框架结构改造为砖混结构的加固施工及管理

郑嘉新，张超,李庆涛

（1. 徐州市泉山国有资产投资经营有限公司，江苏 徐州 221009；2. 中国矿业大学力学与土木工程学院，江苏 徐州 221116）

1 工程概况

某学校教1 楼建于1982 年，采用装配式钢筋混凝土框架结构，部分为7 层，部分为5 层，位于抗震设防烈度为7 度区域。层高为3.9 m，总建筑面积6 000 m2。混凝土柱是分段预制，楼板采用预制钢筋混凝土空心楼板，屋顶采用预制多孔板和钢屋架组成的屋顶板。改造前教学楼的外观如图1 所示，底层大厅及屋顶分别如图2 和图3 所示。

图1 改造前教学楼外观图

图2 改造前1 层大厅

图3 改造前屋顶

经过检测鉴定后发现，该教学楼为D 级危房，需要立即进行加固，其框柱不满足安全要求、框架梁不满足构造要求。目前，常见的钢筋混凝土框架结构的加固方法主要是贴碳纤维布法[1-3]、粘钢法[4-6]和增大截面法[7-9]。经过综合对比分析发现，采用把框架结构改造成为砖混结构的方案性价比最高。具体方案是，首先将结构降低为5 层，拆除第6 层和第7 层除两端楼梯间结构的所有构件，在砖混结构设计的过程中，充分运用原来的框架柱和框架梁，分别将原框架结构中的框架柱和框架梁转换为砖混结构中的构造柱和圈梁。改造前框架结构三维图如图4 所示，改造后砖混结构三维图如图5 所示。

图4 改造前框架结构三维图

图5 改造后砖混结构三维图

2 结构加固重点工序

2.1 加固主要内容

在经过专业的设计单位和施工单位制定相关的改造图纸和加固后，明确了本加固改造工程的主要内容，如图6 所示。

图6 加固改造流程图

由此可见，此次加固改造项目的主要内容包括增设改造后的承重墙下基础； 采用贴碳纤维布增强框架梁的抗剪承载力；采用增大截面法加固原框架梁使之达到圈梁的标准；变隔墙为承重墙；在梁底和墙顶部用灌浆料浇筑、加强墙体和圈梁之间的共同承载性能。

2.2 主要加固施工工序

2.2.1 填充墙底部改造为承重墙的基础加固

需要将砖墙底部挖至原基础底面，然后用膨胀混凝土增大浇筑基础断面，基础加固示意图如图7 所示。

图7 基础加固断面图示意

2.2.2 框架梁侧面贴碳纤维布

贴碳纤维布的目的主要是增加混凝土梁的抗剪性能，加固示意图如图8 所示。需要进行相关加固工作主要包括：剔除原框架梁表面抹灰层，打磨处理混凝土表面、配制并涂刷底层胶，然后配制找平胶并修复混凝土表面，配制并涂刷浸渍胶，粘贴碳纤维布，表面防护。

图8 碳纤维布加固梁断面图示意（单位：mm）

2.2.3 梁底与墙顶改造加固

拆除原框架梁底部的斜砌砖、支设模板、浇筑灌浆料，将原来的框架承重改为砖混承重。新增墙体改造断面图如图9所示。

图9 框架梁下隔墙改为承重墙断面图示意

2.2.4 加宽框架梁改造为圈梁

对于原框架梁宽度无法满足圈梁构造要求的部位，需要进行植筋、支设模板、浇筑灌浆料从而加宽框架梁至满足圈梁的要求。加宽框架梁为圈梁的断面示意图如图10 所示。

图10 加宽框架梁为圈梁的断面示意图

3 改造与加固的现场管理

3.1 拆除施工的管理

本工程主要拆除第6 层和第7 层整体拆除，只保留两端部的楼梯间和外墙。为确保拆除安全施工前应制订严格的安全保障方案。设计要求拆除区域四周应搭设钢管外架，中间大厅位置应搭设钢管内脚手架，对拆除结构先有效支撑后拆除。

凿除混凝土构件时，严禁破坏原构件周边结构。为了保证对框架结构的安全拆除，应当预先加固，当加固效果达到后再进行拆除。被拆除构件未设置临时支撑进行拆除则必须经过计算复核，保证不影响安全后方可进行。需要充分利用被拆构件中的钢筋时，破拆进程中必须谨慎施工，设法安全留置需要被再次利用的钢筋。人工拆除墙体时，禁止掏掘或直接推倒墙体。由于是空心楼板，因此不得在楼板上集中多人或重物。拆除时应采取可靠的吊装措施，吊装过程中应谨慎，操作应轻缓，严禁超负荷吊装。

如果破拆位置较高，并且被破拆的对象块体很大，存在安全隐患的情况下，禁止直接抛到地面，需要用吊车等机械安全运至地面，安置在合适的位置。如果在破拆构件的时候监测到房屋存在变形较大，受力钢筋严重锈蚀，构件开裂等症状时，相关人员需要做好记录，联系技术人员进行综合分析，采取相应的技术手段保证结构的安全和施工的正常开展。拆除施工前应做好详尽的专项施工方案，并经监理等多方确认后方可进行拆除。拆除墙体时应从顶层向下拆除。

3.2 加固施工关键步骤的管理

依据以上加固设计流程，对相应的工序质量控制管理的主要内容如下。

1）结构加固是本工程项目质量控制的重点，应使所有对本工程质量有影响的施工、 安装和服务等各项工序始终处于受控状态。加固工程进行的时候，需要非常细致地按照预定的方法，同技术人员、设计人员沟通相应的进展和工况，现场中存在的问题现场即刻解决，施工人员需要有较强的操作经验和责任心，确保加固质量的实现。

2）本工程在施工的全过程中实行质检员旁站制度。

3）全过程的施工，质检员全过程的现场监督，现场监督质检员交接班时，必须填写交接卡（包括施工部位、内容、施工过程中出现的质量问题及正在整改的质量问题），交接卡交项目质检部存档，作为项目考核质检员工作的一项依据。

3.2.1 贴碳纤维布加固

该项工作必须紧密结合设计方案，施工人员熟悉贴布的部位、贴布的方向、贴布的层数以及碳纤维布的尺寸，在贴布的时候设备齐全并且适用。同时做好相应的材料准备和质量控制。如果不能控制质量则有可能出现碳纤维布加固钢筋混凝土构件失效的问题[10]。

首先对混凝土构件的表面进行预处理，碳纤维布需要被粘贴在牢固完整具有相应强度的混凝土构件界面上，才能保证碳纤维布与原来的混凝土构件协同工作，共同承受荷载。贴碳纤维布之前，需要把构件的表面修平，每次刷结构胶和贴布都要严格按照施工要求进行，不同的刷胶和贴布工序之间根据质量要求，需要安排合适的时间。

贴完碳纤布后，需要施工人员及时检查构件与碳纤维之间的黏结效果。探测时，应将粘贴的纤维复合材料分区，逐区测定空鼓面积（即无效黏结面积）。若单个空鼓面积不大于10 000 mm2，允许采用注射法充胶修复； 若单个空鼓面积≥10 000 mm2，应割除补修，重新粘贴等量纤维复合材。粘贴碳纤维布的时候，按照规范要求沿着拉力轴线的覆盖长度需要大于20 cm，如果碳纤维布的层数多于3 层，覆盖长度要大于30 cm，另外一个方向的覆盖宽度一般不小于10 cm。

纤维复合材与基材混凝土的正拉黏结强度必须进行见证抽样检验。其检验结果应符合指标要求，若不合格应揭去重贴，并重新检查验收。

3.2.2 植筋加大截面加固

作为加大截面法加固施工的关键工序，植筋的质量必须得到保证。因此在钻孔的时候，必须避开主筋，不能损伤主筋；采用电锤钻孔后需要吹灰清尘，孔周围的混凝土不能开裂；在孔内充填结构胶的时候需要确保充填的量满足要求。

加固的过程中，若有现场与图纸不一致的时候，需要即刻与相关技术人员沟通，做出合理的处理。植筋施工完成后，在24 h 以内不得扰动钢筋；在与植筋焊接时，必须用粘满水的棉纱保护植筋根部，以免温度过高影响植筋质量。进行现场管理的时候，不能只是远程问询，需要在现场全程参与加固的进程，及时处理现场的非预计工况。及时做好相关的统计，如处理方法及原因分析，为日后的工作留存档案。

加固工程中的管理，有别于新建工程的管理，需要技术人员现场参与各道工序，合理安排关键工作节点，避免工期的延误。

4 结语

本文介绍了将框架结构改造为砖混结构的加固施工关键工序及其管理要点，教学楼顺利在预定时间内完成了填充墙下条形基础的增设，顶部框架结构的拆除，框架联系梁加宽改造为圈梁，填充墙顶部斜砖的平砌和灌浆充实，并且改造工程造价合理，可为类似工程的借鉴使用。