大跨重負荷樓板轉化成小跨構造負荷樓板的加固深化分析

方 昉 （安徽省特種建筑技術承包有限公司，安徽 合肥 230000）

1 工程概況

本工程以某地下車庫加固項目為例進行分析，該項目位于安徽省合肥市，原設計時間為2018 年4 月，地下一層鋼筋混凝土框架結構，建筑面積為17395.46 m2，該地庫結構安全等級為二級，抗震設防類別為標準設防類，設防烈度7 度（第一組），場地類別為Ⅱ類，框架抗震等級為三級，地庫頂板覆土厚度1.5m。本工程地庫基礎采用下柱墩+350mm 厚筏板。目前形象進度為擬竣工驗收，地庫頂板覆土、小區內景觀綠化、道路均已完工。

2 原加固方案存在的問題

在小區進行驗收工作之前，建設單位委托檢測單位對該地庫工程進行結構檢測鑒定，抽檢過程中發現地庫頂板板面拉通鋼筋外的附加負筋未設置。本工程地庫頂板原設計為僅有框架梁的大跨度板，板跨為6100mm×8100mm、5000mm×8100mm，板厚為250mm、300mm，頂板板面配筋為C10@170 雙向拉通打底，支座處增設板面附加鋼筋，支座處板面附加鋼筋大致配置為C14@170、C16@170、C18@170，板面附加鋼筋約占總配筋量（拉通鋼筋+附加鋼筋）的比例為66%～76%。故板面附加鋼筋的缺失對地庫頂板的承載安全有嚴重影響，僅有拉通鋼筋時板面配筋率為0.154%＜45ft/fy=0.178%，不滿足規范強條要求。同時由于地庫頂板覆土厚重且后期為小區公共活動區域，具有較大的安全隱患，極易造成嚴重質量事故，必須對頂板采取有效的加固措施以消除安全隱患。

針對以上情況，建設單位及原設計單位提出將地庫頂板以上原覆土、景觀綠化、道路、防水做法等全部清除，再在板面增設50mm 厚鋼筋混凝土疊合層（內增補板面支座處遺漏的附加鋼筋）進行加固，但設計團隊經過反復驗證后發現該加固方案存在以下五方面問題。

①該小區當時銷售定位為合肥市頂級豪宅區，戶型面積均較大（300m2左右），總價較高（800 萬左右），入住人群對小區的品質要求高，現由于施工質量問題，部分業主已經在網絡平臺傳播、討論。如果將已做好的小區內部景觀綠化、道路全部清除重做，勢必引起小區業主的高度關注，進而加劇業主的恐慌情緒并激發業主與開發企業的矛盾。小區內部現狀見圖1。

圖1 該小區內部現狀照片

②目前該小區已處于準交付狀態，整個小區規劃及周邊管道、圍墻、大門、道路均已成型，將原地庫頂板覆土全翻掉再恢復，首先需設置覆土堆場，周邊均為成型區域，無可用堆場。并且周邊小區已經形成了較為成熟的社區，小區周邊集中有幼兒園、小學、初中，學生較多，頻繁使用拉土車不僅容易造成土渣環境污染影響市容市貌，還有較大的安全隱患。

③板面增加疊合層后，地下室頂板配筋率需要按增加疊合板后的樓板厚度進行復核計算。板底配筋率不滿足規范要求，需采取板底采取加固措施，且目前彌補配筋率沒有較好的解決方案。原則上粘貼碳纖維布不能解決板底配筋率不足的問題，采取板底增設鋼筋混凝土疊合層的方案則施工難度極大，且難以保證施工質量。

④如按上述方案施工，原覆土（含景觀道路燈光）清除、堆放再重新回填，在地下室覆土鏟除后，地庫負荷減小，還需要對地下室進行施工期間車庫周邊水位實時監控，并采用有效的降排水措施，以保證覆土鏟除后加固施工期間的地庫抗浮能力滿足要求。

⑤如按地庫頂板面增設鋼筋混凝土疊合層法加固，需要將原地庫頂板覆土全部翻掉（覆土需要外運，回填時還需要重新運回），地庫頂的道路、景觀綠化、管道等均需要拆除后重新施工。綜合計算總造價約為3760 萬元，預估總工期約為120 天，該小區面臨即將交房的境況，加固工期過長造成的延遲交房將給建設單位帶來經濟及名譽損失。

3 樓板加固創新點及關鍵技術

經設計團隊綜合考慮，擬采用“大跨重負荷樓板轉化成小跨構造負荷樓板法”創新加固思路，并獲得省內知名專家認可并通過施工圖審查。

工程采取了板底增設鋼梁將大跨重負荷樓板轉化成小跨構造負荷樓板進行加固，在樓板厚度未變化的情況下大幅降低了原樓板的內力，形成截面尺寸遠大于承載需求的次要結構受彎樓板構件。根據《混凝土結構設計規范》（GB 50010-2015）第8.5.3 條，對于截面厚度很大而內力相對較小的非主要受彎構件，提出了少筋混凝土配筋的概念，故對于由于實測鋼筋間距偏大造成配筋率不滿足現行規范要求的樓板，依據此條進行最小配筋率折算，配筋折算過程如下。

根據加固后樓板彎矩圖（見圖3），300mm 厚樓板最不利（最大）彎矩M=35.8kN·m/m，本工程原設計樓板的最小配筋率ρmin=45ft/fy=0.17875%，fy=360N/mm2，b=1000mm。樓板截面的臨界高度hcr=247mm＞h/2=150mm，滿足要求，折算最小配筋率ρs=hcr/h，ρmin=247/300×0.17875%=0.147%。 根據實際情況并考慮到適當提高樓板配筋率，本次加固設計最小配筋率控制值取0.15%。

根據加固后樓板彎矩圖，250mm 厚樓板最不利（最大）彎矩M=22.4kN·m/m，本工程原設計樓板的最小配筋率ρmin=45ft/fy=0.17875%，fy=360N/mm2，b=1000mm，hcr=195mm＞h/2=125mm，滿足要求，折算最小配筋率ρs=hcr/h，ρmin=195/250×0.17875%=0.139%。根據實際情況并考慮到適當提高樓板配筋率，本次加固設計最小配筋率控制值取0.15%。

板底新增鋼梁平面布置圖（局部）見圖2。

圖2 地下室頂板板底增設H型鋼梁加固平面圖(局部)

板底增設鋼梁加固后典型彎矩平面圖（局部）見圖3。

圖3 板底增設鋼梁加固后樓板彎矩圖(局部)

板底新增鋼梁與原混凝土梁連接詳見圖4。

圖4 鋼梁與混凝土梁連接

板底新增鋼梁端附加鋼板錨固碳布U型箍大樣詳見圖5。

圖5 板底新增鋼梁端附加碳布箍

4 方案優勢

針對該項目情況，設計團隊經過反復計算與比較，考慮采用板底增設鋼梁將大跨重負荷樓板轉化成小跨構造負荷樓板進行加固，此加固方案具有以下五點優勢。

①板底增設鋼梁法進行加固施工僅在地庫內即可完成，地庫頂板上部原覆土、景觀綠化、道路、防水等均可保留不動，施工影響范圍小。

②施工以鋼結構成品安裝為主，相對施工噪音、污染均較小，對小區周邊環境無影響。且施工較為靈活，避免對周邊已入住小區居民的影響及投訴事件。

③按板底增設鋼梁法進行加固施工，最終造價約為2000 萬元，而按照拆除覆土重新增設疊合層的方式總造價約為3760 萬元，共節約了直接工程造價1760 萬元左右。顯著降低了加固造價，經濟效益十分顯著，得到了建設單位的好評。

④目前該項目已實施完成，加固部分工期約為40 天，大幅縮短了施工周期，保證了建設單位盡快交房并節約了違約金（建設單位初步估算僅此項費用節約3000萬左右）等。

⑤鋼梁加固后通過外包裝飾板處理，觀感上檔次得到了較為明顯的提高，并且得到了住戶的認可及好評。

5 結語

既有建筑物的改造加固工程市場越來越大，加固需求也是五花八門，絕大多數的建筑物加固工作由于現有施工環境、社會條件、成本造價的制約，一個合理可行、經濟節約的加固方案不僅可以極大地降低經濟成本，還可以縮短工期，降低社會影響。本文結合了業主單位對于工期、造價以及主管部門的要求，最大程度地降低了施工的不良影響，最終還取得了小區業主的一致認可和好評，是利用了更為合理可行的加固技術方案解決建設行業工程質量問題的一個典型案例。