鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固改造設計思路

戴 亞 鵬

(山西省建筑科學研究院，山西 太原 030001)

?

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固改造設計思路

戴 亞 鵬

(山西省建筑科學研究院，山西 太原 030001)

針對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋存在的普遍問題，分析了該結(jié)構(gòu)的加固設計思路，并根據(jù)構(gòu)件的加固設計原則，對托換、卸荷、鑿毛等幾項加固措施作了闡述，以供參考。

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，加固設計，承載力

中國是一個地震災害頻發(fā)的國家，自新中國成立以來，有1976年唐山大地震，2008年汶川大地震，2010年玉樹地震等等。每一次大的地震都帶來建筑行業(yè)的一次重大變革，直觀體現(xiàn)于《抗規(guī)》的歷次修訂。從《78規(guī)范》《89規(guī)范》《2001規(guī)范》到GB 50011—2001建筑抗震設計規(guī)范(2008版本)，《2010規(guī)范》，這是實踐修正理論，理論指導實踐的反復曲折的哲學的發(fā)展道路，也是社會經(jīng)濟實力提升在建筑結(jié)構(gòu)安全要求中的體現(xiàn)。在歷次震災區(qū)，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)損壞嚴重，顯現(xiàn)出諸多問題，可見對既有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進行抗震加固改造是必要的，也是緊迫的。

1 問題總結(jié)、分析

對已完成的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)項目檢測鑒定及加固設計情況的匯總，對既有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀的調(diào)查、分析、總結(jié)，以及對76年以來幾次大地震中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)震害情況分析，在此，將既有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋存在的普遍的和主要的問題及隱患總結(jié)如下：1)材料強度低：已完成的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)材料強度取樣實測大部分均達不到原設計強度要求，有些甚至遠小于原設計要求。究其原因，因使用維護不當，材料強度退化嚴重，另外，施工質(zhì)量差，材料強度低且離散性大等。2)鋼筋錨固：震災區(qū)混凝土結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點處普遍錨固失效出現(xiàn)損壞。3)強柱弱梁、強剪弱彎的設計思想：依據(jù)《抗規(guī)》規(guī)定，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋抗震設計時，對柱、抗震墻組合彎矩設計值、剪力設計值進行調(diào)整，對框架梁、連梁梁端截面組合的剪力設計值進行調(diào)整，以期構(gòu)件的彎曲屈服先于剪切破壞，結(jié)構(gòu)的水平構(gòu)件的屈服先于豎向構(gòu)件的屈服。但大量的震災區(qū)的鋼筋混凝土房屋損壞情況顯示，即便經(jīng)過調(diào)整，梁端并未出現(xiàn)預期塑性鉸區(qū)，相反，柱端依然損壞嚴重。可見依據(jù)原《抗規(guī)》設計的既有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋在地震作用下不足以達到強柱弱梁的預期，其中《抗規(guī)》修訂的一項重要的內(nèi)容就是調(diào)整系數(shù)的增大，并應充分考慮梁端翼緣對梁實際的抵抗彎矩承載能力的貢獻。4)原設計地震作用小：汶川及玉樹地震之后，結(jié)合我國抗震科研新成果和工程實踐的經(jīng)驗，對一部分城鎮(zhèn)抗震設防烈度、設計基本地震加速度和設計地震分組進行了調(diào)整，這樣某些城鎮(zhèn)的既有房屋原設計地震作用荷載偏小。5)平立面布置不合理：20世紀90年代初期及更早的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，計算機模擬計算的介入程度低，對扭轉(zhuǎn)效應、薄弱層等的估量不足。6)隔墻材料：對既有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋的大量調(diào)查發(fā)現(xiàn)，由于技術條件限制，90年代前及90年代初期的既有鋼筋混凝土房屋采用的隔墻材料通常為普通磚或粘土空心磚。

2 加固改造方法

2.1 總體思路的確定

了解擬加固改造房屋的工程概況：包括但不限于建成年代、所在地區(qū)、結(jié)構(gòu)類型、房屋高度、平立面布置、場地類別，使用功能、設防分類、地震烈度、設計基本地震加速度值等，依據(jù)擬加固房屋的鑒定檢測結(jié)果，工程概況，后續(xù)擬使用功能，經(jīng)濟性，加固實施可操作性等綜合考慮，確定合理的后續(xù)使用年限。

2.2 加固方案的宏觀控制

加固設計首先應從宏觀著手，找出合理有效、針對性強、經(jīng)濟性好、操作簡便的加固方案，不應局限于構(gòu)件補強處理的加固方案。總體加固方案總結(jié)如下：1)改變使用功能，降低設防類別。2)隔墻材料整體更換，減小自重，降低地震作用輸入。3)通過更改房間布局、樓梯布局、局部增設豎向承載構(gòu)件等調(diào)整質(zhì)心改善扭轉(zhuǎn)效應。4)通過增設支撐等增加局部層側(cè)向剛度解決豎向不規(guī)則薄弱層問題。5)設置消能或隔震措施改造，減小主體結(jié)構(gòu)的地震輸入，且滿足一定條件時可降低結(jié)構(gòu)構(gòu)件構(gòu)造措施要求，減少構(gòu)件加固量。6)房屋使用現(xiàn)狀太差，加固量大、經(jīng)濟性差、材料強度過低，加固效果有疑義的，應考慮縮短后續(xù)使用年限，適當降低標準。7)性能化設計，依據(jù)構(gòu)件的重要性，區(qū)別對待，把重點放在關鍵部位，一定的經(jīng)濟投入，產(chǎn)出在災害中安全度最高的產(chǎn)品。8)改變結(jié)構(gòu)體系。9)增加豎向及地震作用的傳力途徑。新增一些抗側(cè)力及豎向構(gòu)件可大幅度減少既有構(gòu)件的加固數(shù)量。加固方案的不同，加固量、加固施工做法及工程造價會千差萬別，結(jié)構(gòu)設計師應予以足夠重視。

2.3 構(gòu)件加固設計

1)加固設計原則：a.構(gòu)件加固往往會對原構(gòu)件及相關構(gòu)件產(chǎn)生不利的影響，應考慮板作為梁翼緣作用、支座彎矩調(diào)幅系數(shù)、塑性內(nèi)力重分布等，盡量減少加固量，而不應過度加固。b.應有全局意識，避免因構(gòu)件加固導致剛度和承載力突變，產(chǎn)生過大的應力集中或塑性變形集中，避免強梁弱柱，強彎弱剪等不利情況。c.充分考慮新增構(gòu)件及構(gòu)件新增部分與原結(jié)構(gòu)協(xié)同工作以及材料應力滯后的影響，盡可能弱化新增部分與既有構(gòu)件的連接的邊界條件要求，減小了對原有結(jié)構(gòu)構(gòu)件影響，降低了施工難度，提高了施工可操作性及效果的可實現(xiàn)性。d.體現(xiàn)性能化設計要求，對關鍵部分構(gòu)件應考慮設置多道抗震防線，提高安全度。e.設計階段應充分考慮施工先后順序，施工順序會影響到加固后構(gòu)件的受力和傳力性能，從而影響到整體加固效果。構(gòu)件加固尚應提出卸荷、支護等相關要求。f.后錨固質(zhì)量難以保證，后錨固節(jié)點做法應慎重設計，且對施工質(zhì)量嚴格要求。

2)加固方法：常用的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)梁、柱、墻構(gòu)件加固辦法見表1。

2.4 施工順序和施工措施

表1 構(gòu)件加固方法表

混凝土結(jié)構(gòu)加固改造后新增構(gòu)件、原有構(gòu)件新增部分及原有構(gòu)件的受力性能復雜，要想達到結(jié)構(gòu)設計師預期的加固后結(jié)構(gòu)的傳力路徑，限定一定的施工順序和施工措施是必要的，更是必需的。在加固施工圖繪制時，結(jié)構(gòu)設計師必須把該部分當成一個重要的部分予以充分考慮，給出詳細的說明。

簡單介紹常用的幾項加固措施：

1)托換：應核算所托構(gòu)件的荷載，計算托換支座的承載能力，確定托架的層數(shù)，保證施工的安全運作。

2)卸荷：加固范圍內(nèi)非結(jié)構(gòu)的做法及物品全部搬除，對加固構(gòu)件施加一定的反撓度，通過這項措施，可減小新增構(gòu)件或構(gòu)件新增部分的應力滯后效應。

3)鑿毛：新舊混凝土界面部位鑿除約1 cm，增加粘結(jié)性。

3 結(jié)語

混凝土加固工程設計總思路：

1)詳細了解擬加固工程基本情況，詳細閱讀原施工圖、施工資料、后期改造資料、地勘報告、鑒定檢測報告等。2)確定擬加固工程存在的問題，可分主次羅列，初步確定幾種加固方案。3)方案的比較、優(yōu)選、確定。4)依據(jù)確定的加固方案，確定合理的簡化模型、邊界條件，建立合理的預期加固模型，計算等。5)加固施工圖紙編制。

[1] 王伍生.鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)房屋震害分析、加固及抗震措施研究[J].中外建筑，2009(1)：33-34.

[2] GB 50367—2013，混凝土結(jié)構(gòu)加固設計規(guī)范[S].

[3] GB 50011—2010，建筑抗震設計規(guī)范[S].

On consolidation and reconstruction design for reinforced concrete structures

Dai Yapeng

(ShanxiAcademyofBuildingResearch,Taiyuan030001,China)

According to the common problems in the reinforced concrete houses, the paper analyzes the consolidation design ideas of the structure, and illustrates some consolidation measures including the underpinning, unloading and chiseling, according to the consolidation design principle for the components, so as to provide some reference.

reinforced concrete structure, consolidation design, loading capacity

1009-6825(2016)31-0055-02

2016-08-22

戴亞鵬(1983- )，男，工程師

TU318

A