論高層框架混凝土結構梁、柱的加固設計與施工

文/劉斌 湘潭新景建筑工程有限公司 湖南湘潭 411100

?

論高層框架混凝土結構梁、柱的加固設計與施工

文/劉斌 湘潭新景建筑工程有限公司 湖南湘潭 411100

【摘要】本文與工程實例相結合，在此基礎上對加固方案的確定進行介紹，對采取的局部分期置換加固方案中加大截面尺寸前后柱、周圍梁系承載能力與臨時支撐的安全性進行驗算，同時分析了施工監測結果以及置換加固的效果。最后，對該類工程的設計與施工提出了建議。

【關鍵詞】高層框架；混凝土；梁柱；加固設計；施工

在高層框架以混凝土為建筑物主體的工程施工中，難免會存在著部分構建混凝土強度不足的問題，繼而降低構建承載力，產生結構裂縫的問題，基于此，為使混凝土構件可滿足建筑物正常的承載力要求，就必須要加強對梁、柱的加固設計與施工。

一．工程實例

某商業樓的框架結構，其于地面上的主體建筑共有10層，地下室有1層，建筑整體高度在42.0m。當該商業樓主體結構已經封頂，同時完成了大部分樓層砌塊的墻體砌筑工作之后，發現于在在1層16 -D柱處有3cm左右的混凝土強度并未能達到相關設計要求，對其原有的要求應達到C40，但是經實際測量，該處強度只有C10，且該商業樓3層及3層以上該柱皆為角柱，要求其具有較好的抗震性，因此，必須對此強度不合格之處進行相應的加固處理。

二．關于加固設計方案的選擇

對于該高層框架，提出下列三種加固處理的設計方案：

第一，加固借助于對截面尺寸加大這一方法進行，對柱截面尺寸增加，但是相應的，過大的柱截面也會進一步加大對周圍梁系部的承載力，使之不能與相關設計要求相符，而且這種加固方法，還會提高工作量，增加投入費用。

第二，全截面置換的方法，該方法是在基于支撐可靠、安全的基礎上，對該柱周圍的梁系處混凝土強度不滿足要求的地方進行剔除，重新進行混凝土的澆筑。該處理方法的優點在于不會造成對原有建筑布局的破壞，不會使周圍梁系承擔的荷載與內力發生變化，無需特殊做加固處理。但是該設計方案的缺點在于：想要進行全截面的置換，必須要確保支撐設計的可靠及安全，但由于這些設施無法二次利用，所以造價較高，不具較好的經濟性。

第三，提出將局部置換與適當加大截面尺寸相結合的設計方案。基于該柱周圍框架柱截面尺寸要比該柱尺寸要小，針對于此，可提出對截面尺寸適當加大的這一想法，這種設計方案只是涉及到對截面尺寸的加大，且對部分的原混凝土進行置換，可從根本上滿足截面尺寸增加之后相應的承載力需求。該方案不會增加較多的柱截面尺寸，同時周圍的梁系不需要進行特殊加固處理便可符合柱加固之后提出的荷載及內力要求，而就地下室柱來說，可使用對截面增大的這種加固設計方案。

因此，局部置換聯合適當加大截面尺寸的這一方案成為首選。

三．梁、柱的加固設計計算

若選擇局部置換聯合適當加大截面尺寸這一加固方案，就需考量到下列幾個方面的計算內容：首先，加固之后柱所必備的承載能力；其次，該柱周圍梁系于加固之后的承載力要求；最后，置換加固是所必備的支撐力。局部分期置換及截面尺寸增加具體按照下圖來進行。

（一）關于柱承載能力的設計計算

以截面原來尺寸作為基本的計算依據，計算該柱承擔的內力與截面尺寸于加大之后該柱所需要相應承擔的內力，結果如下表所示：

柱軸力/kN 　增加樓層 增加截面前　增加后　絕對值/kN相對值/%地下室　4707　 4878　 172　 3.7 1層 　3925　 4043　 119　 3.1

可見，在截面增加之后，并不會過多的加大柱所承擔的荷載。加大截面尺寸之后，混凝土使用灌漿料，設計強度可達C45。

（二）關于周圍梁的計算

由于在增加了柱的截面尺寸之后，相應的其剛度也會增加，必然梁所需承擔的負彎矩也會加強，因此，必須要確保梁支座可以滿足承載力提出的要求。通過比對，只有地下室一處的彎矩有較大增加，而其余梁的增幅均控制在了5%之內，在基于對混凝土強度的實測，因此并不需要對梁采取加固處理。

（三）施工階段的計算

從結構空間作用作為基本出發點考慮，雖然說16-D柱的混凝土強度并不高，但在對其現場周圍情況做了初步檢測之后發現，梁并未存在著下沉的問題，而且對周圍梁進行勘察，也并未發現有下沉、開裂問題，因此在置換的過程中，可將這種良好的有利結構空間作用完全應用起來。

在I期剔鑿之后，會對柱子帶來最嚴重的影響，使其極具不安全性，II期剔鑿時由于已經存在設計強度達到要求的局部截面混凝土，因此II期剔鑿狀態安全。在進行臨時支撐布置的計算時，要以I期剔鑿的受力情況作為依據。于發生問題的16-D柱周圍的梁設置支撐，并于水平方向設置豎向間距為600毫米的雙向拉桿。置換施工時，進行柱承擔軸力設計值的計算、豎向軸力計算、桿承載力的計算，以此來獲得對臨時腳手架支撐力的計算，以便于滿足承載力提出的要求。

四．梁、柱加固的施工監測

對在置換加固施工的過程中，設置的沉降變形監測點應通過水準儀對其加強監測。在2 層16-D柱上設置相應的監測點，在并不會對施工造成影響的位置放置水準儀。結果發現，對16-D柱周圍梁開裂問題在施工過程中進行監測，并沒有梁開裂的問題。

置換加固之后，在正常使用情況下，16-D柱與其周圍梁并未見有發生任何問題，可見采取局部置換聯合適當加大截面尺寸這一加固方案取得了較好效益。

結束語

基于高層框架混凝土結構并未能實現與相關設計需求相符的這一基本問題，造成對其框架結構承載力并不能與安全使用所提出的要求相符，針對于該問題，必須要做好對梁、柱的加固處理。在進行加固設計及施工中，需注意以下幾個方面的問題：第一，依據柱所在樓層及使用功能的基本需求，以此來確定可否通過加大截面的手段做加固處理；其次，如果可以適當加大截面面積，那么久需要對柱截面做局部分期置換處理這一問題進行考量；第三，增加柱截面后，應相應考慮到柱內力與其周圍梁系內力的改變；第四，密切監測梁變形及裂紋情況，進一步確保施工安全。

參考文獻

[1]于濤.加大截面法加固高層建筑框架梁柱施工探討[J].科技致富向導,2015,(3):34-34,124.

[2]張恒.高層框架辦公樓加固改造設計實例[C].//第一屆漢嘉創新技術年會論文集.2011:122-125.

[3]王燕.使用功能改變后某高層鋼筋混凝土框剪結構梁柱節點加固性能研究[D].廣西大學,2014.

[4]張小冬,鄧宗才,王耀杰等.層內混雜纖維布加固混凝土梁和柱的試驗研究[J].應用基礎與工程科學學報,2012,20(1):93-102.