某钢筋混凝土结构框架柱的加固设计分析

(中铁电气化勘测设计研究院有限公司 天津 300250)

某钢筋混凝土结构框架柱的加固设计分析

区桂华

(中铁电气化勘测设计研究院有限公司 天津 300250)

以某钢筋混凝土结构设备用房增加设备荷载为背景，对其框架柱的加固设计及施工进行分析，采用增大截面法得到具体加固设计方法及相应的验算方法，为以后相关的混凝土框架柱的加固提供技术参考。

加固改造，框架结构，增大截面法

0 引言

随着经济的发展及人们对低碳生活的追求，城市轨道交通以其环保、便利、准时、舒适等特点，成为人们出行的首选，为提高运能需要增加或更换地铁供电设备，因此要对既有建筑的设备生产用房进行结构加固改造。在对既有建筑物进行改造时，首先需对既有建筑物所用材料的现强度进行检测，再根据检测机构提供的数据进行加固验算，进行加固验算时，由于在结构上部增加了一定的荷载，因此原结构下部的混凝土柱、墙等竖向构件的竖向承载力及抗震承载力往往不能达到相关现行规范设计要求，需对下部混凝土柱或墙等竖向构件进行加固。由于混凝土柱及墙等竖向构件的加固方法存在一定差异，且文章篇幅较长，因此本文仅通过对某框架结构建筑设备房屋中的混凝土柱加固设计进行分析，得到其具体实施过程。

在对混凝土柱进行加固处理时，通常的加固方法主要有粘贴纤维材料、增大截面、粘钢法、外加预应力构件加固法等等，而使用增加截面法最易控制，且加固后受力稳定、加固费用低，因此本文所引用的工程也是使用增大截面法进行加固设计及施工[1-2]。

1 工程概况

某车站站房供变电设备层为钢筋混凝土框架结构，为满足运输需要增加或更换设备，由此增加了荷载。该建筑所处地区的抗震设防烈度为7度，地震加速度为0.1g，设防类别为丙类，框架抗震等级为二级，原柱混凝土强度设计等级为C30，经现场取样检测后得到目前该楼柱混凝土强度等级还能达到C30的要求。将增加后的结构荷载布置，经PKPM软件计算后得到有部分钢筋混凝土柱框架柱存在不同程度的轴压比超限，且柱内配筋不能满足设计要求，应对其进行加固处理，新增受力钢筋在屋盖、楼层和基础的锚固如图1所示。

图1 加固示意图

2 加固设计方案

加固设计时，使用增大截面法进行设计。使用增大截面法的难题在于如何确保所增加部分混凝土与原结构混凝土可有效连接达到共同受力。相关混凝土加固设计规范中规定，对混凝土柱进行加固处理时，所增加的混凝土厚度不得小于60mm，为满足设备布置，本工程加固设计增加的混凝土厚度为150mm，加固验算厚度以此为准。

在进行构造设计时，为增加新旧混凝土可达到正常传力效果，在原混凝土柱上需设置足够的剪切摩擦筋及其他锚固件。经过检算，本工程对框架中柱进行四面加固处理，对边柱进行三面加固处理，对角柱进行双面加固处理。

由于原柱混凝土强度等级为C30，加固设计规范规定增大截面时所用混凝土强度等级应比原混凝土强度高一等级，因此本工程所使用的混凝土强度等级为C35，所使用的钢筋强度等级均为HRB400钢筋。

3 加固设计

本文以中柱四面围套加固作为实例进行计算。中柱原设计截面尺寸b× h=400mm×400mm，计算高度h0=5000mm，混凝土强度等级C30，柱内纵向受力钢筋为HRB300、实配8根直径20mm的钢筋。加固改造后柱需承受的荷载增至5850KN，截面尺寸b×h=550mm×550mm，混凝土强度等级C35，增加的受力钢筋采用HRB400。

根据《混凝土结构设计规范》中的相关公式规定

经计算：

加固柱纵向受力钢筋选用12根直径25，HRB400级钢筋，对称布置。

轴压比因此加固设计配筋面积满足验算要求。

4 加固施工方案

在进行加固施工时，首先将所需加固的柱构件表面进行凿毛处理。凿毛施工时，应使用人工剔凿的方式进行，避免使用大型机械进行凿毛，以免对原混凝土柱产生二次破坏。

根据第三方检测检测机构的检测结果，首先对出现裂缝的混凝土柱进行灌浆处理，避免因裂缝的存在而影响柱的实际承载能力。

将混凝土柱进行凿毛处理后，再进行相应的植筋施工。植筋钻孔时，首先使用小直径钻头进行钻孔，之后再进行相应的扩孔处理；植筋孔的深度不得小于所植钢筋的35倍。开孔完毕后使用钢丝刷或其他吹气设备将孔内的浮浆及灰尘等清除干净，避免这些杂质影响植筋胶的粘结力。在植筋孔内注入植筋胶后，将钢筋插入植筋孔内进行转动及抽插数次后，将植筋胶与钢筋及混凝土基体充分粘合，将其固定后静置24h。植筋完成后委托第三方检测机构对锚固后的钢筋进行抗拔承载力测试。

浇筑混凝土时，由于增加截面的厚度较小，且内部钢筋较密集，常规的振捣设备不能达到施工要求，因此宜使用小型振动棒进行振捣，且使用分层分段浇筑的方法进行施工，每层浇筑高度宜为500-1000mm，自下而上依次浇筑、振捣。为增加新旧混凝土的黏结力，在所浇筑的混凝土拌合物中，宜掺入适量的UEA微膨胀剂，减小新旧混凝土间的间距，提高密实度，避免裂纹的产生。

5 结论

本文通过对增加荷载后的设备用房结构柱的加固改造为案例进行分析，得出框架柱加固设计方案、验算、加固施工的全过程应用，实践证明在正确的设计和精心的施工下，增大截面加固混凝土结构或构件是一种成本低、效果佳的加固方法，可为以后相关的加固设计提供技术参考。

[1]罗文佑,胡建平. 置换混凝土在高层框架柱加固中的应用实例[J]. 山西建筑,2016,(23):101-102.

[2]王蒙. 天津某地铁站地下结构框架柱加固设计[J]. 四川水泥,2015,(10):118.

本论文系2015年武汉市教育局立项《现代学徒制实施方式研究 》（编号为武教高[2015]5号2015152）课题的阶段性研究成果。

Reinforcement design analysis of a reinforced concrete frame column

OU Gui-hua
(China Railway Electrification Survey Design and Research Institute Co.Ltd,Tianjin 300250,China)

the equipment of a reinforced concrete structure with real equipment load increased as the background, the reinforcement design and construction of the frame column is analyzed, the concrete reinforcement design method and calculation method of the corresponding increasing section method, to provide technical reference for reinforced concrete frame columns in the future.

strengthening and rebuilding, frame structure, enlarging section method

TU7

B

1007-6344（2017）06-0111-02

区桂华(1965.7- )，女，高级工程师，主要从事铁路房屋建筑设计。