關于建筑工程混凝土結構加固方案的探討*

馬洪成

(廣西民族大學 南寧 530000)

建筑工程混凝土結構加固方案是指對現有的混凝土結構進行改造、加強或補強,以提高其承載能力和耐久性。加固方案應根據不同結構的情況,綜合考慮結構的受力性能、施工難度、經濟效益等因素,制定出最佳的加固方案。

1 混凝土結構加固技術

從技術角度來講,人們針對不同的加固問題提出了不同的解決方法,在具體的改建工程中,加固方案的選擇往往也會考慮到不同的方法。鋼筋混凝土主要的加固方式有兩種,即直接加固法和間接加固法。

1.1 截面加固

加大斷面加固方法是指在原來的建筑構件外面,增加一層混凝土結構,在實際的工程中,它的作用是把混凝土材料澆注到構件外面,這樣就可以在原來的混凝土構件上增加一個橫斷面,從而增加了整個結構的承載力,同時還可以減小柱體的長細比。此項技術可用于梁、柱結構。在進行加固時,要與原來結構的應力特征相聯系,對其進行綜合的研究,找出其應力較弱的部位,然后根據加固的設計要求,對其進行適當的布置。在建造過程中,在上下兩層的混凝土鋼筋之間,添加一定數量的彎折區,這樣就可以對梁板結構進行有效的控制。在對不同類型的建筑進行加固時,應根據工程實際情況,選用不同類型的建筑材料,以確保建筑工程的質量。

1.2 間接加固施工技術

在當前的住宅建設中,采用的方法多為間接加固施工技術。采用這種方法必須對已建建筑物的應力狀態進行分析,然后針對具體條件進行設計,最終實現對已建建筑物的加固。在實踐中要注意建筑工程施工中,盡量避免對已有建筑工程施工中的原先構造進行改動,并將預應力技術應用到已有的構件中。間接加固施工技術可以提高對外界載荷的控制,將載荷作用限制在某一特定區域,從而提高其承載力。另外,在應用該技術時,一般都會與另外一種增強技術聯合起來,即為預應力基礎加固技術,它可以對混凝土結構施加應力,保證混凝土整體結構可以獲得更好的結果,并可以對建筑物的細部進行處理,從而改善混凝土結構的抗壓性能。在實際應用中采用水平裝配法,可使混凝土構件的承載力有較大的提升。

1.3 纖維復合材料加固

纖維復合材料加固技術,是指在原有的混凝土構件的外面粘上一層纖維膜,將復合材料本身的韌性發揮到最大,對混凝土構件的抗切、抗彎性能進行了全方位的提升,從而可以承受更多的壓力。從目前的具體使用情況來看,由于該復合纖維本身具有較高的抗拉性能,且其質量較輕,并具有良好的耐熱性能,因此使用該材料更容易增強其強度,尤其是對彎曲部位的增強效果更好。現如今使用最多的是玻纖、炭纖等。與其他加固方式相比,復合加固方式有很大的區別。但在工程實踐中,為了提高混凝土結構的整體性能,必須使其具有良好的性能。在實際應用前,要根據需要,選取合適的纖維材料,確定最優的錨固方式,使纖維材料的作用最大化。

1.4 外粘型鋼加固

在建筑施工時,一般都會對四個鋼筋進行加固,根據加固的長短,選擇適當的角鋼,通過箍板或螺栓套箍將這些角鋼進行高效的連接,從而達到對外部混凝土建筑的整體加固。通過對其進行強化,既可以替代原來的RC結構,承擔外荷載作用,又可以提高RC 結構的整體強度,同時還可以對RC結構進行有效的約束,提高其韌性。

實踐證明,該方法簡便、易于實現、節約時間,并在梁、柱等結構物的應力計算中得到了較好的結果。當前常用的施工方式主要是將其分成兩種:干式和濕式,其中干式加固技術是將其置于原來的混凝土構件之外,采用這種方式,外包型鋼和原來的混凝土構件都會承擔相應的載荷,因此在采用這種方式時,必須要對其與型鋼的載荷比例進行一個合理的計算。濕式加固是指在原有構件與外包型鋼之間,事先留有一定的風險,之后重點使用環氧砂漿或乳膠水泥,保證外包鋼與原有構件構成一個統一的整體,從而來傳遞應力,共同承擔外界的載荷。與此同時,對型鋼和混凝土結構發揮出約束作用,盡可能降低混凝土的形變,防止因為形變問題造成的外包型鋼積壓,從而對加固效果產生不利的影響。

2 混凝土結構加固的具體應用

2.1 工程概況

該廠房建筑主體為六層框架結構(見圖1)。建筑物一樓的高度為4.5 m,二層到六層為3.3 m,建筑使用面積3 850 m2。該地區的抗震設防水平為8度,基礎地震荷載為0.10 g,場地類別為3級。車間寬度以6.9 m、9.2 m、10.9 m 為主,長度以7.7 m 和10.0 m 為主。主要框架柱的斷面尺寸分布為420 mm×420 mm和450 mm×450 mm,主要框架梁斷面尺寸分布為350 mm×650 mm 和450 mm×900 mm,鋼筋的混凝土保護層厚度35 mm,梁構件保護層厚度30 mm。這座大樓于2004年完工,現已投入使用。由于工廠正在對廠房進行升級,在地板上添加了一套型號LBCT 系列的冷卻器,UPCW 系列的中央空調系統,還有一套用于懸掛空調設備的鋼梁和制冷裝置,這些設備的重量達到了167 t,因此很多原來的設計已經不能滿足現在的安全需求。

圖1 平面布置圖

2.2 檢測內容

(1)構造檢查:結合施工現場,對施工圖紙進行校核。將現場的施工計劃與圖紙進行對照,采用拍照、現場定位等方式,查找現場情況與設計圖不符之處,并核對在施工期間的實際軸線尺寸,檢查結果顯示廠方建筑結構是合理的。

(2)手動觀測本體的損傷,并觀測能夠在視覺范圍中看見的部件形狀。運用照片、圖畫、文字記錄,綜合起來形成詳細的報告。

(3)整個建筑物的傾斜和不一致沉降檢驗:對該工程進行現場檢驗,該工程內外地表和該工程的主要建筑物沒有出現任何裂紋,該工程的主要建筑物也沒有出現任何傾斜和不一致沉降現象,表明該工程的總體構造已經基本上穩固,能夠達到一般的安全性需求。

(4)使用鋼筋定位探測器和帶尺量度鋼筋斷面,對于局部開挖時鋼筋的縱筋個數和鋼筋環縫進行了取樣檢查。

2.3 檢測結論與建議

2.3.1 結論

(1)建筑物結構實驗時,梁板柱等構件的布置(鋼筋尺寸、數目、箍筋尺寸、間隔、加密區長度)與標準規定的布置形式基本一致。

(2)根據實地抽樣和廠家提供的資料,經過檢查,本廠房的構筑物中,框架柱B×1/6,B×1/8,A×6,A×7,A×8,1/A×1/6,其實際配筋均沒有達其極限承載力。

(3)根據建筑公司的實地考察及由分包公司提供的資料,一層及二層全部部分構筑物的框架梁:8×(A-B),1/8×(A-B),1/7×(2/A-1/B),2/7×(AB),1/B×(2/7-1/8),1/B×(2/7-1/8),2/B×(2/7-1/8),2/B×(2/7-1/7),與設計標準不符。

2.3.2 建議

建議對框架柱:B×1/6,B×1/8,A×6,A×7,A×8,1/A×1/6,廠房首層全部框架梁,二層梁:8×(A-B),次梁:8×(A-B),1/8×(A-B),1/7×(2/A-1/B),2/7×(A-B),1/B×(2/7-1/8),1/B×(2/7-1/8),2/B×(2/7-1/8),2/B×(2/7-1/7),框架梁柱的配筋無法滿足承載力需求的承重構件進行相應的加固處理。

2.4 結構加固方案的設計

通過對該建筑的分析,找到了不滿足設計規范的邊框柱受力性能指標,并根據工程實例,給出了兩個加固的方案:

第一個方案是對邊框柱包覆碳纖維布進行加固處理(見圖2);第二個方案是通過增加橫截面積的方法對框架柱進行加固強化。

圖2 廠房首層柱加固位置平面圖

2.4.1 碳纖維布加固法

在對軸壓柱進行環箍加固的情況下,按下列方法計算其正斷面的承載力:

選取B×7軸線位置的框架柱,以此框架柱為例介紹碳纖維布加固設計方案。截面尺寸b×h=500×500mm,混凝土等級C30,抗壓強度設值fc0=14.3 N/mm2,A′s0=200 mm2,l0=5 000 mm,fy0=300 N/mm2,N=399.248 N。

原柱承載力:

本工程擬選用英國進口碳纖維布(C300)對該柱進行正截面加固(見圖3)。

圖3 柱增大截面圖

2.4.2 增大截面法在對RC軸壓構件進行加固時,通過以下計算得到其正斷面承載力的公式:

同樣選取B×7軸線位置的框架柱,以此柱為例介紹增大截面加固設計方案。截面尺寸b×h=500×500mm,混凝土等級C30,抗壓強度設值fc0=14.3 N/mm2,A′s0=200 mm2,l0=5 000 mm,fy0=300 N/mm2,N=3 992.48 N。對柱四面圍套增大截面法對柱進行加固,新增混凝土采用C35,加固后截面尺寸為b1h1=600×600 mm,縱向受力鋼筋采用HRB335。N≤0.9φ[fc0Ac0+f′y0A′s0+αcs(fcAc+f′yA′s)]=0.9×0.98×[14.3×5002+300×2 000+0.8×(16.7+52 500+300×1 608)]=4 300.98 k N＞3 992.48 k N

按照此增大截面法設計,可以保證建筑結構滿足承載力要求,并保證其安全性和可靠性。這種方法可以有效增加建筑結構的結構面積,同時又能保證其強度和穩定性,從而提高建筑結構的安全性和可靠性。此外,這種方法還可以有效地控制建筑結構的重量和成本,從而更好地滿足人們的需求。根據本工程實際情況,設計出了兩套加固方案,即對框架柱采用碳纖維加固,加大截面法加固這兩種方法進行了分析和比較,最后選用增大截面法加固框架柱為本次改造工程的最終加固方案。

2.5 施工質量控制

加固施工管理實際上就是對施工過程中的一些細節進行的管理,結合工程施工情況進行具體的剖析。

(1)就是如何對已有的建筑進行最大程度的強化,將破壞和破壞降到最低。在進行設計時,要先進行現場調查,然后才能決定最佳的方案,并根據制訂的方案進行詳細的實施。

(2)就是完全的執行方案,如果發現有與原方案不符的地方,一定要及時溝通,理解清楚真正需求后,再做出調整,禁止擅自更改。

(3)要做好技術上的引導,這樣可

(4)一定要進行詳細的檢查。要檢查施工方案、施工的各個環節、施工資料的記錄等,看其是否符合具體的要求,有問題要及時糾正。

3 結語

當前,鋼筋混凝土結構的加固技術有多種,各有其特殊的應用范圍和優越性。為此,在工程實踐中應根據工程特征,合理選用相應的加固方法,從根本上提升工程的穩定性,確保工程的使用安全性,進而推動建筑業的健康有序發展。