建筑結構抗震設計及加固改造施工技術

易秉林，王富偉

（中交一公局第四工程有限公司，南寧 530012）

1 引言

地震是自然界的一種巨大災害，對建筑物和人類生命財產造成嚴重威脅，許多地區(qū)存在大量老舊建筑物，這些建筑物通常缺乏抗震設計和施工技術的要求，抗震性能較差。面對地震風險時，這些建筑物更容易受損，給人們的生命財產安全帶來威脅。因此，研究建筑加固改造施工技術，提升建筑物的抗震能力，對于減少地震災害的損失具有重要意義[1]。

2 工程概況

昆明鼓樓大廈提升改造工程項目由云南省設計院于1995年設計完成，1998 年主體建蓋完成。主樓建筑高度99.92 m，總建筑面積59 646.64 m2；地上29 層，建筑面積54 337.5 m2；地下1 層，建筑面積5 309.14 m2；上部6 層裙房（裙房屋面標高29.85 m）與主塔樓連為一體。結構體系為鋼筋混凝土框架-剪力墻結構。原有基礎形式為柱下大直徑人工挖孔灌注樁和機械鉆孔灌注樁，主塔樓核心筒為大直徑樁筏基礎，6 層以上已按照酒店建筑功能完成砌筑工程。

3 抗震加固設計

本建筑設計抗震烈度為8 度，上部結構抗震等級為一級，地基基礎處于正常狀態(tài)，上部承重結構的穩(wěn)定性良好，無傾斜、開裂等問題。本次加固設計進行全樓梁柱及核心區(qū)加固處理，建筑改造后的功能為大空間辦公室，改造后結構剛度有所增加，減輕了上部結構荷載，降低了對現(xiàn)有地基承載力的要求，無須另行加固地基[2]。抗震加固措施如下。

1）因原結構樓板存在裂縫，需進行板裂縫修復，采用壓力灌注裂縫專用膠進行施工。

2）因原結構板施工質量不符合設計要求，存在結構板混凝土強度不夠、板開裂、板厚不足、板筋保護層厚度不滿足要求等情況，以粘貼高強度碳纖維布的方式加固板。

3）因原結構剪力墻施工部分標號不滿足設計要求，經設計院復核后局部采用直接法粘鋼板、粘角鋼進行加固。

4 加固技術

4.1 裂縫修補

本工程基礎筏板采用灌注裂縫專用膠的方式進行，分兩次注漿。第1 次注入1/3 裂縫專用膠，目的是防止筏板注漿時過多裂縫專用膠通過裂縫流入地基，第1 次注漿凝固后方能進行第2 次注漿，直到完全封閉筏板裂縫為止。

4.1.1 裂縫處理

混凝土構件僅存在較小的裂縫時，先用鋼絲刷清理裂縫表面，再向裂縫兩側2～3 cm 范圍內擦拭工業(yè)酒精?；炷翗嫾牧芽p較深時，將裂縫開鑿成“V”形槽，清理灰塵、松散層等雜物，沿裂縫鉆孔灌漿，漿液固結后可封閉裂縫。

4.1.2 設置灌漿嘴

在裂縫端部、較寬部位以及交錯部位安裝灌漿嘴，縫寬為0.3～0.5 mm 時，安裝間距控制在30～50 cm，具體可根據(jù)裂縫的走向、尺寸做適當?shù)恼{整，可用封口膠將灌漿嘴粘貼至指定位置，或在封縫過程中同步粘貼灌漿嘴。同一條裂縫上，必須有進漿、排氣或出漿口。注射筒底座的間距主要根據(jù)裂縫寬度而定，具體如表1 所示。

表1 注射筒底座設置的間距

4.1.3 封縫

封縫材料采用封口膠，用油灰刀沿著裂縫反復涂抹膠泥，直至寬度達到2～3 cm、厚度約為1～2 mm，且各部位具有均勻性為止。封縫需要全面，避免局部夾雜小氣泡，否則將導致封縫不嚴密。

4.1.4 封縫檢驗

封縫1 h 后，組織試漏檢驗，判斷裂縫的密封情況。試驗時，沿裂縫涂刷肥皂水，吹入壓縮空氣進行檢驗，若發(fā)現(xiàn)局部漏氣，則表明該部位缺乏嚴密性，需再次采取封縫措施，直至各部位均無漏氣現(xiàn)象為止。

4.1.5 配制灌漿膠液

按特定的比例選取A、B 組分的原材料，拌制低黏度灌縫膠；檢驗膠液的質量，若無異常則需在指定時間內完成灌漿作業(yè)。膠液的適用期受溫度的影響，以25 ℃為例，需在配制完成后的60 min 內使用完畢。

4.1.6 灌漿

灌漿前，用壓縮空氣吹凈孔縫，使其保持干凈、干燥的狀態(tài)。灌漿方法有單孔灌漿和分區(qū)群孔灌漿兩種，根據(jù)裂縫區(qū)域的大小進行選擇。對于同一條裂縫的灌漿，從一端開始逐步推進至另一端，自下而上、由淺到深灌漿。在保證漿液可正常流動的前提下，以較低的壓力進行充足時間的灌漿，灌漿壓力通常取0.2 MPa。最后一個出漿口流出膠液后，穩(wěn)壓繼續(xù)注漿10 min，而后結束灌漿，拆除管路，清理管路中的殘留膠液。

4.1.7 膠液固化

膠液固化受環(huán)境溫度的影響，且在不同環(huán)境溫度時的固化時間存在差異。根據(jù)膠液特性，固化時環(huán)境溫度≥5 ℃，對于25 ℃的環(huán)境溫度，膠液的固化時間通常為1～2 d。

4.2 粘貼碳纖維

4.2.1 準備工作

測量放線，確定碳纖維的粘貼位置；在構件上彈出超過實際尺寸20 mm 的輪廓線，以便打磨；檢查碳纖維片材、樹脂等施工材料以及各類機具的質量，控制好數(shù)量，保證物資供應充足；若實際情況與設計圖存在差異，如實反饋實際情況，調整施工方法[3]。

4.2.2 基層處理

混凝土劣化層需用磨光機或砂輪機去除，待加固構件表面疏松、剝落等劣質混凝土也要被清理干凈，用角磨機、砂紙等清理表層的浮漿、油污，用環(huán)氧砂漿修復表面。構件基面必須保持平整，若局部凸起，應將此部位抹平。在轉角處粘貼碳纖維片時，粘貼部位有尖銳棱角的需要打磨成圓角，圓角最小內徑r為20 mm。打磨完成后，清理干凈表面，首先用脫脂棉絲擦混凝土粘貼面，再用脫脂棉蘸丙酮對表面擦拭2～3 遍，最后全面清理一次，處理后的表面應保持干凈，加強防護，以免二次污染。

4.2.3 涂刷底層涂料

按比例選取主劑和固化劑，充分攪拌，形成底層涂料。每次攪拌量根據(jù)一次可用完為準進行控制，若有剩余應視為廢料處理，不可再次使用。采用滾筒均勻涂刷底層涂料，養(yǎng)護時間不少于3 h，滿足指觸干燥的要求時可結束養(yǎng)護。底層涂料局部凸起時，用砂紙抹光，若打磨過深而導致部分底層涂料的厚度不足，需補充涂料至該部位與周邊齊平。在環(huán)境條件適宜時才可涂刷底層涂料，如氣溫低于5 ℃、相對濕度高于85%時，不宜涂刷。底膠固化后，施工下一道工序。涂刷時間超過7 d時，用砂輪機清理原底膠，涂抹新料。

4.2.4 粘貼碳纖維布

按比例控制黏結樹脂中主劑和固化劑的用量，將兩種原材料拌制均勻，用滾刷涂抹，形成下涂層，而后及時粘貼碳纖維片，檢查粘貼位置，確認位置準確無誤后，用專用工具羅拉沿纖維方向進行多次滾壓，通過外力作用擠出纖維片與黏結樹脂間的氣泡，使纖維片粘貼穩(wěn)定，保持平整。

纖維布施工0.5 h 后，用滾刷涂刷黏結樹脂，涂刷統(tǒng)一沿纖維方向進行，控制涂刷的范圍，避免已粘貼的碳纖維片卷起。涂刷3～4 d 后，進行全面檢查，判斷是否存在空鼓，并根據(jù)空鼓尺寸和數(shù)量判斷涂刷是否達標。若空鼓的直徑＞10 mm、＜30 mm，每平方米的空鼓數(shù)量＞10 個時視為不合格，＜10 個視為合格；空鼓的直徑在30 mm 以上時，無論數(shù)量如何，均不滿足要求。對于空鼓檢查不合格的情況，需進行修補。纖維布的搭接長度不少于100 mm，由于搭接部位偏薄弱，因此不可在主要受力區(qū)搭接。對于立面纖維布，自上而下有序粘貼到位。

4.2.5 養(yǎng)護

碳纖維布粘貼到位后，自然養(yǎng)護24 h，在此過程中應由專人加強管理，避免磕碰、刮傷等問題。樹脂固化器的氣溫在5 ℃內時，采取升溫和保溫措施。碳纖維布的養(yǎng)護時間與平均氣溫有關，理論上具有養(yǎng)護時間隨平均氣溫的升高而縮短的變化規(guī)律。例如，平均氣溫為10～20 ℃時，養(yǎng)護時間為7～14 d；平均氣溫高于20 ℃時，養(yǎng)護時間為7 d；平穩(wěn)氣溫低于10 ℃時，養(yǎng)護時間需達到14 d，必要時可進一步延長養(yǎng)護時間。由專人負責碳纖維布的養(yǎng)護，加強防護，避免碳纖維布受損。為提升防護效果，結構施工后，設置水泥砂漿飾面。

4.3 粘貼鋼板

鋼板厚度為3 mm、4 mm、5 mm、6 mm、8 mm、10 mm、12 mm等，粘貼部位為各樓層的梁、板、柱、剪力墻及墻體開洞處，根據(jù)各部位選擇合適厚度的鋼板，搭配M10、M12、M16 等規(guī)格的錨固螺栓，起加固作用，保證粘貼到位的鋼板具有穩(wěn)定性。

4.3.1 鋼板加工

根據(jù)圖紙要求確定鋼板的尺寸，選擇質量達標的鋼板原材料，加工出特定尺寸的鋼板，再清理表面，調節(jié)平整，要求鋼板在自由狀態(tài)時與混凝土緊密貼合，最大縫隙量需＜5 mm。

4.3.2 鋼板黏結面及基面的處理

鋼筋僅有輕微銹蝕時，先用電動鋼絲刷除銹，再用棉絲蘸丙酮清理，最后打毛。鋼板打毛統(tǒng)一沿著垂直于鋼板受力的方向進行，工具采用角向磨光機，打毛時注重防油污、防潮，且需根據(jù)施工要求現(xiàn)用現(xiàn)打毛。

對于混凝土基面的處理，先清理表面的蜂窩、麻面、剝落、夾渣等劣化混凝土，用小鐵錘和鏨子剔除表層的浮漿層和抹灰層?；婢植炕炷劣忻黠@缺陷時，用高強聚合物砂漿將表面修復平整，必要時以灌縫或封閉的方法進行處理。

經過上述處理后，鋼板黏結面和混凝土基面應堅實、干凈、平整、干燥，為鋼板的粘貼作業(yè)打好基礎。

4.3.3 粘貼鋼板

粘貼前，用丙酮清理鋼板粘貼面和混凝土基面，按比例控制結構膠甲、乙組分，經過充分攪拌后，用刮板向基面和鋼板粘貼面均勻涂膠。首先涂刮薄層，目的在于修整混凝土面，填充毛眼，再向鋼板粘貼面和混凝土基面涂刮，以膠層的厚度≤5 mm 為宜控制涂刮量，涂刮后的膠不可流淌，兩邊略薄，中間略厚，確保粘貼鋼板后膠體可保持飽滿。

鋼板粘貼工具包含活扳子、壓板、墊片等，提前準備到位。由兩組員工共同負責鋼板的粘貼作業(yè)，向鋼板上涂膠，再將其對準黏結面的指定位置，穩(wěn)定粘貼到位，而后上緊固定支撐托，擠出多余的膠，膠層的厚度以2～3 mm 為宜。及時清理多余的膠，使邊緣膠體保持平滑。

4.3.4 成品保護

鋼板粘貼到位后，由專人加強管理和防護，確保24 h 內鋼板無震動、移動等問題，可對鋼板采取臨時固定措施，防止鋼板在固化期發(fā)生異常。固化3 d 后，鋼板粘貼已進入穩(wěn)定狀態(tài)，可承受設計荷載。

5 結語

綜上所述，建筑結構可能由于強烈的地震災害而缺乏穩(wěn)定性，影響建筑的使用安全，需要在建筑工程設計階段和施工階段采取科學可行的技術策略，提高建筑的抗震水平。由于地震的發(fā)生具有突發(fā)性，難以有效預防，若能做好建筑工程的前期抗震設計和施工，可提升建筑結構的抗震性能。經過本文的分析，提出建筑工程的抗震設計方案，包括壓力灌注粘貼、高強度碳纖維布、粘貼鋼板等多道抗震防線，并就建筑結構加固改造技術進行分析，全面提升建筑的抗震性能，所述技術對類似建筑工程有參考價值。