某框架-剪力墻結(jié)構(gòu)建筑的剪力墻混凝土置換設(shè)計(jì)

劉邵敏 （廣州華特建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)事務(wù)所（普通合伙），廣東 廣州 510000）

1 工程概況

某建筑為一幢29層住宅樓，其中地上27層、地下2層。該建筑物結(jié)構(gòu)形式為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，目前主體結(jié)構(gòu)已經(jīng)施工完成，分隔墻體也已砌筑完成，施工外架尚未拆除，其他建筑裝修、裝飾也暫未進(jìn)行施工。

該建筑十三層剪力墻混凝土原設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C25，現(xiàn)發(fā)現(xiàn)該建筑物第十三層共計(jì)20片剪力墻混凝土強(qiáng)度不能滿足設(shè)計(jì)要求，嚴(yán)重影響剪力墻承載力，因此需要對(duì)強(qiáng)度不滿足要求的剪力墻進(jìn)行混凝土置換設(shè)計(jì)，以滿足后續(xù)安全使用要求。本次所有需要進(jìn)行混凝土置換的剪力墻位置均由委托單位指定。十三層剪力墻原設(shè)計(jì)厚度為250mm，樓層高度為3.0m。

2 設(shè)計(jì)思路

2.1 托換平臺(tái)設(shè)計(jì)

在需置換剪力墻位置的十四層和十二層分別設(shè)置上、下兩個(gè)托換平臺(tái)，托換平臺(tái)與原剪力墻之間通過(guò)鑿毛進(jìn)行新舊混凝土界面處理，并通過(guò)該界面完成豎向荷載的有效傳遞。為減少因鑿毛而導(dǎo)致剪力墻承載力的降低，本次設(shè)計(jì)剪力墻的鑿毛深度為6mm～8mm。托換平臺(tái)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30。托換平臺(tái)平面大樣如圖1所示，托換平臺(tái)剖面大樣如圖2所示。

圖1 托換平臺(tái)平面大樣圖

圖2 托換平臺(tái)剖面大樣圖

2.2 支撐設(shè)計(jì)

在上、下托換平臺(tái)之間設(shè)置鋼管千斤頂支撐，并輔以單支頂支撐。鋼管千斤頂支撐由螺旋千斤頂和鋼管支撐組成，單支頂支撐由小鋼管和可調(diào)頂托組成。單支頂支撐在需要進(jìn)行混凝土置換的剪力墻受荷范圍之內(nèi)采用滿堂布置，單支頂支撐布置的樓層范圍為第11層至第15層，支撐體系剖面示意如圖3所示。

圖3 支撐系統(tǒng)剖面示意圖

2.3 混凝土置換設(shè)計(jì)

本次共有20片剪力墻混凝土需要進(jìn)行置換，根據(jù)委托單位指定的需置換剪力墻的分布情況，采用分區(qū)分批對(duì)指定的強(qiáng)度不滿足設(shè)計(jì)要求的剪力墻混凝土進(jìn)行置換。所需置換的20片剪力墻共分為3個(gè)批次進(jìn)行置換施工，分批置換時(shí)，每個(gè)批次所置換的剪力墻應(yīng)盡量分散且分布均勻。所置換混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30。

2.4 置換施工順序

置換施工的施工順序?yàn)椴贾眯′摴苤巍鷿仓稀⑾峦蠐Q平臺(tái)→布置鋼管千斤頂支撐→拆除第一批需置換剪力墻混凝土→重新澆筑第一批需置換剪力墻混凝土→拆除第二批需置換剪力墻混凝土→重新澆筑第二批需置換剪力墻混凝土→拆除第三批需置換剪力墻混凝土→重新澆筑第三批需置換剪力墻混凝土→拆除鋼管千斤頂支撐→拆除上、下托換平臺(tái)→拆除小鋼管支撐。所需注意的是鋼管千斤頂支撐布置前，上、下托換平臺(tái)混凝土強(qiáng)度需達(dá)到設(shè)計(jì)要求；第二批需置換剪力墻原混凝土拆除前，第一批置換的剪力墻混凝土強(qiáng)度需達(dá)到設(shè)計(jì)要求，后續(xù)批次剪力墻置換時(shí)混凝土強(qiáng)度均按此要求；鋼管千斤頂支撐拆除前，所支撐位置剪力墻置換的混凝土強(qiáng)度需滿足設(shè)計(jì)要求。

2.5 變形監(jiān)測(cè)

在置換施工過(guò)程中，需加強(qiáng)豎向變形監(jiān)測(cè)，同時(shí)需要對(duì)托換平臺(tái)以及與被置換剪力墻相關(guān)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的裂縫和變形進(jìn)行觀測(cè)。剪力墻混凝土置換過(guò)程中要求豎向變形值小于2mm，最大裂縫寬度不超過(guò)0.1mm。

3 設(shè)計(jì)計(jì)算

3.1 計(jì)算模型及荷載取值

剪力墻置換設(shè)計(jì)過(guò)程中采用原結(jié)構(gòu)計(jì)算模型，由于該建筑物主體結(jié)構(gòu)雖已建造完成，但未進(jìn)行裝修施工，也還未投入使用，因此托換設(shè)計(jì)時(shí)，十三層及十三層以上各層樓面附加恒載和樓面活荷載均可不予考慮（取0kN/m2），分隔墻體已經(jīng)砌筑完成，所有墻體荷載仍然考慮，外腳手架荷載折算成墻體飾面層荷載考慮。

3.2 鋼管千斤頂支撐數(shù)量的計(jì)算

本次設(shè)計(jì)采用鋼管千斤頂支撐的型號(hào)為以下兩種：

①32噸千斤頂配套168×5mm鋼管,承載力設(shè)計(jì)值為250kN；

②50噸千斤頂配套219×10mm鋼管，承載力設(shè)計(jì)值為400kN。

根據(jù)《既有建筑混凝土結(jié)構(gòu)改造設(shè)計(jì)規(guī)范》（送審稿）鋼管千斤頂支撐數(shù)量計(jì)算如計(jì)算式（1）所示：

式中：n為鋼管千斤頂支撐數(shù)量

N為墻底軸力設(shè)計(jì)值

R為鋼管千斤頂支撐承載力設(shè)計(jì)值

3.3 托換平臺(tái)計(jì)算

托換平臺(tái)設(shè)計(jì)計(jì)算包括平臺(tái)受彎承載力計(jì)算、新舊混凝土界面承載力計(jì)算、界面受剪鋼筋承載力計(jì)算，托換平臺(tái)計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖4所示。

圖4 托換平臺(tái)計(jì)算簡(jiǎn)圖

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》6.2節(jié)進(jìn)行托換平臺(tái)受彎承載力計(jì)算，根據(jù)《既有建筑混凝土結(jié)構(gòu)改造設(shè)計(jì)規(guī)范》（送審稿）6.2節(jié)進(jìn)行新舊混凝土界面承載力、界面受剪鋼筋承載力計(jì)算。

4 設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

①鋼管支撐承載力計(jì)算時(shí)，應(yīng)考慮長(zhǎng)細(xì)比的影響。鋼管千斤頂支撐布置時(shí)，上下鋼管支撐位置應(yīng)對(duì)齊，且鋼管千斤頂支撐在托換平臺(tái)上布置應(yīng)盡量分布均勻。為應(yīng)付施工期間的突發(fā)情況，在鋼管千斤頂支撐旁邊，應(yīng)準(zhǔn)備足夠數(shù)量的千斤頂以進(jìn)行應(yīng)急替換。

②托換平臺(tái)宜設(shè)計(jì)為梁式平臺(tái)，梁式平臺(tái)整體性更好，使得上部荷載能夠均勻有效的分布到每個(gè)鋼管千斤頂上。

③原剪力墻混凝土拆除時(shí)，應(yīng)注意對(duì)原剪力墻鋼筋的保護(hù)，置換混凝土澆筑前，應(yīng)全面檢查原剪力墻鋼筋的直徑、平直、錨固等損傷情況，對(duì)不滿足要求的鋼筋進(jìn)行調(diào)整，對(duì)損壞嚴(yán)重的鋼筋應(yīng)進(jìn)行替換。

④托換平臺(tái)受力鋼筋穿過(guò)原剪力墻時(shí)，會(huì)對(duì)原剪力墻承載力產(chǎn)生削弱，因此，托換平臺(tái)受力鋼筋分布間距不宜過(guò)小，間距可取150mm～200mm，如受力鋼筋配筋量大，可采用分層布置，上下層鋼筋豎向間距可取100mm～150mm。鉆孔植筋時(shí)也宜分批進(jìn)行，盡量減少施工過(guò)程中對(duì)原結(jié)構(gòu)承載力的削弱。

⑤托換平臺(tái)拆除時(shí)，應(yīng)采用切割或其他震動(dòng)小的拆除方法，以減少對(duì)其他結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損傷。托換平臺(tái)拆除后，原剪力墻鑿毛面應(yīng)采用鋼絲網(wǎng)聚合物砂漿進(jìn)行修復(fù)。

5 結(jié)語(yǔ)

目前，因混凝土質(zhì)量缺陷導(dǎo)致結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力不滿足要求的問(wèn)題比較常見(jiàn)。在進(jìn)行混凝土置換設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中，豎向承重構(gòu)件的混凝土置換難度大于水平構(gòu)件的混凝土置換，當(dāng)需置換構(gòu)件上部樓層較多、荷載較大時(shí)，置換設(shè)計(jì)和施工難度更大也更為繁瑣。本文所述案例為典型的置換構(gòu)件上部樓層較多、荷載較大的類型，文中從設(shè)計(jì)計(jì)算、施工順序、設(shè)計(jì)和施工注意事項(xiàng)等方面闡述了一種有效的剪力墻混凝土置換設(shè)計(jì)方法，可以為以后類似工程設(shè)計(jì)和施工提供參考。