粘貼碳纖維布加固鋼筋混凝土樓板計算及分析

孫宇棟

(山西省建筑設(shè)計研究院，山西太原 030013)

粘貼碳纖維布加固鋼筋混凝土樓板計算及分析

孫宇棟

(山西省建筑設(shè)計研究院，山西太原 030013)

針對某辦公樓三層房間使用功能變化以及活荷載的變化情況，對樓板進行了承載能力計算，提出采用粘貼碳纖維布加固的方案，并對加固方案的承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)進行了驗算，可滿足結(jié)構(gòu)承載要求。

碳纖維布，加固，鋼筋混凝土樓板，活荷載

1 工程概況

某12層辦公樓建成于1995年，建筑面積為4 000 m2，結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土剪力墻體系。目前該辦公樓三層房間的建筑使用功能由原來的一般辦公用房改為存儲資料用房，使得該樓層地板的活荷載由原來的2．0 kN/m2增加到12．0 kN/m2。為在滿足建筑使用功能的情況下，保證本辦公樓的結(jié)構(gòu)安全性，特對本層樓板結(jié)構(gòu)的承載能力進行了計算，依據(jù)計算結(jié)果和本工程的具體情況，對本層樓板的承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)提出了加固設(shè)計方案，并對本加固方案的承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)進行了驗算。

2 樓板加固方案設(shè)計

由于位于標(biāo)高7．00 m處②-○11/?-?軸向范圍內(nèi)建筑使用功能由原來的辦公室變?yōu)橘Y料室，所以②-○11/?-?軸向范圍內(nèi)樓板活荷載標(biāo)準(zhǔn)值由原來的2．0 kN/m2變?yōu)?2．0 kN/m2(依據(jù)《建筑荷載規(guī)范》第4．1．1條)，為保證本樓層結(jié)構(gòu)的安全承載力，特對以上范圍內(nèi)的樓板進行加固處理。加固方法為新增H型鋼梁及樓板粘貼碳纖維布。在?-?軸線之間，每隔2 m增設(shè)一道共計兩道H型鋼梁，鋼梁與相鄰剪力墻之間采用錨栓對錨的方式連接。加固后樓板的結(jié)構(gòu)布置如圖1所示。

2．1 板承載力極限狀態(tài)

按彈性理論對標(biāo)高為7．00 m加固后樓板的承載力計算狀態(tài)進行了計算。計算中樓板的材料以及幾何尺寸依據(jù)辦公樓原施工圖選取，其中樓板材料為C20，彈性模量E=2．55×104MPa，抗壓強度設(shè)計值fc=9．6 MPa;鋼筋為一級(A3)鋼，強度設(shè)計值fy= 210 MPa;樓板厚度為90 mm，保護層厚度取15 mm。依據(jù)中國銀行長治市支行辦公樓原施工圖，樓板上配下部受力筋φ8@180，分布筋φ6@200，沿板短邊方向和長邊方向板上負(fù)彎矩筋分別為φ10@110和 φ10@150。

圖1 樓板結(jié)構(gòu)加固布置圖

樓板上恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值 4．5 kN/m2，②-○11/?-?軸向范圍內(nèi)樓板活荷載標(biāo)準(zhǔn)值 12．0 kN/m2，②-○11/?-?軸向范圍內(nèi)樓板活荷載標(biāo)準(zhǔn)值3．5 kN/m2，據(jù) GB 50009-2001建筑荷載規(guī)范(2006)第3．2．3條的規(guī)定，取按活荷載為控制荷載時的荷載組合值為本次計算的設(shè)計荷載值。

恒載設(shè)計值：g=1．2 ×4．5=5．4 kN/m2，活載設(shè)計值：q=1．4 × 12=16．8 kN/m2，標(biāo)高7．00 m樓板的結(jié)構(gòu)的計算簡圖如圖2所示，計算結(jié)果如圖3所示。

復(fù)合材料用量計算：采用高強度Ⅰ級單向織物作為本次加固使用材料，構(gòu)件為重要構(gòu)件，取材料抗拉強度設(shè)計值為 ff= 1 600 MPa，彈性模量為 Ef=2．3×105MPa，拉應(yīng)變設(shè)計值 ef= 0．007。由 GB 50367-2006 第9．2．3 條規(guī)定，設(shè)計了復(fù)合材料的用量，具體如下：

圖3 改變建筑用途后板上內(nèi)力計算結(jié)果

選擇厚度為0．016 7 mm，寬為200 mm的復(fù)合纖維材料，其面積為4．23 mm2，故在板的受力方向需每延米粘貼254 mm寬、0．016 7 mm厚的復(fù)合纖維加固材料即可基本滿足正截面承載力要求。但考慮到本樓使用年限較長，為便于加固施工，所以采用沿板受力方向凈距200 mm粘貼200 mm寬、0．016 7 mm厚復(fù)合纖維材料進行加固。

改造后板中最大剪力為22．64 kN，板中混凝土材料可承擔(dān)的剪力為0．25×9．6×103×70=168 kN，故板的抗剪滿足要求。

2．2 板正常使用極限狀態(tài)

恒載標(biāo)準(zhǔn)值：g=4．5 kN/m2，活載設(shè)計值：q=12 kN/m2。

按每延米板的抗彎剛度1 549 kN/m2，得出標(biāo)高7．00 m樓板撓度計算結(jié)果如圖4所示。最大撓度為1．55＜l/250=2 000/250= 8 mm(GB 50010-2010 第3．4．3 條)。

圖4 樓板撓度計算結(jié)果

3 梁的加固方案設(shè)計

在?-?軸線之間，每隔2 m增設(shè)一道共計兩道H型鋼梁，鋼梁與相鄰剪力墻之間采用錨栓對錨的方式連接。為保證鋼梁的安全性和可靠性，在本次計算中認(rèn)為鋼梁兩端為簡支邊界條件，鋼梁的跨度為3．9 m。

3．1 梁截面的選取

按照鋼梁跨度為3．9 m初步選擇鋼梁的截面高度為300× 150 ×6．5 ×9。

3．2 梁承載力極限狀態(tài)

3．3 梁端板與剪力墻的連接計算

3．4 梁端板與連接板焊縫設(shè)計

4 結(jié)語

經(jīng)上述針對采用粘貼碳纖維布加固后的鋼筋混凝土樓板及新增H型鋼梁的承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)分別極限計算分析后，本文所提出的樓板加固方案安全可靠，簡便易行，經(jīng)實踐后證明加固效果良好，受到業(yè)主好評。

［1］GB 50367-2006，混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范［S］．

［2］李國勝．建筑結(jié)構(gòu)裂縫及加固疑難問題的處理［M］．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002．

［3］卜良桃，周 靖．混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范算例［M］．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008．

The calculation and analysis on strengthening reinforced concrete floor of pasting carbon fiber cloth

SUN Yu-dong

(Shanxi Architectural Design Research Institute，Taiyuan 030013，China)

This paper made floor bearing capacity calculation according to an office building three layer using function changes and live load change，put forward the strengthening scheme using pasting carbon fiber cloth，and made checking to bearing capacity limit state and serviceability limit state of strengthening scheme，could meet the structural bearing capacity need．

carbon fiber，strengthening，reinforced concrete floor，live load

TU746．3

A

10.13719/j.cnki.cn14-1279/tu.2013.10.114

1009-6825(2013)10-0040-02

2013-01-16

孫宇棟(1980-)，男，工程師