混凝土框架结构建筑物抗震能力施工补强方法探讨

2017-01-19张书领

中华建设 2017年10期

张书领

为使建筑结构中的各混凝土构件均能满足承载力和正常使用极限状态的设计要求及整体抗震设计要求，需要对这些构件进行加固补强。鉴于每个工程的工程特点、现场条件、使用环境等都不尽相同，因此，在确定加固补强方法时，应根据不同工程的具体情况选用不同的方法。本文对加大柱截面法的施工工艺和结构补强设计方法进行探讨。

加大柱子截面法是一种成本较低的提高建筑物抗震能力的方法，施工工艺也相对简单，缺点是较为费工。对新建建筑物进行抗震加固，在施工中较少遇到，故在此对其施工方法做一总结，以便积累一定的施工经验。

一、框架结构的抗震原理

框架结构真的抗震吗？当然，前提是设计、施工质量有保证的框架结构。为什么框架结构能够抗震呢？我们就用身边的小例子来说明。抗震能力，可以简单理解成承担水平荷载的能力。你站在公交车里，没抓扶手，公交车突然启动或者刹车，你感觉就像是有人突然推了你一把。地震来了，建筑物的反应也是如此，就像是整个建筑被推来推去一样。在实际的结构工程中，第一种叫做“框架-moment frame”，第二种叫做“带支撑的框架-braced frame”，第三种叫做“带边框的框架-剪力墙”。本文所称的狭义的“框架”特指的是第一种。我们重点讨论的还是狭义的“框架”，也就是第一种“moment frame”。

如何保证框架的梁柱节点足够结实呢？拿最常见的钢筋混凝土框架来说，钢筋混凝土结构的优点之一就是能够通过内部钢筋的布设来控制结构性能。两个看起来完全一样的混凝土结构，很可能因为内部钢筋布置的不同而具有差异很大的结构性能。对于钢筋混凝土框架结构来说，梁柱节点处的钢筋锚固非常重要。锚固的形式要合理、锚固的长度要足够、节点核心区的箍筋要足够。事实上，任何结构体系都可以抗震（在结构体系本身适用的高度范围内），抗震强度取决于设计师赋予它多高的抗震等级，仅此而已。当然，最终的产品能不能抗震，还要看施工单位的良心值是不是符合大众安全生存的需求。

二、结构卸载

1.恒荷载卸载

为保证新加构件与原结构能够有效共同工作，加固施工前应对需加固的原有构件及其周边构件进行卸载。本工程加固施工前砌体施工完毕内外装修还未开始施工，故建筑物上需卸载的恒载仅为填充墙砌体。本工程填充墙为200mm厚页岩空心砖砌体，为避免对原砼结构造成损伤，拆除采用无振动人工拆除，即人工重锤轻敲。

（1）梁上砌体的拆除。需加固的梁上砌体应在本跨内全部拆除，梁下砌体沿粘钢长度范围拆除，高度以满足加固所需工作面即可，一般为梁底下1m高。

（2）柱周边砌体的拆除。为保证有足够的工作面和尽量保证填充墙的整体性，需加固柱子的周边一跨内所有砌体均需拆至本跨窗户洞口中间，无窗户的墙拆至柱边1m左右（至少保证后植入墙体拉结筋的长度），原墙体上的拉结筋用钢筋钳铰断，待浇筑完柱子混凝土后再重新植入柱子。未拆除的墙体留茬部位用錾子和小锤人工剔除砖上的砂浆和断砖，留出接茬位置。

2.砼结构自身支撑卸载

为保证所加固梁、柱的安全，使所加固构件达到其功效，施工前需要对所加固的柱和梁进行支撑卸荷，支撑卸荷架要保证构件不被破坏，不可顶升过大，以提升5～10mm为度。支撑脚手架底部需铺设木板，以增大受力面，脚手架搭设后，用8＃和10＃槽钢作为千斤顶的支撑受力点。

（1）框架柱卸载。先对需加固柱进行支撑卸荷，支撑卸荷点在需加固柱周边梁端头，待柱加固完成后，才能拆除支撑。

（2）框架梁卸载。先对梁翼缘范围内的板底进行支撑卸荷，支撑卸荷架要保证上部板的荷载在需要加固的梁上为最小，但又不能破坏板和梁的结合处，支撑点设置在梁跨中处。待新梁加固完成后，才能拆除支撑。

三、框架柱加固

加大柱截面法即在对需加大截面的柱子周边构件进行有效卸载的情况下，沿原有框架柱周边再重新布置柱子纵筋及箍筋，将原有柱子套入其中，再支模板浇注砼，从而达到加大柱子截面的目的，使其在重新承受荷载后能够与原有柱子协同受力。

1.新增框架柱受力筋在基础的锚固方法

首先挖土至原有柱子基础上表面，将基础上表面清理干净并凿成毛面，再在其上绑扎围绕柱子的基础围套，并将围套范围内的柱子表面清理凿毛，再按图纸位置在围套中插入柱子钢筋，最后浇注砼。

2.框架柱截面的加大

（1）增加截面内钢筋的安装。柱主筋仍可采用电渣压力焊或机械连接，所不同的是主筋需穿过每层原有楼板，如仅为穿过主筋，可在楼板上打眼穿过然后用植筋胶封堵即可。但考虑到下层柱新加截面砼的浇注，故在上层柱根部板上开洞，一则主筋可穿过，二则浇注砼需要，最后在浇灌柱子砼时一并封堵。由于是后加箍筋，上层梁板已施工完毕，故柱箍筋的绑扎不能像常规做法从上往下将箍筋套在主筋上，只能掰开后围在柱子上再人工恢复原状，此法较费人工。

（2）新旧砼的结合措施。为保证新旧砼能够较好地结合，主要采取以下措施：一是凿去原构件结合面风化酥松层、碳化锈裂层及严重油污层，直至完全露出坚硬基层为止，在此基础上将棱角打掉、表面打毛，使表面凹凸差大于6mm（剔凿时应重锤轻敲），其粗糙程度越大越好，然后用水冲洗干净；二是在原有柱子四个面上每隔400mm植2根ф6钢筋拉勾与新加柱筋拉结牢固；三是在浇灌新砼前，先涂刷一层高粘结性能的界面结合剂，随涂随浇，可使结合面的砼粘接抗剪强度和抗拉强度接近或高于砼本身强度，从而避免结合面过早开裂破坏。

（3）柱截面穿梁处的补强措施。由于已有框架梁的影响，梁柱接头部位新加柱截面的箍筋无法绑扎，故此处采用等代箍筋穿纵横梁来代替梁柱接头的箍筋。

（4）砼的浇注。大多数柱子截面每边增加100mm，因此砼的振捣及入模是砼浇注过程中的两大难点。一是砼的选用，由于是加固工程，每次浇注的砼方量较小，使用商品砼不太现实，因此采用现场自拌砼。由于浇注面较小，故粗骨料采用粒径为5～10mm的瓜米石，砼内掺膨胀剂和减水剂（保证较大的塌落度），严格按配合比拌制，其强度值应较原柱子砼高一个强度等级；二是砼的入模，砼入模从上层楼板柱子根部避开梁的部位开洞进入，此洞口既是柱子主筋通过区又是砼入模区。砼振捣，由于柱每边增大的截面仅有100mm，内部又有柱主筋和箍筋，振捣棒无法使用，需采用人工振捣。振捣时人工用锤头敲击模板侧面以使砼密实，敲击所使用的锤头不宜过大应轻锤重敲，要保证每个部位均敲击到尤其柱子根部和角部，敲击的频率越快越好以排出砼内的大部分气泡。

四、框架梁加固

1.搭设加固用脚手架

将需进行加固处理的钢筋混凝土柱及基础上的堆积物清理干净。用Φ48×3.5的钢管架支撑。做到支撑架具有足够的承载能力、刚度、整体稳定性，必要时加设剪刀支撑；扣件具有足够的韧性及抗扭和抗剪能力。脚手架做到牢固稳定，做到不倾斜、不摇晃、不变形。

2.梁筋定位根据设计要求，按梁钢筋所在位置精确放线，并根据钢筋间距定出孔位，并采用钢筋扫描仪进行主筋扫描，适当调整主筋的准确位置，以保证不至于打伤原有柱子主筋。

3.植筋钻孔接通电源、水源，套上钻头，开始钻孔，当进入深度达到设计要求后开始停钻取芯。如孔深超过钻杆长度时，加上接杆继续进钻。孔直径允许偏差+0.5～0.15，钻孔深度不应有负偏差，钻孔垂直度偏差不应大于5°，如产生废孔用植筋胶填塞满。

4.植筋。将所成孔道用压缩空气机将粉末吹出，再用清空刷反复刷净，孔内应保持干燥。将建筑植筋结构胶注入所成孔内，然后用外力敲打植入钢筋并顺时针方向旋转钢筋直到达到设计深度，孔口进行封堵以保证孔内结构胶密实。

植筋所需锚固长度如下：植筋锚固长度严格按照设计要求，如设计未明确要求的，钢筋所需锚固长度为20d（d为所植钢筋的直径）；当锚固长度不能达到设计要求时，在钢筋的另外一端增加δ=10mm厚的钢板锚板，采用塞焊的方式连接。植筋完成后应按植筋数的1%且不小于5根做抗拔承载力检验，检验合格后再绑扎箍筋、支模板、浇注砼。