旧办公楼改建加固技术

龙元建设集团股份有限公司 上海 200434

1 工程概况

地处上海浦东新区的某制药有限公司旧办公楼，建筑总面积约10 500 m2，标准层平面呈长方形，长约65 m，宽约30 m，层数6 层，层高4.925 m和3.85 m，总高24.5 m。结构形式为钢筋混凝土框架-剪力墙体系，基础为承台+桩基，圆形柱截面为φ450 mm和φ550 mm，梁主要截面为350 mm×1 000 mm和800 mm×600 mm。底层为建筑地坪，其余楼层均为现浇钢筋混凝土楼板。结构抗震设防烈度为Ⅵ度。现因使用功能的提升和内部重新装修，需要变更平面分隔，增加隔墙、设备、屋面绿化覆土及玻璃幕墙等荷载，进行部分柱梁板等加固，并需按照现行国家抗震设计标准进行抗震加固。

2 抗震鉴定

1）经抗震验算发现，按新的结构布置计算出的第一振型为纯扭转振型，位移比超限，说明结构会发生局部振动，对抗震极为不利。

2）电梯井、楼梯井、管道井四周均为钢筋混凝土墙体，在抗震计算中不能忽视其刚度的影响，故须按剪力墙考虑；而原结构中墙体又未按照剪力墙构造设置边缘构件，一旦遭遇地震，这些墙体将会吸收大部分地震力，其端部和转角处可能会因抗震构造不完善而发生破坏。

3）经对原结构验算，虽大部分梁、板和柱配筋能满足设计规范要求，基础承载力也能满足设计规范要求；但由于新建筑图中局部使用功能变化、隔墙位置变更及屋面增加覆土荷载等因素的影响，部分柱、梁、板需进行加固。

4）原结构中多处出现楼面梁与厚180 mm墙体平面外连接，而墙体中并未进行构造处理；梁内受拉钢筋锚固长度无法满足要求，且墙体在楼面梁作用处局部强度不满足承载要求。

3 主要加固工程施工技术

3.1 粘贴碳素纤维布加固混凝土柱、梁、板

3.1.1 材料要求

本工程加固钢筋混凝土柱、梁、板的碳素纤维布采用高强度1级材料，每平方米质量300 g，单层厚度为0.167 mm。加固钢筋混凝土剪力墙的碳素纤维板采用高强度1级材料，单条宽度为50 mm，单层厚度为1.2 mm（图1）。

图1 粘贴碳素纤维布加固梁板示意

粘贴碳素纤维布加固混凝土柱、梁、板结构时，应采用基层与碳素纤维布有良好匹配性的A级黏结剂（包括浸渍胶，底胶和修补胶）。

3.1.2 施工要求

粘贴碳素纤维布加固的结构构件，其粘贴部位的表层含水率不应大于4%；粘贴碳素纤维布加固结构时，应先卸掉结构上的活荷载；粘贴碳素纤维布加固受弯、受剪结构构件时，该结构件的实际混凝土强度等级不应低于C15；遇碳素纤维材料沿其纤维方向围绕结构构件阳角粘贴时，该结构件阳角曲率半径应≥20 mm；碳素纤维是导电材料，施工时应与电气设备和电源保持一定距离；施工中，碳素纤维材料应成卷放置，并应避免弯折；施工中，粘贴碳素纤维材料的胶体原料应密封储存，远离火种，不被阳光照射；施工环境温度不低于5 ℃，否则应对操作空间采取加温、保温措施。

3.1.3 主要施工工艺

1）基层面整修：凿除被加固构件混凝土表面碳化、疏松、蜂窝和凸出5 mm以上部位，露出坚实混凝土面；对凹陷30 mm以上部位用C20混凝土补平，凹陷30 mm以内部位用1∶2水泥砂浆分层修嵌平整；对于宽度小于0.3 mm裂缝用环氧树脂进行表面封闭，宽度大于等于0.3 mm裂缝，用环氧树脂浆液灌缝；清除干净混凝土表面灰尘、残浆和油污，保持表面干燥；对于阳角粘贴处打磨成圆弧，曲率半径≥20 mm。

2）基层面弹线：按设计间距要求与布宽，在需粘贴碳素纤维布的部位弹出墨线。

3）对粘贴基层面磨平：用金刚石磨砂机对需粘贴碳素纤维布处混凝土表面进行磨平，打磨时要做好防灰尘污染和工人劳防措施。再用钢丝刷清除基层面灰尘，用丙酮刷洗干净表面。

4）涂刷底胶：用专用滚筒将黏结底胶均匀滚涂在粘贴基层表面上。

5）刮找平腻子：将找平腻子与硬化剂按供应商提供的配合比进行混合搅拌均匀。待底胶指触干燥后，用钢制刮刀将找平腻子刮抹在粘贴处混凝土表面，进行找平、压光，使整个粘贴处基层面平整度在±5 mm内。阳角处用找平腻子整修成圆弧，半径≥20 mm。找平腻子指触干燥后即可进行下道工序。

6）涂刷头层黏结胶：待找平腻子干燥后，将配制好的黏结胶均匀涂抹于所要粘贴布的基层面，不流淌、不露底。

7）粘贴头层碳素纤维布：涂刷头层黏结胶后，即刻粘贴头层碳素纤维布，纤维向搭接长度≥150 mm，用专用滚筒顺着纤维方向多次滚压或用刮板挤压，排出气泡，使黏结胶充分浸透纤维布，布平整、无空鼓。滚压时不应损伤碳素纤维布。

8）粘贴多层碳素纤维布：当多层粘贴时，待上一层布手触干燥后，重复上述涂刷黏结胶和粘贴碳素纤维布工艺。各层碳素纤维布搭接位置应相互错开。

9）表面整修，施工保护层：在最后一层碳素纤维布粘贴完成后，对翘边、空鼓超限处等缺陷进行整修后，在其表面均匀涂刮1 层专用面胶，并即刻撒1 层细砂；待面胶干燥后，分2 d先后2 次粉刷厚20 mm的1∶2水泥砂浆保护层。

3.1.4 质量保证措施

1）碳素纤维布沿纤维方向的搭接长度，柱应不小于150 mm，梁、板不小于200 mm。当采用多层碳素纤维布加固时，各层碳素纤维布之间的搭接位置应相互错开，外层布的裁断位置应从内层布裁断处向内收200 mm以上。

2）对梁、板加固时，碳素纤维布应延伸至支座边缘，梁加固布端处应设U形箍布和压条布。U形箍布宽度不小于150 mm，间距小于梁高1/2。压条布宽一般为150～250 mm，长度一般为1.0～1.3 m。板加固布端部也应设压条布，宽度一般有200～250 mm，以防止粘贴的碳素纤维布端部在受力状态下逐步翘起，影响承载能力。

3）当满粘贴碳素纤维布时，2 条布带之间的搭接宽度一般为5 mm左右。

4）滚挤压碳素纤维布时要用力适当， 不得来回反复滚挤压，以免损伤碳素纤维布。

5）施工完毕后，严禁在加固的碳素纤维布上大面积钻孔，以防减少碳素纤维布有效面积而削弱抗拉能力。

3.2 屈曲约束钢支撑

3.2.1 屈曲约束钢支撑构造

由BRB钢连杆、下和上节点钢连接板和内钢框架组成，内钢框架又由下和上H型钢梁、左和右H型钢柱组成，如图2所示。

图2 楼两端抗震加固屈曲钢支撑立面示意

3.2.2 屈曲约束钢支撑制作要求

为尽可能减少吊装单件质量和方便现场安装，宜在钢结构制作厂内将H型钢下横梁与下节点钢连接板组装成一件，单根H型钢柱与相应上节点钢连接板组装成一件，H型钢上横梁和BRB钢连杆各自独立成件。

3.2.3 安装程序

完成支撑下新增钢筋混凝土基础梁、支墩及预埋钢板→ 测定原钢筋混凝土柱梁框架（含新增基础梁）内侧同一垂面近似中心线 → 弹出H型钢柱和上下横梁内侧面中心墨线 → 安装H型钢下横梁和下节点钢连接板 → 安装左H型钢柱和相应上节点钢连接板 → 安装右H型钢柱和相应上节点钢连接板 → 安装H型钢上横梁 → 安装BRB钢连杆 → 钢结构防火防腐施工

3.2.4 安装工艺

1）按照设计图纸规定，对首层屈曲约束钢支撑下新增基础梁和支墩进行挖土、化学植筋、绑扎钢筋、安装模板、预埋钢板和浇筑混凝土，做到基础梁、支墩轴线和标高正确、表面平整和水平。

2）对新增基础梁和原钢筋混凝土柱梁框架内侧面测定同一垂面近似中心线，弹出墨线，同时对屈曲约束钢支撑内钢框架的H型钢柱梁内侧翼缘板弹出中心墨线。

3）采用汽车吊结合手拉葫芦将H型钢下横梁和下节点钢连接板垂直向上吊运、就位至基础梁或原钢筋混凝土框架梁上，进行轴线位置校正，务使H型钢下横梁和下节点钢连接板内侧中心墨线与新增基础梁或原钢筋混凝土框架梁柱内侧面近似中心墨线重合，并用水平尺校正H型钢下横梁水平度，用钢板垫片垫平，其误差应控制在相关规范允许范围内。然后将H型钢下横梁两端翼缘与支墩上预埋钢板用电焊满焊牢，焊时需间隔焊、对称焊，防止焊接变形超限。接着对H型钢下横梁中部种植M16化学锚栓，使支撑钢梁与混凝土梁牢固连接。

4）采用汽车吊结合手拉葫芦分别将支撑左右H型钢柱和相应上节点钢连接板垂直向上吊运、就位至原钢筋混凝土柱边，并即刻在H型钢柱上端、上节点钢连接板下方架设双12#槽钢方管斜支撑。钢斜撑与H型钢柱夹角为30°。接着进行轴线位置和双向垂直度校正，务使H型钢柱和相应上节点钢连接板内侧中心墨线与原钢筋混凝土上梁和H型钢下横梁中心墨线重合，双向垂直度正确，其误差应控制在相关规范允许范围内，然后对H型钢柱种植M16化学锚栓，使支撑H型钢柱与原钢筋混凝土柱牢固结合。待H型钢上横梁安装完成后，将H型钢柱上下端与H型钢上、下横梁用电焊焊牢，拆除钢斜撑。

5）在H型钢上横梁两端下方设置1 000 mm×600 mm四腿钢管支架平台，四腿下用双木对拔榫垫平，用于临时搁置、滑移、就位H型钢上横梁用。用汽车吊将H型钢上横梁垂直向上吊运，搁置在四腿钢管支架平台上，再用手拉葫芦和钢撬棒将钢上横梁水平滑移至原钢筋混凝土上横梁底就位，进行轴线和标高校正，务使H型钢上横梁底面中心墨线与两端H型钢柱内侧中心墨线重合，并用钢垫片垫平该钢梁。其误差应控制在相关规范允许范围内，然后两端与H型钢柱焊牢，中部种植M16化学锚栓，使支撑H型钢上横梁与原钢筋混凝土上横梁和两端H型钢柱牢固连接。最后敲掉钢管支架平台四腿下的木榫，移开钢管支架平台。

6）BRB钢连杆在制作时，预先对其两端焊好吊耳，供作现场吊装吊点用。在现场对BRB钢连杆上下面弹出中心墨线。采用汽车吊结合手拉葫芦逐根将BRB钢连杆垂直向上吊运、就位，校正其上下面中心墨线，使之与上下节点钢连接板中心墨线重合，其误差应控制在相关规范允许范围内。然后先将上端接头用电焊固定，再将下端接头用电焊固定。

7）按照设计图纸规定，由专业单位对屈曲约束支撑钢结构按照专项施工方案，进行防火防腐施工。

3.2.5 质量要求

1）本抗震加固用屈曲约束钢支撑中的BRB钢连杆，外观尺寸为350 mm×400 mm和350 mm×450 mm，芯板厚度为25 mm。制作厂应提供产品论证报告和质量合格证。

2）BRB钢连杆制作厂应进行芯材性能试验，其强屈比不应小于1.2，伸长率应大于25%，应具常温下27 J冲击功。

3）BRB钢连杆制作厂应对产品进行力学性能试验，并提供相关试验报告，确保屈曲支撑部件具有稳定、可重复的滞回性能。其主要设计指标误差和衰减量不应超过1%，且不应有明显的低周疲劳。

4）单元屈曲约束钢支撑、上下层屈曲约束钢支撑之间的轴线位置应一致，并应在同一垂直面内，这对确保屈曲约束钢支撑的抗震性能十分重要。

3.3 屋面钢结构加固

屋面檩条加固采取增加钢斜拉条、钢直拉条和钢压杆（图3）。屋架加固采取增加对角钢拉条（图4）。

图3 屋面檩条加固局部平面示意

图4 屋架加固平面示意

4 结语

本工程通过粘贴碳素纤维布加固柱梁板[1-4]，增设屈曲约束钢支撑以提高抗震能力，对屋盖增设钢斜拉条、钢直拉条、钢压杆，以及对角钢拉条，提高了屋盖承载、抗风荷载和抗震能力，满足了新的使用功能要求、竖向承载要求和抗震设计新规范要求，取得了理想的效果，顺利通过了工程质量验收。