某預應力抽柱改造項目中的托梁拔柱施工技術

車英明 熊泉祥

西安建筑科大工程技術有限公司 陜西 西安 710000

隨著城市的發展日趨成熟與飽和，如何在已有的限制條件下為舊建筑注入新的生命力，完成舊建筑的重生成為近幾年關注的熱點問題。因此，業主往往要求對其所使用的舊建筑進行適當的改造，如常常希望能抽除某些樓層的柱，以擴大使用空間。本文從某項目的工程實踐的角度出發，介紹了采用預應力與增大截面相結合的方式解決舊建筑抽柱加固改造的方法[1]，力求為同類項目提供參考。

1 結構概況

某商場原結構采用現澆鋼筋混凝土框架結構，始建于2010年，抗震設防烈度為8度(0.20g)，設防類別為丙類，柱距以8.2m為主。根據新業主需求，現有建筑格局及使用功能與原設計有所不同，需對原結構按現有建筑使用功能進行改造加固設計[2]。

結構改造主要涉及兩種類型，如圖所示：

局部抽柱[3]，原結構梁跨度由8.2m變成16.4m；

局部樓蓋開扶梯洞口，原結構梁由跨度為8.2m的框架梁變成4～6m的懸挑梁。

圖2 抽柱類型2

2 抽柱后結構內力分析

抽柱后與該柱柱頂相連的梁的跨度成倍增加，同時結構的外荷載作用效應也會隨之發生較大的變化。如圖3所示抽去柱Z0前，該柱兩側的梁截面承受較大的負彎矩ML和MR，抽柱后，卻承受較大的正彎矩M0。抽柱前后，結構的外荷載傳遞路徑發生改變，導致原來梁的配筋形式不再適用。

圖3 抽柱之前

圖4 抽柱之后

3 加固施工方案設計

卸除框架梁的上部荷載，在待拆除框架柱上使用水鉆定位排孔，切割洞口，洞口大小根據梁截面大小確定，對洞口上部及底部進行找平，保證支撐穩定性。具體步驟如下：

臨時支撐措施：在開洞位置下部鋪設10mm鋼板，然后安裝千斤頂及支撐型鋼；頂升千斤頂，監測受力情況，當受力情況滿足支撐要求時，切割兩側剩余砼。

增大截面：千斤頂頂升卸荷完成，保持千斤頂恒壓，切割兩側混凝土柱；綁扎增大截面梁鋼筋，布置預應力波紋管。然后進行支模灌注灌漿料。待灌漿料達到強度后張拉預應力筋。

加固完成后卸載：采用分級卸載，分級數不少于五級，通過變形監測控制每級卸載值，同時觀察相關構件和節點的位移變化，為后續卸載提供判斷依據。

抽柱切割：當灌漿料達到設計強度及預應力張拉完成后，撤掉支撐，完成本層混凝土柱的切割。

4 抽柱施工應急預案

本工程在實施過程中存在諸多不確定性因素，可能造成具體實施過程無法正常進行，需對不確定因素進行合理分析并制定相應緊急預案，確保在結構安全的前提下完成抽柱拆除工作。

千斤頂頂升監測：支撐前緩慢加載，實時監測千斤頂處結構受力，當頂升力值達到預定值時停止頂升，保持恒壓穩定，滿足卸載要求再進行施工。應急預案：如有恒壓不穩定時及時替換千斤頂，重新觀測千斤頂受力情況，直到千斤頂達到卸載要求。

拆柱監測：支撐完畢后，拆除柱兩側混凝土，根據水鉆開孔順序實時監測結構梁變形及位移情況，發現位移變化異常（偏離計算值）時立即停止開孔或切割。應急預案：如開孔時位移偏離計算值，停止開孔或切割，頂升千斤頂或增加臨時支撐。

加固完成后卸載過程中出現應力、應變等突變情況：本工程加固完成后，通過分級卸載的方式控制卸載過程中結構的形態和變形，且混凝土構件在卸載作用過程中出現內力重分布。應急預案：緩慢分級卸載，第一級卸載值較小，出現突發情況時立即停止卸載，及時通報監理和設計，以確定下一步卸載方案。

5 抽柱施工過程監測

豎向位移監測點，應在相應位置改造施工開始前一天進行初始數據測量，此后應每12小時進行一次豎向位移監測，持續至相應位置施工結束后14天為止，施工過程中根據施工工法可適當加密監測頻率，監測點位置可根據施工情況進行輕微調整。

應變監測點，應在相應位置改造施工開始前一天進行初始數據測量，在預應力張拉過程中應持續進行監測，監測頻率不小于5分鐘每次，張拉結束后應每1h進行一次應力監測，持續至相應位置施工結束后5天為止，應變監測點布置在該梁端支座截面處。

6 加固施工結構安全性驗算

支撐方案受力模擬采用有限元計算軟件YJK 進行分析模擬。模擬分析抽柱支撐中二種受力情況：混凝土柱剩余部分支撐時的受力情況；支撐千斤頂的型鋼梁受力分析。

6.1 剩余部分短墻受力分析

恒荷載：按實際梁、板尺寸計算，考慮面層；活荷載：按1kN/m2施工荷載考慮；組合系數：恒、活系數均為1.0。

原混凝土柱中剔除矩形洞，豎向荷載由混凝土柱剩余部分承擔，荷載按不利情況考慮，取2跨×2跨模擬，中柱抽洞后采用兩段250×800mm2墻單元模擬，其余構件截面同原設計，桿件配筋計算結果見圖5，抽柱位置處豎向變形見圖6。

圖5 梁柱計算配筋簡圖

圖6 抽柱位置豎向變形放大圖

可見在施工荷載組合下，計算配筋遠小于現有梁柱配筋，抽柱位置豎向位移0.08mm，變形在控制內。

施工荷載組合下，抽柱位置兩段250×800mm2短墻X彎矩為0kN·m，Y向彎矩為4.2kN·m，見圖7、圖8。

圖7 短墻X向彎矩圖

圖8 短墻Y向彎矩圖

X方向彎矩為0，無需考慮；Y向彎矩計算時，不考慮鋼筋的有利作用，按素混凝土計算。按《混凝土結構設計規范》GB50010-2010（2015年版）中，式（D.3.1-2）:

抗彎承載力為14.33kN，遠大于所承受荷載4.2kN。

綜上所述，可以認為柱中開孔方案，不存在結構安全問題。

6.2 支撐千斤頂的型鋼梁受力分析

千斤頂按200×200mm2方柱考慮，鋼梁懸挑長度按450mm（從柱中心算起），型鋼截面為H500×270×16×25（Q345B），型鋼梁末端施加點荷載250kN。型鋼最大應力比0.16（受彎），0.14（穩定），0.27（受剪），均小于0.3（圖9），型鋼梁末端最大位移為0.78mm，對應懸挑長度450mm的撓度值為1/577，變形較小（圖10），因此抽柱施工過程可控。

圖1 抽柱類型1

圖9 型鋼梁應力比

圖10 型鋼梁端部豎向變形

7 抽柱施工過程

詳細施工過程不再贅述，監測結果顯示，柱拆除后，梁跨中位置豎向位移小于1mm，與理論計算吻合較好。施工過程照片見圖11～圖12。

圖11 增大截面及預應力張拉完成

圖12 上層柱拔除

8 結語

加固改造工程有別于新建工程， 應兼顧結構安全可靠性、施工便利性，充分考慮施工可行性和施工過程中的主體結構安全。確定適合該工程的加固改造方案，并基于選定的加固改造方案給出合理而詳盡的施工步驟。

該工程從設計、施工到投入使用已近三年，實際建筑使用效果良好。該工程設計、施工中取得的經驗可供其他類似工程參考。