運(yùn)，回填時(shí)還需要重新運(yùn)回），地庫頂?shù)牡缆?、景觀綠化、管道等均需要拆除后重新施工。綜合計(jì)算總造價(jià)約為3760 萬元，預(yù)估總工期約為120 天，該小區(qū)面臨即將交房的境況，加固工期過長造成的延遲交房將給建設(shè)單位帶來經(jīng)濟(jì)及名譽(yù)損失。

3 樓板加固創(chuàng)新點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)

經(jīng)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)綜合考慮，擬采用“大跨重負(fù)荷樓板轉(zhuǎn)化成小跨構(gòu)造負(fù)荷樓板法”創(chuàng)新加固思路，并獲得省內(nèi)知名專家認(rèn)可并通過施工圖審查。

工程采取了板底增設(shè)鋼梁將大跨重負(fù)荷樓板轉(zhuǎn)化成小跨構(gòu)造負(fù)荷樓板進(jìn)行加固，在樓板厚度未變化的情況下大幅降低了原樓板的內(nèi)力，形成截面尺寸遠(yuǎn)大于承載需求的次要結(jié)構(gòu)受彎樓板構(gòu)件。根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010-2015）第8.5.3 條，對于截面厚度很大而內(nèi)力相對較小的非主要受彎構(gòu)件，提出了少筋混凝土配筋的概念，故對于由于實(shí)測鋼筋間距偏大造成配筋率不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求的樓板，依據(jù)此條進(jìn)行最小配筋率折算，配筋折算過程如下。

根據(jù)加固后樓板彎矩圖（見圖3），300mm 厚樓板最不利（最大）彎矩M=35.8kN·m/m，本工程原設(shè)計(jì)樓板的最小配筋率ρmin=45ft/fy=0.17875%，fy=360N/mm2，b=1000mm。樓板截面的臨界高度hcr=247mm＞h/2=150mm，滿足要求，折算最小配筋率ρs=hcr/h，ρmin=247/300×0.17875%=0.147%。 根據(jù)實(shí)際情況并考慮到適當(dāng)提高樓板配筋率，本次加固設(shè)計(jì)最小配筋率控制值取0.15%。

根據(jù)加固后樓板彎矩圖，250mm 厚樓板最不利（最大）彎矩M=22.4kN·m/m，本工程原設(shè)計(jì)樓板的最小配筋率ρmin=45ft/fy=0.17875%，fy=360N/mm2，b=1000mm，hcr=195mm＞h/2=125mm，滿足要求，折算最小配筋率ρs=hcr/h，ρmin=195/250×0.17875%=0.139%。根據(jù)實(shí)際情況并考慮到適當(dāng)提高樓板配筋率，本次加固設(shè)計(jì)最小配筋率控制值取0.15%。

板底新增鋼梁平面布置圖（局部）見圖2。

圖2 地下室頂板板底增設(shè)H型鋼梁加固平面圖(局部)

板底增設(shè)鋼梁加固后典型彎矩平面圖（局部）見圖3。

圖3 板底增設(shè)鋼梁加固后樓板彎矩圖(局部)

板底新增鋼梁與原混凝土梁連接詳見圖4。

圖4 鋼梁與混凝土梁連接

板底新增鋼梁端附加鋼板錨固碳布U型箍大樣詳見圖5。

圖5 板底新增鋼梁端附加碳布箍

4 方案優(yōu)勢

針對該項(xiàng)目情況，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過反復(fù)計(jì)算與比較，考慮采用板底增設(shè)鋼梁將大跨重負(fù)荷樓板轉(zhuǎn)化成小跨構(gòu)造負(fù)荷樓板進(jìn)行加固，此加固方案具有以下五點(diǎn)優(yōu)勢。

①板底增設(shè)鋼梁法進(jìn)行加固施工僅在地庫內(nèi)即可完成，地庫頂板上部原覆土、景觀綠化、道路、防水等均可保留不動(dòng)，施工影響范圍小。

②施工以鋼結(jié)構(gòu)成品安裝為主，相對施工噪音、污染均較小，對小區(qū)周邊環(huán)境無影響。且施工較為靈活，避免對周邊已入住小區(qū)居民的影響及投訴事件。

③按板底增設(shè)鋼梁法進(jìn)行加固施工，最終造價(jià)約為2000 萬元，而按照拆除覆土重新增設(shè)疊合層的方式總造價(jià)約為3760 萬元，共節(jié)約了直接工程造價(jià)1760 萬元左右。顯著降低了加固造價(jià)，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著，得到了建設(shè)單位的好評(píng)。

④目前該項(xiàng)目已實(shí)施完成，加固部分工期約為40 天，大幅縮短了施工周期，保證了建設(shè)單位盡快交房并節(jié)約了違約金（建設(shè)單位初步估算僅此項(xiàng)費(fèi)用節(jié)約3000萬左右）等。

⑤鋼梁加固后通過外包裝飾板處理，觀感上檔次得到了較為明顯的提高，并且得到了住戶的認(rèn)可及好評(píng)。

5 結(jié)語

既有建筑物的改造加固工程市場越來越大，加固需求也是五花八門，絕大多數(shù)的建筑物加固工作由于現(xiàn)有施工環(huán)境、社會(huì)條件、成本造價(jià)的制約，一個(gè)合理可行、經(jīng)濟(jì)節(jié)約的加固方案不僅可以極大地降低經(jīng)濟(jì)成本，還可以縮短工期，降低社會(huì)影響。本文結(jié)合了業(yè)主單位對于工期、造價(jià)以及主管部門的要求，最大程度地降低了施工的不良影響，最終還取得了小區(qū)業(yè)主的一致認(rèn)可和好評(píng)，是利用了更為合理可行的加固技術(shù)方案解決建設(shè)行業(yè)工程質(zhì)量問題的一個(gè)典型案例。