鋼結構加層改造工程柱腳節點處理與組合樓板的應用

趙健

陜西冶金設計研究院有限公司（710032）

鋼結構加層改造工程柱腳節點處理與組合樓板的應用

趙健

陜西冶金設計研究院有限公司（710032）

原廠房加層改造項目中，為保持結構整體性，需對柱腳進行加固。為獲取較為理想處理效果，這里采用外粘鋼板法，并結合工程實例，對壓型鋼板—混凝土組合樓板特點、分類、功能等進行系統論述。

鋼結構；加層；柱腳連接；壓型鋼板；組合樓板

0 引言

工程位于陜西省西安市，對原廠房進行加層改造,用于商業廣場。原廠房混凝土框架結構共三層，現設計對原結構二、三層各增加一層鋼結構，即現為五層?？拐鹪O防烈度為8度（設計基本地震加速度值為0.20 g，設計地震分組第一組）。抗震設防類別:丙類。防火等級:二級。地基基礎設計等級:丙級。加建后商業廣場底面積5 500 m2。

1 柱腳剛性連接設計

加層改造工程中，鋼結構和混凝土結構水平荷載傳遞變化不大，豎向荷載傳遞鋼結構相對較小。新加結構與原結構構件材料、截面慣性距、質量都不同，即存在各層豎向剛度突變，因此水平方向的風荷載在地震作用下會產生明顯的鞭梢效應。為保證加層鋼結構的抗震性能以及新舊結構的整體性，必須對鋼框架柱腳節點進行加固處理。

1.1 框架柱加固方法

1）對框架柱常用處理辦法為增大截面法和外包鋼法。2）增大截面法特點:施工周期長，費用相對低，影響部分建筑觀賞及使用功能。3）外包鋼法的特點：施工周期短，費用高，增強結構的剛度、強度。

1.2 常用柱腳連接方法

1）化學螺栓連接。在原有柱頭上直接鉆孔，植入柱內與過渡鋼板黏接，待結構膠硬化后安裝鋼柱。通過抗拉力值的檢測，錨固鋼筋主要損壞形式有三種:螺栓或鋼筋損壞、膠體損壞和基材損壞。化學螺栓連接施工方便，但結構膠耐久性、施工質量的可靠性有待提高，節點抗震也沒有增強。

2）U型箍連接。當增加一層或加層內力較小，可以采用U型螺栓連接法。即在鋼柱下部梁用U型螺栓，梁頂跟鋼板用螺栓連接或鉆孔塞焊。U型箍連接施工方便，但不提高節點受力能力。

3）柱中鋼筋直接連接。當原混凝土柱頂配筋密集，無法采用直接鉆孔連接法，而用柱筋作為連接鋼筋，即在柱內選擇位置合適的主筋加熱調正并提到地板上開孔塞焊,在柱底鋪混凝土找平，鋼板與底板螺栓連接。柱中鋼筋直接連接不提高節點抗震性能，且鋼筋數量通常有限。

本工程因上部加建房屋而對下部結構進行加固。經過反復計算核定和成本比較，對原混凝土框架柱均采用外粘鋼板加固法，柱頂部、底部化學螺栓連接。（見圖1）。具體施工應注意:鋼筋化學錨固的鉆孔間距及孔洞距構件邊緣距離均不應小于100 mm或4 d;鋼筋錨固前應將鉆孔洗凈;錨固材料（如建筑結構膠）未達到要求強度前，鋼筋不得擾動；采用建筑結構膠錨固鋼筋時，錨固深度均不得小于設計要求（大于150 mm）；施工中應采取措施避免鋼筋錨固后結構膠受熱（如焊接等），梁底柱頂通過箍板粘鋼板固定，用化學錨栓連接。這種連接方式使上部結構內力有效地傳遞給下部結構，且對原節點三向受力得到加強,其抗震性能得到明顯提高。

圖1 JGZ加固施工實驗

2 新加層組合樓板

2.1 壓型鋼板—混凝土組合樓板分為兩類

1）壓型鋼板僅做施工模板，除滿足施工荷載，板型無要求,施工完成后全部荷載由混凝土承受，這種樓板稱為非組合樓板。計算方法、配筋構造完全遵照《混凝土結構設計規范》，壓型鋼板疊合面不需設計齒槽。

2）壓型鋼板不僅做施工模板，下部還充當混凝土的受力鋼筋，與混凝土共同工作，這種樓板稱為組合樓板。壓型鋼板表面必須設置抗剪齒槽，用來抵抗疊合面之間的縱向剪力或垂直掀起力。本工程采用此類型組合樓板施工，厚度140 mm。

本工程單向板與梁搭接，彎矩分布類似連續梁（圖2），下部鋼筋和鋼板主要抵抗跨中彎矩，負筋主要抵抗支座處負彎矩，構造筋焊于壓型鋼板，抗剪齒槽、栓釘提高了組合板的整體性、抗震性。

圖2 單向板與梁搭接關系圖

2.2 壓型鋼板—混凝土組合樓板優缺點

優點:自重輕，鋼材可回收利用，節省材料；施工速度快，樓板抗震性能、抗側向風荷能力提高；高跨比大幅減小，減小樓層結構剛度，樓板與梁整體現澆，提高了梁剛度；建筑上增加了空間，壓型鋼板底部溝槽造型獨特,可敷設室內管線或裝飾吊頂，空間感美觀。

缺點:混凝土與壓型鋼板黏合性不佳，壓型鋼板截面凹凸，極限狀態截面部分屈服，強度不被完全利用。

3 結論

通過本工程的增層改造設計施工，可以得到以下幾點體會:

1）為使加層后結構的整體性、抗震性有效提高，加層鋼結構、原混凝土結構的內力有效傳遞,原混凝土框架柱腳節點處理,保證剛性連接是關鍵；對原混凝土框架柱均采用外粘鋼板加固法，柱腳采用化學螺栓連接。該措施使上部結構內力有效傳遞給下部結構，且原節點三向受力得到加強，抗震性能得到明顯提高。

2）考慮到設計、施工中，新規范對荷載要求的提高，加層新增鋼構荷載、拆除部分對原結構的擾動等影響，需進行整體驗算，提高抗震性能。為提高原結構強度、剛度，必須對原結構采取加固措施，常用外粘鋼板法，部分施工情況應根據現場定。

3）結合工程實踐，大部分壓型鋼板—混凝土組合樓板為連續板構造，這種構造具有良好的抗震性能。組合樓板結合了混凝土結構、鋼結構優點，鋼材環?？苫厥?，經濟效益好。壓型鋼板是未來建筑的發展方向。

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