某鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)框架柱的加固設(shè)計(jì)分析

(中鐵電氣化勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 天津 300250)

某鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)框架柱的加固設(shè)計(jì)分析

區(qū)桂華

(中鐵電氣化勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 天津 300250)

以某鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)備用房增加設(shè)備荷載為背景，對(duì)其框架柱的加固設(shè)計(jì)及施工進(jìn)行分析，采用增大截面法得到具體加固設(shè)計(jì)方法及相應(yīng)的驗(yàn)算方法，為以后相關(guān)的混凝土框架柱的加固提供技術(shù)參考。

加固改造，框架結(jié)構(gòu)，增大截面法

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及人們對(duì)低碳生活的追求，城市軌道交通以其環(huán)保、便利、準(zhǔn)時(shí)、舒適等特點(diǎn)，成為人們出行的首選，為提高運(yùn)能需要增加或更換地鐵供電設(shè)備，因此要對(duì)既有建筑的設(shè)備生產(chǎn)用房進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固改造。在對(duì)既有建筑物進(jìn)行改造時(shí)，首先需對(duì)既有建筑物所用材料的現(xiàn)強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，再根據(jù)檢測(cè)機(jī)構(gòu)提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行加固驗(yàn)算，進(jìn)行加固驗(yàn)算時(shí)，由于在結(jié)構(gòu)上部增加了一定的荷載，因此原結(jié)構(gòu)下部的混凝土柱、墻等豎向構(gòu)件的豎向承載力及抗震承載力往往不能達(dá)到相關(guān)現(xiàn)行規(guī)范設(shè)計(jì)要求，需對(duì)下部混凝土柱或墻等豎向構(gòu)件進(jìn)行加固。由于混凝土柱及墻等豎向構(gòu)件的加固方法存在一定差異，且文章篇幅較長(zhǎng)，因此本文僅通過對(duì)某框架結(jié)構(gòu)建筑設(shè)備房屋中的混凝土柱加固設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，得到其具體實(shí)施過程。

在對(duì)混凝土柱進(jìn)行加固處理時(shí)，通常的加固方法主要有粘貼纖維材料、增大截面、粘鋼法、外加預(yù)應(yīng)力構(gòu)件加固法等等，而使用增加截面法最易控制，且加固后受力穩(wěn)定、加固費(fèi)用低，因此本文所引用的工程也是使用增大截面法進(jìn)行加固設(shè)計(jì)及施工[1-2]。

1 工程概況

某車站站房供變電設(shè)備層為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，為滿足運(yùn)輸需要增加或更換設(shè)備，由此增加了荷載。該建筑所處地區(qū)的抗震設(shè)防烈度為7度，地震加速度為0.1g，設(shè)防類別為丙類，框架抗震等級(jí)為二級(jí)，原柱混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)等級(jí)為C30，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)取樣檢測(cè)后得到目前該樓柱混凝土強(qiáng)度等級(jí)還能達(dá)到C30的要求。將增加后的結(jié)構(gòu)荷載布置，經(jīng)PKPM軟件計(jì)算后得到有部分鋼筋混凝土柱框架柱存在不同程度的軸壓比超限，且柱內(nèi)配筋不能滿足設(shè)計(jì)要求，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行加固處理，新增受力鋼筋在屋蓋、樓層和基礎(chǔ)的錨固如圖1所示。

圖1 加固示意圖

2 加固設(shè)計(jì)方案

加固設(shè)計(jì)時(shí)，使用增大截面法進(jìn)行設(shè)計(jì)。使用增大截面法的難題在于如何確保所增加部分混凝土與原結(jié)構(gòu)混凝土可有效連接達(dá)到共同受力。相關(guān)混凝土加固設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定，對(duì)混凝土柱進(jìn)行加固處理時(shí)，所增加的混凝土厚度不得小于60mm，為滿足設(shè)備布置，本工程加固設(shè)計(jì)增加的混凝土厚度為150mm，加固驗(yàn)算厚度以此為準(zhǔn)。

在進(jìn)行構(gòu)造設(shè)計(jì)時(shí)，為增加新舊混凝土可達(dá)到正常傳力效果，在原混凝土柱上需設(shè)置足夠的剪切摩擦筋及其他錨固件。經(jīng)過檢算，本工程對(duì)框架中柱進(jìn)行四面加固處理，對(duì)邊柱進(jìn)行三面加固處理，對(duì)角柱進(jìn)行雙面加固處理。

由于原柱混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，加固設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定增大截面時(shí)所用混凝土強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)比原混凝土強(qiáng)度高一等級(jí)，因此本工程所使用的混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35，所使用的鋼筋強(qiáng)度等級(jí)均為HRB400鋼筋。

3 加固設(shè)計(jì)

本文以中柱四面圍套加固作為實(shí)例進(jìn)行計(jì)算。中柱原設(shè)計(jì)截面尺寸b× h=400mm×400mm，計(jì)算高度h0=5000mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30，柱內(nèi)縱向受力鋼筋為HRB300、實(shí)配8根直徑20mm的鋼筋。加固改造后柱需承受的荷載增至5850KN，截面尺寸b×h=550mm×550mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C35，增加的受力鋼筋采用HRB400。

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中的相關(guān)公式規(guī)定

經(jīng)計(jì)算：

加固柱縱向受力鋼筋選用12根直徑25，HRB400級(jí)鋼筋，對(duì)稱布置。

軸壓比因此加固設(shè)計(jì)配筋面積滿足驗(yàn)算要求。

4 加固施工方案

在進(jìn)行加固施工時(shí)，首先將所需加固的柱構(gòu)件表面進(jìn)行鑿毛處理。鑿毛施工時(shí)，應(yīng)使用人工剔鑿的方式進(jìn)行，避免使用大型機(jī)械進(jìn)行鑿毛，以免對(duì)原混凝土柱產(chǎn)生二次破壞。

根據(jù)第三方檢測(cè)檢測(cè)機(jī)構(gòu)的檢測(cè)結(jié)果，首先對(duì)出現(xiàn)裂縫的混凝土柱進(jìn)行灌漿處理，避免因裂縫的存在而影響柱的實(shí)際承載能力。

將混凝土柱進(jìn)行鑿毛處理后，再進(jìn)行相應(yīng)的植筋施工。植筋鉆孔時(shí)，首先使用小直徑鉆頭進(jìn)行鉆孔，之后再進(jìn)行相應(yīng)的擴(kuò)孔處理；植筋孔的深度不得小于所植鋼筋的35倍。開孔完畢后使用鋼絲刷或其他吹氣設(shè)備將孔內(nèi)的浮漿及灰塵等清除干凈，避免這些雜質(zhì)影響植筋膠的粘結(jié)力。在植筋孔內(nèi)注入植筋膠后，將鋼筋插入植筋孔內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)及抽插數(shù)次后，將植筋膠與鋼筋及混凝土基體充分粘合，將其固定后靜置24h。植筋完成后委托第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)錨固后的鋼筋進(jìn)行抗拔承載力測(cè)試。

澆筑混凝土?xí)r，由于增加截面的厚度較小，且內(nèi)部鋼筋較密集，常規(guī)的振搗設(shè)備不能達(dá)到施工要求，因此宜使用小型振動(dòng)棒進(jìn)行振搗，且使用分層分段澆筑的方法進(jìn)行施工，每層澆筑高度宜為500-1000mm，自下而上依次澆筑、振搗。為增加新舊混凝土的黏結(jié)力，在所澆筑的混凝土拌合物中，宜摻入適量的UEA微膨脹劑，減小新舊混凝土間的間距，提高密實(shí)度，避免裂紋的產(chǎn)生。

5 結(jié)論

本文通過對(duì)增加荷載后的設(shè)備用房結(jié)構(gòu)柱的加固改造為案例進(jìn)行分析，得出框架柱加固設(shè)計(jì)方案、驗(yàn)算、加固施工的全過程應(yīng)用，實(shí)踐證明在正確的設(shè)計(jì)和精心的施工下，增大截面加固混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件是一種成本低、效果佳的加固方法，可為以后相關(guān)的加固設(shè)計(jì)提供技術(shù)參考。

[1]羅文佑,胡建平. 置換混凝土在高層框架柱加固中的應(yīng)用實(shí)例[J]. 山西建筑,2016,(23):101-102.

[2]王蒙. 天津某地鐵站地下結(jié)構(gòu)框架柱加固設(shè)計(jì)[J]. 四川水泥,2015,(10):118.

本論文系2015年武漢市教育局立項(xiàng)《現(xiàn)代學(xué)徒制實(shí)施方式研究 》（編號(hào)為武教高[2015]5號(hào)2015152）課題的階段性研究成果。

Reinforcement design analysis of a reinforced concrete frame column

OU Gui-hua
(China Railway Electrification Survey Design and Research Institute Co.Ltd,Tianjin 300250,China)

the equipment of a reinforced concrete structure with real equipment load increased as the background, the reinforcement design and construction of the frame column is analyzed, the concrete reinforcement design method and calculation method of the corresponding increasing section method, to provide technical reference for reinforced concrete frame columns in the future.

strengthening and rebuilding, frame structure, enlarging section method

TU7

B

1007-6344（2017）06-0111-02

區(qū)桂華(1965.7- )，女，高級(jí)工程師，主要從事鐵路房屋建筑設(shè)計(jì)。