建筑工程中的整体加固结构设计

2014-12-04梁慧霜

建筑设计管理 2014年9期

梁慧霜

（广西华蓝设计（集团）有限公司，南宁 530011）

1 工程简介

某建筑工程是在1997年建设完工的，房屋一共分成了北楼和南楼，平面的外形为L形，北楼为宿舍楼，属于2层底框结构，南楼为办公楼，一共5层，属于框架结构，朝向为南北，在北楼和南楼之间设置了变形缝，缝的宽度为100 mm。平面建筑结构图如图1所示。

图1建筑平面结构图

2 建筑结构存在的具体问题

通过检测发现，此楼主要有下面几个方面的问题，在建筑南楼的北外纵墙和南面纵墙上有很多斜向缝隙，按照从上往下的顺序，越往下裂缝的宽度越大。在北楼住宅的地层有宽度为0.8 mm的贯通性裂缝；在南楼第3层西北部的现浇板有宽度为3 mm的裂缝存在，在第4层和第6层西北角预制楼板的裂缝宽度为1.5~5 mm，有拼板缝出现在第4层和第6层的预制楼板，缝的宽度为1.5~2.5 mm，第4层楼板部分地方出现了开裂和下沉的情况，裂缝的宽度为2.5~4 mm。在第3楼南侧的外框架梁出现了宽度为0.16 mm的裂缝，有一些宽度为0.2 mm的裂缝出现在了西部墙框架的梁端位置，一些框架柱还有小裂缝存在，房屋发生了12~55 mm的倾斜，其中北楼向南方向和东方向倾斜，南楼向偏北和偏西的方向倾斜，导致北楼和南楼顶部出现了碰撞。经过实地考察发现，北楼重量比较轻，南楼墙体出现了非常严重的开裂，在互相碰撞的位置，南楼过道横向框架梁1/3的框架位置出现了垂直裂缝。在南楼西侧楼梯间顶层框架的梁侧面有裂缝存在。

3 对建筑进行加固的具体施工方案

1）由于两栋楼出现了倾斜碰撞的情况，最高倾斜率为2.4‰，按照我国的规定要求要小于4‰，偏斜率在规定范围中，可以不进行纠偏。经研究决定，将北楼和南楼相碰位置的外墙拆掉一部分，并将南楼顶层切割缩进100 mm，在变形回到国家要求规范的标准时，减轻对基础造成影响的荷载[1]。2）通过对原建筑进行计算，发现沉管灌注桩的持力强度不达标，而且受力分布不均，导致南楼基础出现了变形的问题，非常不协调。例如，位于轴一和轴二之间的承台所承受的荷载为5 900 kN，共配置了20根桩，可以承受8 800 kN的外力，而轴四和轴十之间承台的荷载为6 700 kN，但是只配备了16根桩，总承载力只有7 100 kN，非常的不协调。另外，由于南楼南侧的第3层和第6层都没有使用，如果使用，会增加活动荷载作用和装潢荷载的作用，会进一步导致变形增加，所以，要加固南楼基础，保证承台的变形处于相同的状态，达到变形的基本要求，而由于北楼的问题不算很严重，只需要加固变形位置的基础即可。3）对于出现开裂情况的墙体，如果梁柱和楼板的开裂无法达到设计使用要求的位置进行加固。

4 对建筑物进行整体加固

4.1 加固建筑物基础的方法

通过对建筑工程的地基进行勘测，原基础设计桩的持力层为分布不均匀的粉质黏土，强度也不达标，所以，在对建筑物基础进行加固时，要在对变形进行协调的基础上，使用活荷载和装潢荷载来对桩的承受能力进行提升[2]。

在加固地基时，使用旋喷桩加固的方法对沉降大的位置进行加固，要保证桩端可以进入到位于第三产业第4层的粉砂层，加固位置为南楼和四轴和十二轴之间，同时还要对变形缝两侧的轴承台进行加固，加固图如图2所示。

图2旋喷桩的加固示意图

在进行旋喷桩加固时，使用高压喷射注浆的方法进行施工，具有加固质量均匀、加固体强度大、加固形态控制容易等方面的特征，已经在我国大多数工程中进行推广应用，是一种高效的地基处理措施。可以在淤泥质土、软塑、流塑、砂土、粉土、索填土、黄土、碎石土等类型的地基进行使用，这种施工工艺主要是使用高压水泥浆的喷射力利用水泥桩对土体进行置换，由于置换施工时间比较短，因此不会有附加沉降的情况出现。在施工的过程中，先使用钻机把带有喷嘴的注浆管钻入到预先设定好的土层位置，然后利用高压流的形式将水或浆液从喷嘴中射出，对土体进行冲击，使用高压流将土层切割搅碎，呈现出颗粒分散的状态，然后一部分水会和浆液进行混合搅拌，还有一部分水和浆液会从钻孔中带出，在浆液的不断凝固下，会形成具有良好抗渗能力和强度的凝固体。喷浆时，按照从下到上的顺序进行施工，喷浆的压力控制20 MPa，钻的旋转速率为10 r/min~20 r/min，提升速度要控制在150 mm/min，使用水泥强度为32.5级，按照1∶1的比例对水灰进行拌和，桩的长度为28 m。

4.2 对框架梁进行加固施工设计

使用碳纤维布对框架梁进行加固主要有下面几个方面的优点：1）弹性模量和密度比良好，由于高弹模碳纤维的弹性模量是钢材的三倍作用，具有良好的弹性变形能力。2）材料的抗拉强度良好，自重小，比强度高。和钢材的拉伸强度相比，FRP的拉伸强度是其10倍以上，而自身的重量只有钢材重量的1/4，如果使用这种复合纤维材料对房屋结构进行加固，纤维复合材料对原结构造成的荷载影响可以忽略不计。3）碳纤维布具有良好的耐久性和抗腐蚀性。4）建筑的结构大小和外形不会有比较明显的变化出现，有良好的加固效果。5）施工非常的方便，多数施工为手工操作，不需要使用特殊的施工装备。工作量小，施工效率高。

4.3 柱体结构的加固设计

对于配筋数量、抗压强度、轴压比不达标的设计，可以使用湿式外包钢加固的方法进行加固施工，对于柱体的裂缝，可以使用粘贴碳纤维布的方法进行补强。在使用包钢加固的方法对柱子进行加固后，不仅有效地提升了混凝土的承载力，而且柱的核芯混凝土在缀板和钢套箍的约束下，延性得到了提升。柱子在加固完成后，截面没有出现明显的增加，对正常使用造成的影响不大[4]。需要加固的位置图如图3所示。

图3加固柱子的位置图

4.4 楼板结构的设计加固

现浇楼板出现斜裂缝主要是因为柱子沉降不均匀导致的，裂缝的宽度大，对于这种情况，首先对地基进行加固处理，在沉降稳定后，使用环氧树脂进行灌缝和封缝处理，然后使用碳纤维布对板底和板顶进行补强。

4.5 墙体结构的加固设计

在对墙体结构进行加固的过程中，对于裂缝在2 mm以下的位置，使用标号比较高的水泥砂浆进行加固施工，在施工时，首先要把原来墙面上的粉刷层除去，将砖缝剔深10 mm。为了确保原砌体和水泥砂浆黏结的牢固性，要使用钢丝刷刷净墙面，并对墙面进行洒水处理，水泥砂浆面层的厚度控制在30~40 mm，分3次进行抹压，砂浆的强度等级要控制在M10以上。在施工的过程中，如果钢筋碰到了楼板，每间隔500 mm左右在楼板上凿一个洞，然后将钢筋放入，放入数量为11根，纵向钢筋要向外地面和室内深入400 mm，并使用C15的混凝土进行浇筑。