既有钢筋砼框架结构加固改造方案讨论

(广州大学土木工程学院 广东 广州 510006)

某钢筋砼框架结构自投入使用已有十年，考虑到使用空间不足，拟在该建筑顶部加多一层。原结构为6层钢筋混凝土框架结构。结构自建成投入使用多年，内部材料发生老化，梁柱承载能力退化，若要在其顶部加上一层，则需要对原有结构进行加固改造。笔者就该钢筋混凝土框架结构进行加层加固改造方案的讨论。

一、可行性鉴定

首先，在制定加层加固方案之前，需要经过相关部门对各楼层的混凝土、砖砌块等进行分区抽测。具体为：对主要框架钢筋混凝土柱、独立柱进行超声波检测，执行《超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程》CECS02：2005标准；对窗间墙混凝土柱采用回弹法，评定强度技术规程JTJ/T23-92；普通烧结砖现场取样，按国际GB/T5101-1998进行检测。另外还需要按相关标准监测钢筋位置和钢筋锈蚀情况。

房屋增层改造应坚持“先鉴定后设计，先加固后增层”的总原则。首先应对原结构进行可靠性鉴定，弄清原有结构是否具有增层继续使用的能力，原施工质量是否具有严重缺陷和隐患，是否具备增层条件。

二、加固方案

目前实际工程中应用较广的几种钢筋混凝土结构加固方法主要有10来种，包括增大截面法、纤维材料加固法、外包钢法、改变结构受力体系、预应力加固法、化学灌浆法、粘钢法等。每种方案都有其适用的场合。在实际工程应用中，我们应当紧密结合工程实际，在熟练掌握每种加固方法优缺点和适用范围的基础上，选择适合工程对象的最优方法和技术。

(一)框架柱的加固方案。粘钢加固法是比较新颖的一种加固方法。它的原理是：在梁柱四周，用乳胶水泥、环氧树脂化学灌浆或焊接等方法实现加固的目的。这种方法可以提高结构承载力，而且简单，快速，不影响结构外形，降低了施工对生产和生活的影响。外包粘钢加固技术有2种形式：干式外包钢和湿式外包钢。

1.干式外包钢加固的概念及原理。干式外包钢加固是指钢筋混凝土柱采用外包型钢加固，当型钢和混凝土之间无任何连接，或虽填塞水泥砂浆但仍不能确保结合面剪力可靠传递时，称为干式外包钢。其加固原理是利用型钢与扁钢箍形成钢构套，钢构套对混凝土形成包裹约束，达到增强钢筋混凝土柱构件轴向承载力的一种加固方法，以达到构件满足承载力要求的一种补强加固方法。干式外包钢加固技术是一种比较传统的技术，并不是新型的，这种方法提高了钢筋混凝土柱的轴向抗压能力，但是具有局限性。

2.湿式外包钢加固的概念及原理。湿式外包钢加固是指钢筋混凝土柱采用外粘型钢加固，即型钢和混凝土之间通过结构胶粘贴连接，能确保结合面剪力可靠传递时，称为湿式外包钢加固。其加固原理是利用型钢与扁钢箍形成钢构套，钢构套对混凝土柱形成包裹约束，达到增强钢筋混凝土柱构件轴向承载力的目的。另外通过结构胶的剪力传递作用，外加钢材的强度又能补足混凝土构件内部受拉钢筋的缺失。从而达到构件满足承载力要求的一种补强加固方法。湿式外包钢加固不但能通过钢构套的约束作用，提高构件垂直承载力，还能通过结构胶的剪力传递作用，使后加型钢与原混凝土构件共同受力，从而补强混凝土构件内部配筋不足、抵抗水平荷载等。

3.两种加固形式的区别。从二者加固的原理我们可以看出，干式外包钢施工程序更为简单，而湿式外包钢承载力大，整体工作性能强。本钢筋混凝土框架结构柱的加固方法采用湿式外包钢加固法。

4.框架柱的加固流程。利用SATWE进行计算分析得出柱的轴压比和承载能力，在增层后对不能满足设计要求的柱进行加固处理。根据《建筑抗震加固规范》JGJ116-2009，采用粘贴钢板加固梁柱时，原构件的混凝土实际强度等级不应低于C15；混凝土表面的受拉粘结强度不应低于1.5Mpa。粘贴钢板应采用粘结强度高且耐久的胶粘剂；钢板可采用Q235或Q345钢，厚度宜为2～5mm。粘贴钢板与原构件尚宜采用专用金属胀栓连接。

(二)框架梁的加固方案。碳纤维是一种综合了碳和纤维特征的新型材料，不仅具有传统碳材料高强等优点，还具备纤维材料柔然性好，加工性能良好的优点。碳纤维材料力学性能和工程性能俱佳，与目前广泛应用的钢材相比，其比重不足钢的四分之一，但抗拉强度却能达到钢材的7-9倍，是一种具有广泛应用前景的新型复合材料。除轻质高强外，碳纤维材料还具有抗腐蚀、耐疲劳、温度稳定性高等优点。

碳纤维加固包括纤维布加固和碳纤维板加固两种。碳纤维材料用于混凝土结构加固修补的研究始于80年代美、日等发达国家。我国的这项技术起步很晚，但随着我国经济建设和交通事业的飞速发展，现有建筑中有相当一部分由于当时设计荷载标准低造成历史遗留问题，一些建筑由于使用功能的改变，难以满足当前规范使用的需求，亟需进行修补、加固。碳纤维加固修补结构技术是继加大混凝土截面、粘贴钢板之后的又一种新型的结构加固技术。

1.框架梁加固施工方案。在对梁进行碳纤维布加固之前，首先需要做以下几点工作：(1)楼面卸荷，将需加固补强的楼层内的设施全部搬走，待加固后再搬回；(2)裂缝注浆补强，所有裂缝先用密封胶封堵后用压缩机向缝内注胶合裂缝以达到补强效果；(3)粘贴碳纤维布加固，在梁底贴两层10cm宽的碳纤维布，同时在梁两头用“U”形碳纤维布对底部碳纤维布再进行锚固。

2.施工措施

(2)施工要点。1)粘贴碳纤维布必须在裂缝注胶及卸荷后进行，挠度大的梁要用千斤顶顶升减少挠曲变形，不能卸荷的梁可用千斤顶施加反向力卸荷。2)粘贴用胶的配比要安排专职人员操作，严格按说明书要求进行。3)对于使用年限较长的构件，混凝土基面必须仔细打磨，去除其表面劣化部分，直到露出完整的新鲜的混凝土结构层。4)5)每遍粘贴完毕立即用辊子沿纤维方向反复滚压，挤出气泡使用粘贴树脂胶充分浸渍碳纤维布，最后一遍浸渍胶刷完即用塑料膜盖住压紧木模板养护。

三、结语

目前实际工程中应用较广的几种钢筋混凝土结构加固方法主要有10来种，包括增大截面法、纤维材料加固法、外包钢法、改变结构受力体系、预应力加固法、化学灌浆法、粘钢法等。在实际工程中，应根据工程背景和实际需求，依据各种加固方法的优缺点，选择最适合的加固方法。

就本钢筋混凝土框架结构而言，整个增层加固改造过程为：1、钢筋混凝土框架结构增层加固改造前，必须进行建筑增层的可靠性鉴定，即坚持“先鉴定后设计，先加固后增层”的总原则来进行；2、根据可靠性鉴定结果，对结构主要承重构件的承载力进行计算进行计算和校核，并考虑房屋的使用要求，确定合理的加固方案；3、利用SATWE进行结构的计算分析得出柱的轴压比和承载力，对增层后不能满足设计要求的柱进行加固处理；4、楼面卸荷，将需加固补强的楼层内的设施全部搬走，待加固后再搬回；裂缝注浆补强，所有裂缝先用密封胶封堵后用压缩机向缝内注胶合裂缝以达到补强效果；在梁表面粘贴碳纤维布加固，在梁底贴两层10cm宽的碳纤维布，同时在梁两头用“U”型碳纤维布对底部碳纤维布再进行锚固。