增大截面法在梁柱節點核心區的加固設計與應用

王迎春 （安徽省建筑科學研究設計院，安徽 合肥 230001）

0 引言

自從商品混凝土結構問世以來，混凝土的強度等級隨著水泥制造和商品混凝土配置技術水平而逐步提高。在混凝土結構設計中，框架柱設計混凝土強度等級為C60，甚至C80或更高變得較為普遍，而梁板的設計混凝土強度等級通常為C30，一般不超過C40，這樣就會出現梁柱混凝土強度等級不同，如柱的混凝土強度等級高于梁的混凝土強度2個等級，此時采取圖1方法澆筑節點處的混凝土。目前商品混凝土已普遍采用，其塌落度很大，在節點處先澆筑高強混凝土，后澆筑梁板的低等級混凝土時，施工控制稍有不慎，會導致節點核心區的混凝土強度等級低于框架柱設計的強度等級，造成梁柱節點核心區承載力降低。

圖1 梁柱節點混凝土的強度做法

1 工程概況

某一棟辦公樓，地上9層、一層地下室，一層層高為4.5m，二層以上層高為3.6m，建筑高度34.3m，鋼筋混凝土框架結構，7度抗震設防，框架抗震等級為二級。框架柱設計混凝土強度等級C60～C45，梁、板設計混凝土強度等級C30。標準層框架柱為600×600、框架梁為300×700，主體結構已封頂結束。

2 存在問題

工程施工期間，經現場檢測發現距板底200mm范圍內的梁柱節點區混凝土強度等級不滿足原設計強度等級C60，實測值為C40～C45。

采用實測混凝土強度等級C40～C45，復核計算，在梁柱節點處承載力不滿足原設計要求，軸壓比超限。

3 加固設計依據及原則

遵循抗震設計原則"強柱弱梁、強剪弱彎、強節點、強錨固"的抗震機制，避免出現柱鉸，塑性鉸仍出現在框架梁上。

梁柱節點區控制柱軸壓比不超過規范限值，提高柱子延性。

梁柱節點區按等強設計原則采用增大截面法（增加柱帽），考慮新老混凝土共同作用。

梁柱節點核心區加固后的設計使用年限與原結構同使用壽命為50年。

4 加固設計方案比選

框架梁柱節點為梁柱交匯處，因為所處的部位特殊，加固起來相對困難。目前，加固梁柱節點的方法有增大截面法、粘鋼法、碳纖維法、置換混凝土加固法等。粘鋼法、碳纖維法雖不增加截面，但考慮其結構膠的耐久性以及加固材料與原結構材料的不同，在本工程中不利于后期使用；置換混凝土加固法考慮其節點交匯處梁柱的鋼筋較多以及卸載等問題，施工難度較大。故最終選擇局部鑿除加增大截面法加固補強梁柱節點區。增大截面法，實際上就是對混凝土構件界面面積進行增大，通過該措施，能夠顯著提高節點區的承載力和延性，彌補混凝土強度等級的不足，并且與原結構同材質，能夠保證與原結構同使用壽命為50年要求，有利于后期交付使用。

5 加固設計

5.1 復核計算

根據北京市建筑設計研究院《建筑結構專業技術措施》（P101-103）介紹，按加拿大規范CSAA23.3-94的計算公式

計算得出其梁柱節點處混凝土折算強度

f'ce=0.25×60+1.05×30=46.5MPa,與現場實測值C40～C45相當，即可采用C45來驗算節點核心區的承載力，包括抗剪及抗壓（軸壓及偏壓）。經復核驗算，現場結構的承載力及軸壓比不滿足原設計要求。經仔細推敲，出現此情況的原因是原設計控制比較接近規范上限，整體結構較為經濟。

5.2 節點設計

以標準層中柱600×600框架柱為例，為不影響建筑的使用，控制柱帽幾何尺寸，柱四周各增加150mm，原樓板處混凝土鑿除，新增部分用C60高強灌漿料澆筑。采用傳力桿16@300的方法保證新老混凝土的連接。采用封閉箍筋保證柱帽混凝土的約束效應，詳見圖 2、圖 3、圖 4。

圖2 四面柱頂圍套

圖3 1-1剖面

圖4 柱角樓板鑿除部分示意圖

5.3 加固計算

加固后的柱截面為900×900，梁柱節點處混凝土強度取C45。根據《混凝土結構加固設計規范》驗算受壓承載力

計算得知，采用C60高強灌漿料每邊加寬150mm加固后的柱截面受壓承載力滿足原設計的要求。

5.3.3 根據《混凝土結構設計規范》第11.6節，驗算抗剪水平截面、抗剪承載力

分別手算得知，采用C60高強灌漿料每邊加寬150mm加固后的柱截面抗剪截面及抗剪承載力均滿足原設計的要求。

5.3.4 利用原設計計算模型，采用SATWE計算，發現加固前600×600的節點處的柱軸壓比0.95，加固后900×900的柱軸壓比0.45，說明采用增大截面加固法能夠滿足原設計的承載力及延性要求。

6 加固施工

本工程加固施工應按樓層自下而上施工增加柱帽；做好臨時支撐，鑿除樓板和柱角部分混凝土，采用高壓水沖刷干凈新老混凝土的粘結面，在混凝土充分濕潤后，用水泥凈漿或專業界面劑涂刷一層，植筋或綁扎鋼筋，支模，澆筑高強灌漿料，最后按國家現行規范要求進行驗收。

7 結語

綜上所述，隨著建筑業的快速發展，高強商品混凝土的應用越來越廣，梁柱混凝土強度級差越來越大，梁柱節點的施工難度增大。本文通過增大截面法加固梁柱節點核心區效果顯著，能夠顯著提高節點區的承載力和延性。對以后類似工程問題的處理具有一定借鑒意義。