综合商务楼混凝土梁加固设计

李钧鹏

摘要：根据工程实际使用条件和经济效益，介绍了钢筋混凝土楼面梁的结构加固设计及施工技术，取得较好的效果。

关键词：混凝土结构；加固设计；粘钢法；

一、工程概况

杭州市某综合性商务楼，2008年竣工并投入使用。2009年三层平面部分办公区域因改变使用功能，改建为文件档案室，楼面使用荷载由3.0kN/m2增加至12.0kN/m2，对原有钢筋混凝土现浇楼面梁板结构验算后得知该区域楼面梁抗弯承载力均不满足要求，需进行加固。梁板需加固区域的结构平面布置详见图1。

图1 加固前梁板结构平面图

二、甲方对加固方案要求

在加固设计前，甲方提出如下要求：1)在确保安全前提下，经济环保；2)加固不影响本区域的正常使用，不改变原有楼面标高及做法，不影响原有外型和净空高度；3)加固施工只能在非工作时间进行，在保证施工质量前提下尽可能在周末假期完成。

三、常用加固方法

常用的加固方法有加大截面法、粘钢法、复合纤维材料加固法、增设支点法等。每种方法都有其适用范围及特定的施工工艺，也有其局限性。

加大截面法，是采用同种材料来增加原构件截面面积，以达到提高截面承载力和截面刚度的目的。加大截面法是一种传统的加固法，其优点是有着长期的使用经验，施工简单，适应力强；缺点是湿作业，工作量大，施工工期长，易形成胖梁胖柱，影响结构外观及房屋净空；适用于梁板柱墙等构件及一般构筑物的加固。

增设支点法是用增设支承点支承点来减小结构计算跨度，达到减小结构内力及相应提高结构承载力的加固方法；具有受力明确简单，简便可靠，易拆卸、复原等优点；其缺点是显著影响使用空间；适用于对使用空间和外观效果要求不高的梁、板、桁架等水平结构构件的加固，特别是危险性工程的临时支顶加固。

粘钢法是以薄钢板用结构胶粘贴于构件主要受力面，以提高截面受弯及受拉承载力的加固方法。粘钢法的优点是施工工艺简单，工期短，无湿作业，对生产和生活影响小，且不改变构件外型和使用空间；缺点是有机胶的长期持荷强度较低及耐老化性能较差，不耐火，环境温度湿度要求较严；适用于因配筋量不足的简支梁板及无障碍的连续梁板的加固。

复合纤维材料加固法，是以碳纤维复合材料，用结构胶粘贴于构件主要受拉部位，以提高截面受弯、受剪及混凝土抗压强度的加固方法。其优点是轻质高强、施工简便、可曲面或转折粘贴；缺点是有机胶的长期持荷强度较低及耐老化性能较差，不耐火，不能焊接，环境温度湿度控制较严；适用于因配筋量不足的受弯、受拉构件的加固。

四、加固方案选择

原有钢筋混凝土现浇楼面梁的结构验算结果表明：本区域的现浇楼板钢筋配置裕量较大，跨中及支座的实配钢筋满足使用功能改变后持荷承载力及变形要求，故不需要对楼板进行加固；而现浇楼面梁因使用功能改变后荷载增加较大，其原有跨中钢筋的配置不能满足抗弯承载力及变形要求，需进行结构加固。经结构加固计算及技术经济比较，并结合甲方要求，选择采用梁底粘贴钢板法对本区域楼面梁进行加固。

粘钢加固梁方案; 根据加固计算得出的梁底粘贴钢板厚度及表1所示的钢板厚度与梁基材混凝土强度的最佳适配关系，选用5mm厚 Q235 钢板作为梁底粘贴钢板；粘贴钢板结构胶选用国产A级粘钢胶，质量可靠，性能指标符合表2规定。加固具体做法为：沿梁底全长粘贴5mm厚钢板，并在钢板的端部（包括截断处）及集中荷载作用点的两侧，设置4道4mm厚U形箍加强外贴钢板径向约束能力。楼面梁加固详图如图2。

表1粘钢加固钢板厚度与基材强度的适配关系

混凝土强度等级 < C20 C20 ~ C35 > C35

钢板厚度 （mm） 2 ~ 3 3 ~ 4 4 ~ 5

表2粘钢用胶粘剂基本性能指标-A级胶

性能项目 性能要求

胶体性能 抗拉强度（MPa） ≥ 30

受拉弹性模量（MPa） ≥ 3.5x103

伸长率（%） ≥ 1.3

抗弯强度

（MPa） ≥ 45

且不得呈脆性（碎裂状）破坏

抗压强度（MPa） ≥ 65

粘结能力 钢-钢拉伸

抗剪强度

（MPa） 平均值 ≥ 20

标准值 ≥15

钢-钢不均匀扯离

强度（kN/m） ≥16

钢-钢粘结抗拉

强度（MPa） ≥33

钢-混凝土粘结正拉

强度（MPa） ≥ 2.5

且为混凝土内聚破坏

工艺要求 混合后初粘度（25 ℃时）（MPa） 刷胶 4000 ~ 10000

注胶 200 ~ 1000

施工环境温度（℃） 5 ~ 35

可操作时间（min） ≥60

挥发物含量（%） ≤ 1

图2 楼面梁加固详图

五、粘钢加固的施工工艺

1．加固机理：是将钢板采用高性能的胶粘贴于混凝土构件的表面，钢板与混凝土形成统一的整体，利用钢板良好的抗拉强度达到增强构件承载力及刚度的目的。

2．工艺流程及操作要点

1）工艺流程： 钢板制作－基底处理－卸荷－配胶－粘贴－固定及加压－固化－检验－防腐处理。

2）操作要点：

①钢板制作。按设计图纸要求，根据混凝土构件的实际尺寸对钢板进行下料、成型、钻孔。

②基底处理，表面处理包括加固构件粘合面处理及钢板粘合面处理，是最关键的工序，应认真进行。

A．原混凝土构件粘合面，应先用硬毛刷沾丙酮刷除表面浮油污物，后用冷水冲洗，再对其进行打磨，除去2—3毫米厚表层，直至露出新面，并用压缩空气吹除粉粒，处理后，若表面严格凹凸不平，可用高强度树脂砂浆修补；

B．钢板表面用喷砂、砂布或平砂轮打磨，直至出现金属光泽。打磨粗糙度越大越好，打磨纹路尽量与钢板受力方向垂直。

③卸荷：

为减轻和消除后粘钢板的应力，应变滞后现象，粘钢板前宜对构件适量进行卸荷，卸荷方式如下：

A．采用千斤顶顶升的方式卸荷，对于承受均布荷载的梁，应采用多点均匀顶升；对于有次梁作用的主梁，每根次梁下需设1台千斤顶，顶升吨位由设计计算确定。

B．卸活荷载

④配胶：目前各种结构加固用胶粘剂基本上为甲、乙双组分，使用前需进行现场质量检验，进行抗拉拔试验，合格后方能使用，使用时在现场临时配制，配制时按产品说明书规定进行。将甲、乙两组分别倒入干净容器，容器内不得有油污，利用手提电钻搅拌，或采用人工搅拌，搅拌至色泽完全均匀为止。

⑤粘贴：胶粘剂配制好后，用抹刀同时涂抹在已处理好的混凝土粘合面和钢板粘合面，为使胶能充分浸润、渗透、扩散、粘附于粘合面，宜先用少量胶于粘合面来回刮抹数遍，再添抹至所需厚度（1～3mm），中间厚、边缘薄，然后将钢板贴于预定位置。钢板粘贴后，用铁锤沿粘贴面轻轻敲击钢板，如无空洞声，表示已粘贴密实，否则应剥下钢板，补胶并重新粘贴（所有操作应在胶的适用期内完成）。

⑥固定与加压：钢板粘好后，立即用卡具、支撑或膨胀螺栓等固定，并适当加压以使胶粘剂刚好从钢板边缘溢出为度。膨胀螺栓一般兼作钢板的永久附加锚固措施，其埋设孔洞应与钢板一同于涂胶前配钻好。

⑦固化：粘钢胶在常温下固化，施工后应立即固定，固化期间避免扰动。25℃时，固化一天即可拆除夹具或支撑，三天即可受力使用；固化温度降低，固化时间应相应处长。若固化温度低于5℃，应采用人工加温等措施。

⑧检验：粘钢结束后，组织有关人员验收，发现问题即时处理。

⑨防腐处理：外部粘钢加固钢板，应按设计要求进行防腐处理。一般采用刷防锈漆、钢板网抹灰或喷防火涂料的方法进行保护。

3．质量要求

1）工程验收时必须有钢板及建筑结构胶的材质证明、复试报告及胶的抗拉拔试验报告。

2）每一道工序结束后均应按工艺要求及时进行检查，做好相关的验收记录，如出现质量问题，应立即返工。

3）关键控制点：

①工作环境的温度，由于胶本身的性能要求操作时温度在5～60℃之间。

②工作环境的相对湿度不大于70％，如果相对湿度过大，胶容易受潮而起鼓泡，从而影响粘贴质量。

③基底处理是关键工序，基底处理不应只停留在构件的表面处理，尤其对于老结构，更应对其本身检查是否有空鼓，裂缝现象，以便采取相应措施保证粘贴质量。

④钢板粘贴时，一定要避免先粘后焊，因焊接温度过高，容易引起结构胶老化而失效。

⑤粘贴钢板与原构件宜采用膨胀螺栓连接。

结语

综上所述，结构的加固设计，很大程度上受到使用条件、施工工期、施工技术及经济成本等因素的制约，因此，应从实际情况出发，综合考虑，选择切实可行的加固方案。

参考文献：

[1] GB50367-2006 混凝土结构加固设计规范设计；

[2] GB50010-2010混凝土结构设计规范；

[3] O6SG311 混凝土结构加固构造；

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。