箱梁加固法在凈高限制房屋抽柱改造中的應用

潘廷明，張由，曹淑上，陳港，楊若愚，周偉

（重慶市建筑科學研究院有限公司，重慶 400016）

0 引言

本文針對某房屋會議室抽柱改造實踐，在滿足業主需求的前提下，提出了一些經濟合理的改造措施。經過對房屋主體結構的檢測鑒定，并結合會議室改造后使用功能的變化，對原結構進行了抽柱后的加固和改造設計[1-2]，并在施工完成后進行了荷載試驗，驗證改造結果安全可靠。針對改造中業主對房間凈高的限制，本次結構加固設計采用了類箱梁體系，滿足了凈高要求，可為類似工程實踐提供一定的建議及借鑒。

1 工程概況

某房屋為地下1層、地上3層框架結構。為改善房間使用功能，現需將房屋地上二層10/F軸柱抽掉，同時需滿足房間裝修完成后室內凈高不小于3.8m的要求。抽柱房間結構平面布置圖見圖1。

圖1 抽柱房間平面示意圖

2 建筑結構檢測鑒定

該房屋修建于2004年，為框架結構，人工挖孔樁基礎，作為辦公樓使用。改造區域結構圖見圖1。該房屋樁基礎混凝土標號為C30，柱混凝土等級為C40，梁板混凝土等級為C30。經現場檢測，未發現混凝土柱、梁板有因承載力不足導致的開裂、明顯變形等異常現象。結合現場實測數據、《建筑結構荷載規范》《混凝土結構設計規范》以及該房屋的實際使用現狀等進行綜合分析，該房屋改造區域上部結構安全性滿足正常使用要求，加固設計時，相關構件參數可按原設計值取用。

3 改造加固設計

3.1 設計原則

被抽的柱子平面位置位于二層10/F軸位置，同時10軸～11軸存在一個2.4m的懸挑端。抽柱位置結構立面示意圖見圖2。

圖2 抽柱位置結構立面示意圖

分析抽柱后結構的傳力路徑，發現存在兩個問題需要解決：（1）標高9.6m F/9～11軸位置的梁跨度增大，同時成為了轉換構件，需要加固，但因為凈高的限制，該梁不能向下加高；（2）被抽柱承擔的豎向力需要被可靠地傳遞到下層結構構件上。

該工程結構加固的重點是：解決抽柱后結構傳力體系如何布置的問題，并保證加固后的結構滿足改造后結構承載能力的需求[3]。

3.2 加固設計

抽取二層10/F軸位置處柱后，在11/F軸位置處設置框架柱。在一層10～11軸/F軸位置設置斜撐，形成傳力路徑。受層高要求的限制，對標高9.6m層F/9～11軸梁作加固處理，形成箱梁結構，提供足夠的剛度及強度，起到轉換構件的作用。加固布置立面示意圖見圖3；傳力斜撐加固示意圖見圖4；箱梁加固示意圖見圖5、圖6；斜暗柱、新增柱與原結構連接大樣見圖7；柱截斷后，三層保留柱豎向筋直接錨固在既有結構梁內，見圖8。

圖3 抽柱位置結構立面示意圖

圖4 斜撐加固示意圖

圖5 箱梁加固示意圖

圖6 箱梁加強部位示意圖

圖7 斜暗柱、新增柱與原結構連接節點大樣圖

圖8 被抽柱保留部分錨固大樣圖

抽柱后，局部改變了原結構的傳力路徑，使局部構件變為了梁柱轉換結構。在二層10/F處抽出柱子的同時，在二層11/F處新增了柱，在一層10/F處設置了斜撐。此種加固方式傳力路徑明確，雖截斷了原結構的傳力路徑，但是至結構一層時，傳力路徑又與原結構相同了。由以上分析可知，該工程抽柱加固對原結構抗震性能的影響主要體現在箱梁加固構件以及新增柱的抗震性能上。對此，通過采取抗震構造措施以及計算分析來保證轉換構件和結構整體的抗震性能。

計算模型抗震參數如下：抗震設防烈度為6度，設計地震分組為1組，設計基本地震加速度值為0.05g，場地類別為Ⅱ類，特征周期0.25s，建筑結構阻尼比取0.05，抗震等級為三級[4]。采用PKPM軟件建模計算，加固模型簡圖如圖9所示。

圖9 計算模型簡圖

經過對比原結構和抽柱加固后結構的抗震控制參數，發現抽柱加固改造對結構的周期比、位移比、軸壓比等抗震控制參數改變很小，且限值均在規范允許范圍內，結構抽柱加固改造后的抗震性能能夠得到保證。對新增柱和箱梁加強部位采取箍筋全加密的構造措施，以保證關鍵構件的抗震性能[5-6]。

4 加固施工要點

加固施工總體思路為先治理后加固、卸載活荷載、按順序加固、做好保護和防護工作。本次加固施工有以下幾個關鍵點：

（1）加固前應對原結構表面進行清理、鑿毛處理，并露出堅實的基層；

（2）澆筑前必須對混凝土基面進行灑水濕潤，同時因為振搗困難，澆筑材料要采用高強灌漿料；

（3）植筋作業的結構粘膠劑必須飽滿密實，施工過程應注意觀察，及時發現問題并進行處理；

（4）抽柱作業必須編制專項施工方案，頂撐措施要考慮周全，并制定突發情況應急預案。

5 荷載試驗

為檢驗加固設計及施工的合理性、可靠性，加固施工完成后進行了荷載試驗。根據荷載試驗的目的及箱梁結構的受力特點，進行了箱梁控制截面應變測試、箱梁控制截面擾度測試、框架柱及斜撐等部件在加載作業下的工作情況測試。

試驗結果表明，所測試驗截面實測擾度、應變隨荷載增加基本呈線性變化，結構處于較好的線性工作狀態。試驗加載過程中，箱梁未出現開裂、明顯下擾等異常現象，下部框架柱、斜撐等構件未出現裂縫等異常情況，各部件工作性能正常。

6 結語

在房屋改造過程中，外界條件受到諸多限制。為滿足業主對房間凈高的要求，通過在梁底設置翼緣板的方式，將普通梁變換為箱梁，以提高構件的剛度及強度。同時，在梁端新設柱，在新設柱下方設置斜撐，通過這種受力合理、傳力路徑清晰的方式，達到房間抽柱的目的。

房屋抽柱加固改造工程完工后使用情況良好，得到各方認可，值得類似工程借鑒、參考。