某加層住宅樓加固方式的選擇與分析

文/昌魏 重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院 建筑與土木工程系 重慶 400074

1、引言

對于建筑結(jié)構(gòu)加固，常用的加固方法有很多如增加截面、置換混凝土、體外預(yù)應(yīng)力、外包型鋼、粘貼鋼板、粘貼纖維復(fù)合材料、增設(shè)支點(diǎn)以及植筋加固等等。這些加固方法分別有各自的有點(diǎn)和缺點(diǎn)。我們在選取加固方法的時候，要綜合考慮項(xiàng)目情況，采取其中一種或者幾種相結(jié)合的方式讓結(jié)構(gòu)達(dá)到最優(yōu)化。本文以某加層項(xiàng)目為例，對加固方式進(jìn)行分析。

2、某加層項(xiàng)目加固分析

2.1 工程概況

某小區(qū)住宅樓，抗震設(shè)防烈度為6 度，地震加速度為0.05g，地震設(shè)計(jì)分組為第一組?；撅L(fēng)壓0.3kN/m2，地面粗糙類表為B 類，場地類別為Ⅱ類，場地特征周期0.35s。結(jié)構(gòu)安全等級為二級，設(shè)計(jì)使用年限為50年。結(jié)構(gòu)形式采用部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)，框支部分抗震等級為二級，剪力墻抗震等級也為二級，非底部加強(qiáng)區(qū)為三級。

最初設(shè)計(jì)為地下3 層，地上22 層，轉(zhuǎn)換層設(shè)置在地上一層，由于項(xiàng)目已處于施工狀態(tài)，并且當(dāng)主體結(jié)構(gòu)建至地上15 層時，開發(fā)商想在此基礎(chǔ)上往上加8 層。

2.2 工程分析

由于項(xiàng)目已經(jīng)建至15 層，基礎(chǔ)和轉(zhuǎn)換層均已施工完畢。加層首先需要考慮的就是基礎(chǔ)以及轉(zhuǎn)換層是否能滿足加層后的承載力。由于之前只考慮轉(zhuǎn)換22 層的上部剪力墻結(jié)構(gòu)，加層之后通過PKPM 軟件分析計(jì)算，如果加8 層，會導(dǎo)致部分樁基礎(chǔ)無法滿足承載力的要，框支轉(zhuǎn)換層很多梁柱配筋差太多。由于基礎(chǔ)采用的是大直徑機(jī)械成孔灌注樁，要加固基礎(chǔ)不僅造價高并且實(shí)施起來也比較困難加上基礎(chǔ)和框支轉(zhuǎn)換層是保證整體結(jié)構(gòu)安全的重要構(gòu)件，因此考慮減少層數(shù)。當(dāng)增加五層時，基礎(chǔ)仍能滿足要求，只有部分轉(zhuǎn)換柱和轉(zhuǎn)換梁無法滿足要求，最終決定加五層。接著需要考慮的是由于樓層高度的增加，會引起結(jié)構(gòu)相關(guān)參數(shù)如位移比、周期比、軸壓比等的改變，還需要對結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，使其滿足要求。

2.3 加固方式的選擇

（1）轉(zhuǎn)換柱的加固：通過計(jì)算，加層后裙樓有四根框架柱尺寸均為600mm＊600mm，單側(cè)配筋截面面積分別差200mm2-500mm2；有四根中部轉(zhuǎn)換柱截面尺寸均為850mm＊1100mm，單側(cè)配筋截面面積均差300 mm2 ，由于柱子只是配筋截面面積不夠，軸壓比滿足要求，因此考慮粘貼碳纖維+角鋼的方式進(jìn)行加固。碳纖維質(zhì)量輕且抗拉強(qiáng)度很高，對柱子進(jìn)行環(huán)向包裹能對柱子提供環(huán)向緊箍力，使柱子處于三向受壓狀態(tài)從而提高柱子的承載能力。碳纖維布采用一層，厚度0.167mm，寬150mm@200 布置。對于配筋的不足柱子四角采用包裹角鋼的方式，對于梁柱節(jié)點(diǎn)部位，對節(jié)點(diǎn)四角打孔使角鋼穿越樓板至最底層。四個角鋼采用L160＊10，用M16 的螺栓將其固定在柱子上；角鋼之間用200＊16 的扁鋼焊接連接，扁鋼與柱子同樣采用螺栓連接，焊接后灌膠粘劑。柱子在粘貼完碳纖維后在其表面涂抹20mm 厚的砂漿保護(hù)層。

（2）轉(zhuǎn)換梁的加固：現(xiàn)有的轉(zhuǎn)換梁很多不滿足配筋要求，如果采用增加梁的高度來加固又會影響建筑凈空的要求，因此仍然采用粘貼碳纖維的方式進(jìn)行加固。由計(jì)算結(jié)果梁所需的配筋對比之前已經(jīng)配筋的結(jié)果，再根據(jù)碳纖維的抗拉強(qiáng)度，按1.5 倍的增大系數(shù)對梁頂、梁底粘貼碳纖維復(fù)合材料，梁兩側(cè)貼U 形箍，U 形箍端部用壓條壓緊。對于碳纖維的粘貼，首先需要對結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)角部位要倒成R=20mm 的轉(zhuǎn)角，然后涂底膠，用工具除盡混凝土表面灰層，丙酮擦拭處理然后再把按比例調(diào)好的膠水均勻地涂至粘結(jié)面。然后貼碳纖維布，搭接長度為200mm，最后再在碳纖維表面刷一層粘合劑。

（3）增加墻肢及底部剪力墻厚度：由于樓層的增加，底部加強(qiáng)區(qū)的抗剪能力需要加強(qiáng)，為了滿足結(jié)構(gòu)底部加強(qiáng)區(qū)的抗震承能力，結(jié)構(gòu)在不影響建筑使用功能的前提下，增加部分柱子的墻肢并配筋，墻肢長度600mm，厚度350mm，混凝土強(qiáng)度等級為C55，比原有強(qiáng)度提高一級并添加適量膨脹劑，施工時首先將保護(hù)層打開，然后將箍筋植入原有框架中，再進(jìn)行膨脹混凝土澆筑。結(jié)構(gòu)還增加了原有四片落地剪力墻的厚度，使原來350mm 厚的剪力墻厚度增加至400mm。墻體縱向和橫向采用 12@150 的鋼筋網(wǎng)，并用銷釘 8@300 植入原有剪力墻中。為了加強(qiáng)墻體與梁柱的連接，連接部位采用等代穿板鋼筋 14@300 植入梁柱中。最后在外面涂砂漿保護(hù)層。無論是增加墻肢還是增加底部剪力墻的厚度，都有利于增加柱子的剛度和抗震承載能力。

（4）總結(jié)：此加層住宅對于加固方式的選擇，涉及到增加混凝土結(jié)構(gòu)的承載力和調(diào)整結(jié)構(gòu)整體參數(shù)，雖然增大截面法簡單且造價較低，但此項(xiàng)目基礎(chǔ)已施工，對于梁柱采用增大截面法會影響結(jié)構(gòu)的凈高還會增加結(jié)構(gòu)的自重，但對于底部墻體加厚的方式，對建筑結(jié)構(gòu)影響不大就是一個很好的措施。為了滿足承載力要求對梁柱進(jìn)行了處理，為了滿足抗震參數(shù)中各項(xiàng)參數(shù)的要求對底部墻肢進(jìn)行了處理。為了能夠使加固方案安全可靠地實(shí)施此項(xiàng)目需注意施工工程中對結(jié)構(gòu)進(jìn)行支撐加固并實(shí)時監(jiān)控施工過程中梁柱的變化情況。

結(jié)語：

綜上所述，加固方式的選擇應(yīng)綜合考慮經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、適用、耐久性，采取不同的加固方式以達(dá)到目的。筆者認(rèn)為，對于混凝土結(jié)構(gòu)的加固，我們應(yīng)該不斷學(xué)習(xí)國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)和方法，爭取實(shí)現(xiàn)加固結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化。