某框架—核心筒结构办公楼局部楼层加固改造技术探析

2022-06-09任天舒

安徽建筑 2022年5期

任天舒

（安徽省高速地产集团有限公司，安徽合肥 230000）

1 工程概况

某办公楼于2016年建设至今约6年时间，为地上23层，地下2层框架—核心筒结构，总建筑高度约98.960m，裙房为地上5层，地下2层钢筋混凝土框架结构。该建筑位于地震裂缝区分图的七度区，框架、剪力墙抗震等级均为二级，根据对改建组合的使用要求，需要对该楼3层～7层进行改造加固，经过原设计单位的复核计算，由于使用功能的改变，相应的活荷载取值增加，导致部分构件承载力不满足要求，需要进行加固处理。

2 加固改造方案

本工程根据对后续使用功能的需求，要求设计单位按照现行规范对原结构计算模型进行调整，荷载分布及输入根据改造后的使用功能进行输入，尤其是部分办公区域荷载变成了密集档案室及机房区域，原荷载从2kN/㎡增加至12kN/㎡，导致楼面活荷载大幅度增加，经过计算，改造区域竖向构件及基础的承载力满足计算要求，大部分水平结构构件（梁板）承载力不满足计算要求，需要进行加固处理。

2.1 板加固

根据计算结果，本工程改造后楼板的承载力欠缺幅度较大，考虑到粘贴碳纤维布对承载力提高幅度不能超过40%，单一的粘贴碳纤维的方式难以满足计算要求。经过我单位与设计单位反复考量，最终确定采用板底增设型钢梁与板面粘贴碳纤维布相结合的加固方式进行楼板加固，见图1所示。

图1 五层板加固示意图

板底增设钢梁后，可以将原楼板划分成小跨单向板，跨度范围在1500mm～1700mm，这样板底正弯矩区实配钢筋可以满足计算要求，板底可不采取其他加固形式。板面负弯矩不满足要求的，承载力欠缺幅度在40%以内，可采用板面支座处粘贴碳纤维布进行加固处理。板底新增设型钢梁采用HN 300×150×6.5×9 或 HN350×175×7×11型工字钢。新增钢梁与原梁采用后置节点板+化学锚栓的方式进行连接，如图2所示，并且在新增钢梁两侧的原混凝土梁上粘贴附加锚固的碳纤维布U型箍进行补强处理。为了保证新增钢梁与原楼板协同工作，要求钢梁应与原混凝土楼板顶紧，并采用结构胶进行灌注。

图2 钢梁与混凝土结构连接大样

这种加固方式在满足计算要求的同时，最大程度地考虑到施工的便捷及周期。可以节约工程的造价及工期，但是钢结构的防腐防火是重中之重，应该有专项方案进行处理以达到相关规范、标准要求。

2.2 梁加固

根据计算情况，经过综合比较，该梁采用加大截面法进行加固处理，以大幅度提长升梁的承载能力，梁加大截面法采用梁侧或梁底加大截面与后植筋方式加强，然后采用二次浇注混凝土进行处理，见图3所示。

图3 梁加大截面大样

2.2.1 钻孔植筋

根据设计图纸要求，确定钢筋植筋位置，检查植筋处的周边尺寸，确保所植钢筋位于有效约束范围内，同时对群锚植筋的最小间距值和最小边距值要求不小于5d。植筋后应进行外观检查，观察是否有流胶现象、注胶是否饱满、固化是否正常。同时针对本工程采用任意抽选多根(其数量按设计和规范要求)钢筋进行现场钢筋抗拔试验，检验其锚固力是否满足设计要求。

2.2.2 钢筋绑扎、焊接施工

钢筋绑扎前，校对成品钢筋的直径、形状、规格、尺寸和数量是否与图纸、料单相符，箍筋末端带弯钩的应按柱四角逐个放置，避免在同一边放置，削弱箍筋的封闭效果。准备好控制保护层厚度的砂浆垫块，钢筋要严格按图纸要求绑扎，注意钢筋间距、位置的准确，绑扎点牢固。

2.2.3 模板

模板采用支喇叭口形式浇筑混凝土，对于梁两侧加大截面的，在楼板开槽口浇筑混凝土，喇叭口支模形式见图4所示。

图4 喇叭口支模大样

2.2.3 混凝土浇筑

该项目单个增大混凝土梁加固用混凝土方量不大，但是混凝土的浇筑质量对混凝土的强度及其重量要求较高，浇筑过程应充分振捣，确保混凝土浇筑质量一气呵成，杜绝返工及出现一些质量通病。

2.3 柱加固

根据计算情况，经过综合比较，柱子采用外粘型钢法进行加固处理工艺。

①首先将混凝土柱表面用硬毛刷刷除表面油垢污物,再对表面进行打磨，除去1mm～2mm厚表层浮浆等杂质，直至完全露出新面，钢板粘接面须进行除锈和粗糙处理。采用钢丝球或抛丸机处理钢材，直至出现金属光泽，使得钢材表面变得粗糙。

②根据设计图纸进行外包型钢安装，调节缀板和对穿螺栓，使钢材表面和柱面有2mm～4mm间隙，以确保粘贴面灌注结构胶后有良好的粘结。

③外包型钢焊接，所有角焊缝满足质量等级三级，焊缝质量外观检查合格后，进行下步工作。

④用结构胶泥封闭角钢及缀板周围，在柱面间隔1m～2m错开位置，留出排气孔。

⑤做灌浆嘴,用结构胶封闭梁底钢材，结构胶固化后，进行下步工作。

⑥灌注胶采用建筑结构灌缝粘合剂,分甲、乙二组，使用前应进行按产品使用说明书规定配制。注意搅拌时应避免水进入，按同一方向进行搅拌，装入专用压力容器内。

⑦用空压机压缩空气将灌注胶通过灌胶嘴灌入外包型钢内，当排气孔出现浆液后停止加压，用结构胶泥封堵排气孔，再以较低压力维持10min以上，方可停止灌浆。灌注时用小锤沿钢板面轻轻敲击，如无空洞声，表示已灌注密实，否则应重新加压灌注直至密实。

⑧结构胶初步固化后除去灌浆嘴,不再对型钢进行锤击、移动、焊接，做好现场保护工作，等待灌注胶完全固化。

3 加固质量保证

该工程作为在既有建筑物上进行的二次施工，首先需要对有关的影响施工的设备、管道、墙体、幕墙等进行拆除，拆除工作量巨大，需要求施工单位编制专项施工方案，确保拆除过程安全可靠。其余施工工艺要点如下。

3.1 钢结构防腐防火问题

①板底新增钢梁、连接钢板、高强螺栓等的除锈、防腐应按照图纸要求进行涂刷，不得按照厂家标准。除锈等级应达到《涂覆涂料前，钢材表面处理表面清洁度的目视评定第1部分：未涂覆过的钢材表面和全面清除原有涂层后的钢材表面的锈蚀等级和处理等级》（GB/T 8923.1-2011）中的 Sa2.5 级要求。除锈后的钢材表面不应有焊渣、焊疤、灰尘、油污、水和毛刺等。

②H型钢梁出厂前应除锈，喷涂防锈防腐漆，需要进行焊接的连接钢板，应进行除锈处理，可现场喷涂防锈防腐漆。

③钢材防锈防腐漆喷涂应按照图纸要求进行底漆、中间漆、面漆喷涂。

④构件出厂安装前，钢结构表面摩擦连接面，现场焊接两侧各100mm不能涂漆（型钢腹板与连接板连接位置）。但焊接部位及两侧，应进行不影响焊接的除锈处理。

⑤高强螺栓、垫圈、螺母等连接构件应采用镀锌等方法防护，安装后应进行补涂，补涂要求与本体部分相同。

⑥对于现场焊接预留部位、未进行涂刷的节点板部位、运输过程中油漆损伤部位，应仔细打磨后再刷防锈防腐漆，要求与本体部分相同。