关于建筑工程混凝土结构加固方案的探讨*

2023-09-26马洪成

陶瓷 2023年9期

关键词：承载力框架构件

马洪成

(广西民族大学南宁 530000)

建筑工程混凝土结构加固方案是指对现有的混凝土结构进行改造、加强或补强,以提高其承载能力和耐久性。加固方案应根据不同结构的情况,综合考虑结构的受力性能、施工难度、经济效益等因素,制定出最佳的加固方案。

1 混凝土结构加固技术

从技术角度来讲,人们针对不同的加固问题提出了不同的解决方法,在具体的改建工程中,加固方案的选择往往也会考虑到不同的方法。钢筋混凝土主要的加固方式有两种,即直接加固法和间接加固法。

1.1 截面加固

加大断面加固方法是指在原来的建筑构件外面,增加一层混凝土结构,在实际的工程中,它的作用是把混凝土材料浇注到构件外面,这样就可以在原来的混凝土构件上增加一个横断面,从而增加了整个结构的承载力,同时还可以减小柱体的长细比。此项技术可用于梁、柱结构。在进行加固时,要与原来结构的应力特征相联系,对其进行综合的研究,找出其应力较弱的部位,然后根据加固的设计要求,对其进行适当的布置。在建造过程中,在上下两层的混凝土钢筋之间,添加一定数量的弯折区,这样就可以对梁板结构进行有效的控制。在对不同类型的建筑进行加固时,应根据工程实际情况,选用不同类型的建筑材料,以确保建筑工程的质量。

1.2 间接加固施工技术

在当前的住宅建设中,采用的方法多为间接加固施工技术。采用这种方法必须对已建建筑物的应力状态进行分析,然后针对具体条件进行设计,最终实现对已建建筑物的加固。在实践中要注意建筑工程施工中,尽量避免对已有建筑工程施工中的原先构造进行改动,并将预应力技术应用到已有的构件中。间接加固施工技术可以提高对外界载荷的控制,将载荷作用限制在某一特定区域,从而提高其承载力。另外,在应用该技术时,一般都会与另外一种增强技术联合起来,即为预应力基础加固技术,它可以对混凝土结构施加应力,保证混凝土整体结构可以获得更好的结果,并可以对建筑物的细部进行处理,从而改善混凝土结构的抗压性能。在实际应用中采用水平装配法,可使混凝土构件的承载力有较大的提升。

1.3 纤维复合材料加固

纤维复合材料加固技术,是指在原有的混凝土构件的外面粘上一层纤维膜,将复合材料本身的韧性发挥到最大,对混凝土构件的抗切、抗弯性能进行了全方位的提升,从而可以承受更多的压力。从目前的具体使用情况来看,由于该复合纤维本身具有较高的抗拉性能,且其质量较轻,并具有良好的耐热性能,因此使用该材料更容易增强其强度,尤其是对弯曲部位的增强效果更好。现如今使用最多的是玻纤、炭纤等。与其他加固方式相比,复合加固方式有很大的区别。但在工程实践中,为了提高混凝土结构的整体性能,必须使其具有良好的性能。在实际应用前,要根据需要,选取合适的纤维材料,确定最优的锚固方式,使纤维材料的作用最大化。

1.4 外粘型钢加固

在建筑施工时,一般都会对四个钢筋进行加固,根据加固的长短,选择适当的角钢,通过箍板或螺栓套箍将这些角钢进行高效的连接,从而达到对外部混凝土建筑的整体加固。通过对其进行强化,既可以替代原来的RC结构,承担外荷载作用,又可以提高RC 结构的整体强度,同时还可以对RC结构进行有效的约束,提高其韧性。

实践证明,该方法简便、易于实现、节约时间,并在梁、柱等结构物的应力计算中得到了较好的结果。当前常用的施工方式主要是将其分成两种:干式和湿式,其中干式加固技术是将其置于原来的混凝土构件之外,采用这种方式,外包型钢和原来的混凝土构件都会承担相应的载荷,因此在采用这种方式时,必须要对其与型钢的载荷比例进行一个合理的计算。湿式加固是指在原有构件与外包型钢之间,事先留有一定的风险,之后重点使用环氧砂浆或乳胶水泥,保证外包钢与原有构件构成一个统一的整体,从而来传递应力,共同承担外界的载荷。与此同时,对型钢和混凝土结构发挥出约束作用,尽可能降低混凝土的形变,防止因为形变问题造成的外包型钢积压,从而对加固效果产生不利的影响。

2 混凝土结构加固的具体应用

2.1 工程概况

该厂房建筑主体为六层框架结构(见图1)。建筑物一楼的高度为4.5 m,二层到六层为3.3 m,建筑使用面积3 850 m2。该地区的抗震设防水平为8度,基础地震荷载为0.10 g,场地类别为3级。车间宽度以6.9 m、9.2 m、10.9 m 为主,长度以7.7 m 和10.0 m 为主。主要框架柱的断面尺寸分布为420 mm×420 mm和450 mm×450 mm,主要框架梁断面尺寸分布为350 mm×650 mm 和450 mm×900 mm,钢筋的混凝土保护层厚度35 mm,梁构件保护层厚度30 mm。这座大楼于2004年完工,现已投入使用。由于工厂正在对厂房进行升级,在地板上添加了一套型号LBCT 系列的冷却器,UPCW 系列的中央空调系统,还有一套用于悬挂空调设备的钢梁和制冷装置,这些设备的重量达到了167 t,因此很多原来的设计已经不能满足现在的安全需求。

图1 平面布置图

2.2 检测内容

(1)构造检查:结合施工现场,对施工图纸进行校核。将现场的施工计划与图纸进行对照,采用拍照、现场定位等方式,查找现场情况与设计图不符之处,并核对在施工期间的实际轴线尺寸,检查结果显示厂方建筑结构是合理的。

(2)手动观测本体的损伤,并观测能够在视觉范围中看见的部件形状。运用照片、图画、文字记录,综合起来形成详细的报告。

(3)整个建筑物的倾斜和不一致沉降检验:对该工程进行现场检验,该工程内外地表和该工程的主要建筑物没有出现任何裂纹,该工程的主要建筑物也没有出现任何倾斜和不一致沉降现象,表明该工程的总体构造已经基本上稳固,能够达到一般的安全性需求。

(4)使用钢筋定位探测器和带尺量度钢筋断面,对于局部开挖时钢筋的纵筋个数和钢筋环缝进行了取样检查。

2.3 检测结论与建议

2.3.1 结论

(1)建筑物结构实验时,梁板柱等构件的布置(钢筋尺寸、数目、箍筋尺寸、间隔、加密区长度)与标准规定的布置形式基本一致。

(2)根据实地抽样和厂家提供的资料,经过检查,本厂房的构筑物中,框架柱B×1/6,B×1/8,A×6,A×7,A×8,1/A×1/6,其实际配筋均没有达其极限承载力。

(3)根据建筑公司的实地考察及由分包公司提供的资料,一层及二层全部部分构筑物的框架梁:8×(A-B),1/8×(A-B),1/7×(2/A-1/B),2/7×(AB),1/B×(2/7-1/8),1/B×(2/7-1/8),2/B×(2/7-1/8),2/B×(2/7-1/7),与设计标准不符。

2.3.2 建议

建议对框架柱:B×1/6,B×1/8,A×6,A×7,A×8,1/A×1/6,厂房首层全部框架梁,二层梁:8×(A-B),次梁:8×(A-B),1/8×(A-B),1/7×(2/A-1/B),2/7×(A-B),1/B×(2/7-1/8),1/B×(2/7-1/8),2/B×(2/7-1/8),2/B×(2/7-1/7),框架梁柱的配筋无法满足承载力需求的承重构件进行相应的加固处理。

2.4 结构加固方案的设计

通过对该建筑的分析,找到了不满足设计规范的边框柱受力性能指标,并根据工程实例,给出了两个加固的方案:

第一个方案是对边框柱包覆碳纤维布进行加固处理(见图2);第二个方案是通过增加横截面积的方法对框架柱进行加固强化。

图2 厂房首层柱加固位置平面图

2.4.1 碳纤维布加固法

在对轴压柱进行环箍加固的情况下,按下列方法计算其正断面的承载力:

选取B×7轴线位置的框架柱,以此框架柱为例介绍碳纤维布加固设计方案。截面尺寸b×h=500×500mm,混凝土等级C30,抗压强度设值fc0=14.3 N/mm2,A′s0=200 mm2,l0=5 000 mm,fy0=300 N/mm2,N=399.248 N。

原柱承载力:

本工程拟选用英国进口碳纤维布(C300)对该柱进行正截面加固(见图3)。

图3 柱增大截面图

2.4.2 增大截面法在对RC轴压构件进行加固时,通过以下计算得到其正断面承载力的公式:

同样选取B×7轴线位置的框架柱,以此柱为例介绍增大截面加固设计方案。截面尺寸b×h=500×500mm,混凝土等级C30,抗压强度设值fc0=14.3 N/mm2,A′s0=200 mm2,l0=5 000 mm,fy0=300 N/mm2,N=3 992.48 N。对柱四面围套增大截面法对柱进行加固,新增混凝土采用C35,加固后截面尺寸为b1h1=600×600 mm,纵向受力钢筋采用HRB335。N≤0.9φ[fc0Ac0+f′y0A′s0+αcs(fcAc+f′yA′s)]=0.9×0.98×[14.3×5002+300×2 000+0.8×(16.7+52 500+300×1 608)]=4 300.98 k N＞3 992.48 k N

按照此增大截面法设计,可以保证建筑结构满足承载力要求,并保证其安全性和可靠性。这种方法可以有效增加建筑结构的结构面积,同时又能保证其强度和稳定性,从而提高建筑结构的安全性和可靠性。此外,这种方法还可以有效地控制建筑结构的重量和成本,从而更好地满足人们的需求。根据本工程实际情况,设计出了两套加固方案,即对框架柱采用碳纤维加固,加大截面法加固这两种方法进行了分析和比较,最后选用增大截面法加固框架柱为本次改造工程的最终加固方案。