某商業(yè)建筑結(jié)構(gòu)加固改造實例

芮彩雲(yún)

摘要：隨著社會發(fā)展地需求、生產(chǎn)工藝地進步，實施城市更新行動將是今后城市發(fā)展的主流方向。城市更新過程中，需要對既有建筑物進行改造，既有建筑物由于使用功能改變、荷載發(fā)生變化，需對原結(jié)構(gòu)進行加固。在結(jié)構(gòu)改造加固過程中，需要保證結(jié)構(gòu)體系的完整性，局部荷載改變的地方，需對梁、板、柱進行綜合補強。文章通過某綜合樓加固改造施工實例，分析框架柱增大截面+外包型鋼組合加固法、框架梁粘鋼加固、懸挑梁加大截面加固施工方案，并結(jié)合現(xiàn)場實際制定冬期施工方案并實施，同時針對施工現(xiàn)場出現(xiàn)質(zhì)量缺陷提出對策并實施，為今后類似工程的施工積累一定經(jīng)驗。

關鍵詞：結(jié)構(gòu)加固;組合加固;粘鋼加固

中圖分類號：TU746.3??????????? 文獻標志碼：A

隨著城市更新改造工作地逐步開展，一些原有建筑由于使用功能、荷載等的改變，已不能滿足當前需求。而商業(yè)建筑改造由于涉及面復雜、范圍廣等問題，在加固改造過程中要面臨的考驗諸多[1-4]。本項目又處于北方冬施期間，如何做好冬防也是改造過程中需把握的關鍵部分。

1工程概況

某商業(yè)建筑位于蘭州市城關區(qū)，始建于1999年，主體結(jié)構(gòu)為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎采用鋼筋混凝土筏板基礎，地上二十八層（局部為二十九層）包含高層住宅、多層商業(yè)及地下室。

本工程結(jié)構(gòu)形式為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，建筑設計使用年限為50 a，抗震設防烈度為8°（0.2 g），地震分組為第二組，特征周期為0.40 s，基本風壓為0.3 kN/m2，基本雪壓為0.15 kN/m2;框架抗震等級一級，剪力墻抗震等級一級。

本工程根據(jù)業(yè)主需要對部分框架柱采用綜合法加固（增大截面+外包角鋼），懸挑部位鋼筋混凝土梁采用增大截面加固，對樓板局部洞口封堵，新增電梯局部結(jié)構(gòu)改造;框架梁采用粘鋼及外包角鋼加固，新增洞口采用粘貼碳纖維加固。

2框架柱組合加固方案

2.1增大截面+外包型鋼組合加固

傳統(tǒng)的框架柱加固方法主要為增大截面加固法及外包型鋼加固法，增大截面加固法也稱為外包混凝土加固法，依據(jù)新加混凝土與原結(jié)構(gòu)構(gòu)件共同工作的原則，對新加混凝土采用強度折減的方法進行受壓承載力計算。該方法施工工藝簡單、適用面廣，但現(xiàn)場濕作業(yè)工作量大、養(yǎng)護時間較長，構(gòu)件截面增大后對結(jié)構(gòu)的外觀和房屋凈空有影響。

外粘型鋼加固法是在構(gòu)件四周包以型鋼的一種加固方法，計算軸心受壓柱的截面承載力時，可將外包型鋼視為柱的縱筋，并取一定的強度折減系數(shù)，按照外包型鋼構(gòu)架與原柱共同工作的原則進行。該方法工期短，構(gòu)件截面尺寸增加不多，但定位及膠縫厚度要求嚴格，且應進行防護。

為有效解決外包型鋼加固法在提高構(gòu)建軸壓比和承載力方面有限且定位和膠縫厚度嚴格，及增大截面加固法對結(jié)構(gòu)外觀及房屋凈空的影響、配筋過大時梁柱節(jié)點鋼筋無法貫通導致的節(jié)點偏弱等問題，同時有效增加框架柱環(huán)向約束。故本工程中對負二～七層（-7.000～28.100 m）A軸10根鋼筋混凝土柱采用組合加固法進行加固。

組合加固法一般會采用外包型鋼和增大截面加固相結(jié)合，在受壓承載力計算時，綜合利用各種加固材料共同工作的原則進行計算。外包型鋼和增大截面組合加固法，綜合了外包型鋼法與增大截面法兩種常用加固方法的優(yōu)點，對加固構(gòu)件的承載力有很大程度的提高，既減輕了增大截面法對凈空的影響，也減小了所需外包型鋼的面積，且施工方便，經(jīng)濟性較好。

2.2框架柱加固施工方案

根據(jù)設計要求，本工程制定了切實可行的施工方案。建筑中原有柱截面尺寸為700×700，型鋼規(guī)格為∠75×8、∠100×8等，綴板寬100 mm、厚4.0 mm、綴板間距100 mm，鋼材型號為Q235。如對角柱JKZ-1新增角部受力鋼筋?28通長設置，中部受力鋼筋?25通長設置，新增拉筋?12@200化學植入柱內(nèi)，錨固長度不低于15 d。在-1.300～28.100 m處采用柱外包型鋼+增大截面組合加固，柱角新增角鋼 L75×8，新增綴板100×4@100，與角鋼焊接，梁柱節(jié)點貫穿樓板處，梁區(qū)等代鋼筋?20@200穿墻與角鋼焊接。

增大截面施工時，采用強度等級為C55的灌漿料，澆筑方式根據(jù)現(xiàn)場施工條件采用人工澆筑，澆筑前對構(gòu)件根部采用封堵措施，并分層設置澆筑口。澆筑時采用體內(nèi)體外相結(jié)合的振搗工藝，振搗密實，澆筑完畢12 h 內(nèi)對灌漿料進行覆蓋、保濕、養(yǎng)護。

2.3框架柱組合加固施工要點

混凝土柱組合加固的主要工藝流程為：施工準備→基層處理、鑿毛→放線下料→柱角開洞→植筋→型鋼、鋼板表面處理→型鋼骨架制作及安裝→鋼筋制作及綁扎→模板安裝→混凝土澆筑→模板拆除→混凝土養(yǎng)護→檢查、記錄→驗收。

組合加固施工過程中，技術要點主要有：

（1）需要將下層角鋼升入上層，因此要在柱角樓板開洞，作業(yè)部位在上層板面，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，為避免拆除過程中對原結(jié)構(gòu)的損傷，需采用人工靜力拆除方式進行開洞作業(yè);

（2）根據(jù)設計要求，植筋鉆孔孔徑應不小于d+4 mm，鉆孔深度不小于L+15 mm，其中 d 為鋼筋的直徑，L 為鋼筋植入深度，現(xiàn)場施工時采用鑿巖機械或沖擊鉆孔;

（3）型鋼骨架制作及安裝中，鋼骨架各肢，按設計要求的距離臨時固定，宜采用螺栓和點焊方式。在原構(gòu)件找平的表面上，每隔一定距離粘貼小墊片，使鋼骨架與原構(gòu)件之間留有2～3 mm的縫隙，以備壓注膠液;

（4）對加壓注膠的全過程進行實時控制。壓力應保持穩(wěn)定，且應始終處于設計規(guī)定的范圍內(nèi)。當排氣孔冒出漿液時，應停止加壓，并以環(huán)氧膠泥堵孔。然后再以較低壓力維持10 min，方可停止注膠。

現(xiàn)場采用組合加固后的框架柱施工質(zhì)量滿足《建筑結(jié)構(gòu)加固工程質(zhì)量驗收規(guī)范》（GB 50550-2010）[5]驗收要求。1DE44F3F-1E29-4479-B95B-F4C0AA47FF8C

2.4施工質(zhì)量控制

在柱增大截面施工過程中，出現(xiàn)的主要質(zhì)量問題是增大截面柱表面出現(xiàn)干縮裂縫，經(jīng)現(xiàn)場技術人員分析，出現(xiàn)裂縫的主要原因有灌漿料受潮、攪拌不充分、配合比不到位、模板加固不到位、與原混凝土截面結(jié)合不良、拆模不當?shù)取Ｍㄟ^采取現(xiàn)場檢查、資料分析、現(xiàn)場試驗等方法，對引起混凝土裂縫過大的各個末端因素進行了逐個確認，最終確定為：

2.4.1鑿毛深度不夠，間距過大

工人進行鑿毛作業(yè)時，電錘使用不規(guī)范導致鑿毛深度不足，項目部采取將拉結(jié)筋間距縮小為150 mm，界面鑿毛深度調(diào)整為6～10 mm，鑿毛間距20 mm 的控制措施，并將固體界面劑更換為乳液型界面劑。同時對操作人員進行二次技術交底，要求操作人員嚴格按照實施對策后的方案進行鑿毛處理。

通過采取一系列措施，現(xiàn)場鑿毛深度滿足規(guī)范要求，保證了施工質(zhì)量。

2.4.2養(yǎng)護不到位

針對養(yǎng)護材料性能差，具體措施：用氈布將塑料薄膜進行替換，以降低前期因地下室溫度過低而帶來的內(nèi)外溫度差，減少水分流失。

2.4.3灌漿料流動度大

針對灌漿料流動度大的問題，更換灌漿料種類及攪拌工具，攪拌機由滾筒式攪拌機更換為強制立式攪拌機。

灌漿料種類由普通灌漿料更換為鋼纖維早強灌漿料。在每次攪拌前對水的配合比進行控制，通過實驗得出配合比在11%～12%之間灌漿料的流動度最佳，適宜灌注。

通過改進對策的實施，灌漿料增大截面裂縫顯著減少，裂縫寬度顯著降低，目前為止未見貫穿性裂縫。

通過預防措施的實施，可見的干縮裂縫顯著減少;寬度大于0.2 mm 的裂縫得到有效控制，現(xiàn)場施工質(zhì)量合格率達到了92.7%，滿足規(guī)范要求。

3框架梁粘鋼加固

本工程一至七層部分框架梁采用粘貼鋼板法加固，粘貼鋼板用膠采用A級膠，加固采用粘錨結(jié)合的方式。3.1材料質(zhì)量標準

（1）鋼材：本工程所使用的鋼板和扁鋼，其品種和性能應符合下列規(guī)定：鋼材質(zhì)量應符合現(xiàn)行國家標準;鋼材的性能設計值應符合現(xiàn)行國家標準的規(guī)定;不得使用無出廠合格證、無中文標志或未經(jīng)進廠檢驗的鋼材。

（2）環(huán)氧樹脂膠：梁粘鋼所使用的膠為A級膠，其性能應符合國家標準《工程結(jié)構(gòu)加固材料安全性鑒定技術規(guī)范》GB50728-2011第4.2.2條的規(guī)定，且應滿足《混凝土結(jié)構(gòu)加固設計規(guī)范》（GB50367-2013）的相關要求。3.2施工要點

根據(jù)設計要求，在±0.000 m、5.100 m、9.600 m、14.100 m、18.600 m、23.100 m、28.100 m 處采用梁包鋼加固。

梁頂、梁底加固鋼板采用環(huán)氧樹脂A級結(jié)構(gòu)膠粘貼，并采用錨栓M8@400錨固，梁側(cè)采用鋼板U形箍，凈間距100/200。在現(xiàn)場施工過程中，加固鋼板采用人工除銹，除銹等級St2，加固安裝時在鋼板內(nèi)側(cè)均勻涂刷結(jié)構(gòu)膠后與混凝土結(jié)構(gòu)沿全長互相壓緊，將粘鋼膠均勻擠出，同時采用化學錨栓可靠錨固。加固完成后在裸露的鋼材表面進行抹灰處理，抹灰厚度為20 mm，采用Ⅰ級聚合物砂漿，內(nèi)加防裂鋼絲網(wǎng)，以防止粉刷層龜裂脫落。

3.3施工質(zhì)量控制

影響梁外包型鋼工程質(zhì)量的主要因素是空鼓和焊縫不滿足要求，主要原因是部分工人操作方法不當、空壓機壓力不夠、焊條不滿足要求、清渣不凈、注膠時間不夠。

針對施工現(xiàn)場出現(xiàn)的上述質(zhì)量問題，項目部采取了以下措施：

（1）對所有一線操作工人進行方案和技術交底，對施工人員加強教育培訓，提高一線工人的操作水平，統(tǒng)一認識梁包鋼施工質(zhì)量對建筑物使用安全和使用壽命的重要性;

（2）項目部新購置一臺大功率空壓機，合格證、檢測報告資料完整。項目部技術負責人對施工作業(yè)人員進行技術交底，并由項目施工員負責施工過程中的檢查、監(jiān)督;

（3）項目材料員嚴格把關，與型材匹配，未受潮，合格證、檢測報告齊全。其次，由項目部技術負責人對施工作業(yè)人員進行技術交底，并由項目施工員負責施工過程中的檢查、監(jiān)控。對所有進場材料嚴格按照規(guī)范規(guī)定驗收入庫，并做好相關記錄;項目技術負責人對所有材料的合格證及檢測報告進行查驗，最后，報監(jiān)理現(xiàn)場旁站、做隱蔽驗收及記錄;

（4）采用二氧化碳氣體保護焊，制定作業(yè)指導書，由項目部技術負責人對施工作業(yè)人員進行技術交底，并由項目施工員負責施工過程中的檢查、監(jiān)督;

（5）項目部對加壓注膠全過程應進行實時控制，壓力保持穩(wěn)定，且始終處于設計規(guī)定區(qū)間內(nèi)。當排氣孔冒出漿液時，停止加壓，并以環(huán)氧膠泥堵孔。然后再以較低壓力維持10 min，停止注膠。

4懸挑梁加大截面加固

原框架梁鑿除混凝土保護層露出箍筋，梁頂鋼筋化學植筋錨固于柱內(nèi)，錨固長度20 d，新增中部箍筋植入原有梁內(nèi)，新增兩側(cè)箍筋分段焊接于原有梁箍筋，梁底鋼筋化學植筋錨固于柱內(nèi)，錨固長度20 d。在板上開槽100 mm，后注高強無收縮灌漿料。梁增大截面選用某品牌灌漿料滿足《工程結(jié)構(gòu)加固材料安全性鑒定技術規(guī)范》（GB 50728-2011）第6.2.1條及6.2.2條的要求[6]，強度等級≥C55。經(jīng)現(xiàn)場見證取樣，7 d后抗壓強度值≥40 MPa，抗折強度值≥6.0 MPa，28 d后抗壓強度≥60 MPa，抗折強度值≥9.0 MPa。鋼筋保護層厚度為25 mm，28 d后與鋼筋握裹強度≥5.0 MPa。

5冬期施工措施

由于本工程施工時間為冬季，日平均氣溫低于5℃，項目部根據(jù)現(xiàn)場實際情況采取冬期施工措施，針對鋼筋工程、灌漿料工程、模板工程等分項工程編制冬期施工方案。

鋼筋在負溫條件下，其力學性能會發(fā)生顯著變化，為保證加固結(jié)構(gòu)安全，在其運輸、堆放、搬運過程中，減少碰撞、擠壓等現(xiàn)象，以減少鋼筋表面的機械損傷，降低冷脆性。梁、板、柱模板須在灌漿料同條件養(yǎng)護試塊強度達到5 N/mm2，灌漿料溫度冷卻到5 ℃后，且灌漿料表面溫度與外界環(huán)境溫度差不大于20 ℃時方可拆除。柱子灌漿料，還應控制其內(nèi)外溫差不大于25 ℃。

灌漿料工程原材料進行保溫防凍，進行全封閉。采用熱水攪拌，熱水溫度不超過60 ℃，保證灌漿料出機溫度達到10～20 ℃。拌制時嚴格控制外加劑摻量和水灰比，攪拌時間是常溫攪拌時間的1.5倍。

冬期施工灌漿料養(yǎng)護措施十分關鍵，正確的養(yǎng)護能避免灌漿料產(chǎn)生不必要的溫度收縮裂縫和受凍現(xiàn)象，本工程采用綜合蓄熱法養(yǎng)護灌漿料。

6 結(jié)束語

結(jié)合工程實例，對框架柱組合加固、框架梁粘鋼加固、懸挑梁增大截面加固技術措施進行分析，并針對冬期施工制定措施，加固后能夠有效保證目前建筑物的安全使用。本工程運用的建筑結(jié)構(gòu)加固方案適用性強、技術成熟，對類似工程具有一定的參考價值。

參考文獻：

[1]張紅改，王兆寧. 某大型商業(yè)建筑加固改造案例分析[J].江蘇建筑，2017（Z1）：25-28.

[2]曾華.既有框剪結(jié)構(gòu)加固方案探討及實例分析[J].工程技術研究，2020（10）：13-14.

[3]杜嘉林，騰帥，徐見聞.建筑結(jié)構(gòu)加固處理及應用研究——以干休所加固為例[J].城市建筑，2020（33）：112-114.

[4]付曉東，范樂，崔劍鋒.成都高新區(qū)技術智慧指揮中心結(jié)構(gòu)加固改造[J].四川建筑，2020（2）：271-273.

[5]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部.建筑結(jié)構(gòu)加固工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范：GB 50550-2010[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[6]四川省建筑科學研究院.工程結(jié)構(gòu)加固材料安全性鑒定技術規(guī)范：GB 50728-2011[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2014.1DE44F3F-1E29-4479-B95B-F4C0AA47FF8C