論高層框架混凝土結(jié)構(gòu)梁、柱的加固設(shè)計與施工

文/劉斌 湘潭新景建筑工程有限公司 湖南湘潭 411100

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論高層框架混凝土結(jié)構(gòu)梁、柱的加固設(shè)計與施工

文/劉斌 湘潭新景建筑工程有限公司 湖南湘潭 411100

【摘要】本文與工程實例相結(jié)合，在此基礎(chǔ)上對加固方案的確定進(jìn)行介紹，對采取的局部分期置換加固方案中加大截面尺寸前后柱、周圍梁系承載能力與臨時支撐的安全性進(jìn)行驗算，同時分析了施工監(jiān)測結(jié)果以及置換加固的效果。最后，對該類工程的設(shè)計與施工提出了建議。

【關(guān)鍵詞】高層框架；混凝土；梁柱；加固設(shè)計；施工

在高層框架以混凝土為建筑物主體的工程施工中，難免會存在著部分構(gòu)建混凝土強度不足的問題，繼而降低構(gòu)建承載力，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)裂縫的問題，基于此，為使混凝土構(gòu)件可滿足建筑物正常的承載力要求，就必須要加強對梁、柱的加固設(shè)計與施工。

一．工程實例

某商業(yè)樓的框架結(jié)構(gòu)，其于地面上的主體建筑共有10層，地下室有1層，建筑整體高度在42.0m。當(dāng)該商業(yè)樓主體結(jié)構(gòu)已經(jīng)封頂，同時完成了大部分樓層砌塊的墻體砌筑工作之后，發(fā)現(xiàn)于在在1層16 -D柱處有3cm左右的混凝土強度并未能達(dá)到相關(guān)設(shè)計要求，對其原有的要求應(yīng)達(dá)到C40，但是經(jīng)實際測量，該處強度只有C10，且該商業(yè)樓3層及3層以上該柱皆為角柱，要求其具有較好的抗震性，因此，必須對此強度不合格之處進(jìn)行相應(yīng)的加固處理。

二．關(guān)于加固設(shè)計方案的選擇

對于該高層框架，提出下列三種加固處理的設(shè)計方案：

第一，加固借助于對截面尺寸加大這一方法進(jìn)行，對柱截面尺寸增加，但是相應(yīng)的，過大的柱截面也會進(jìn)一步加大對周圍梁系部的承載力，使之不能與相關(guān)設(shè)計要求相符，而且這種加固方法，還會提高工作量，增加投入費用。

第二，全截面置換的方法，該方法是在基于支撐可靠、安全的基礎(chǔ)上，對該柱周圍的梁系處混凝土強度不滿足要求的地方進(jìn)行剔除，重新進(jìn)行混凝土的澆筑。該處理方法的優(yōu)點在于不會造成對原有建筑布局的破壞，不會使周圍梁系承擔(dān)的荷載與內(nèi)力發(fā)生變化，無需特殊做加固處理。但是該設(shè)計方案的缺點在于：想要進(jìn)行全截面的置換，必須要確保支撐設(shè)計的可靠及安全，但由于這些設(shè)施無法二次利用，所以造價較高，不具較好的經(jīng)濟(jì)性。

第三，提出將局部置換與適當(dāng)加大截面尺寸相結(jié)合的設(shè)計方案。基于該柱周圍框架柱截面尺寸要比該柱尺寸要小，針對于此，可提出對截面尺寸適當(dāng)加大的這一想法，這種設(shè)計方案只是涉及到對截面尺寸的加大，且對部分的原混凝土進(jìn)行置換，可從根本上滿足截面尺寸增加之后相應(yīng)的承載力需求。該方案不會增加較多的柱截面尺寸，同時周圍的梁系不需要進(jìn)行特殊加固處理便可符合柱加固之后提出的荷載及內(nèi)力要求，而就地下室柱來說，可使用對截面增大的這種加固設(shè)計方案。

因此，局部置換聯(lián)合適當(dāng)加大截面尺寸的這一方案成為首選。

三．梁、柱的加固設(shè)計計算

若選擇局部置換聯(lián)合適當(dāng)加大截面尺寸這一加固方案，就需考量到下列幾個方面的計算內(nèi)容：首先，加固之后柱所必備的承載能力；其次，該柱周圍梁系于加固之后的承載力要求；最后，置換加固是所必備的支撐力。局部分期置換及截面尺寸增加具體按照下圖來進(jìn)行。

（一）關(guān)于柱承載能力的設(shè)計計算

以截面原來尺寸作為基本的計算依據(jù)，計算該柱承擔(dān)的內(nèi)力與截面尺寸于加大之后該柱所需要相應(yīng)承擔(dān)的內(nèi)力，結(jié)果如下表所示：

柱軸力/kN 　增加樓層 增加截面前　增加后　絕對值/kN相對值/%地下室　4707　 4878　 172　 3.7 1層 　3925　 4043　 119　 3.1

可見，在截面增加之后，并不會過多的加大柱所承擔(dān)的荷載。加大截面尺寸之后，混凝土使用灌漿料，設(shè)計強度可達(dá)C45。

（二）關(guān)于周圍梁的計算

由于在增加了柱的截面尺寸之后，相應(yīng)的其剛度也會增加，必然梁所需承擔(dān)的負(fù)彎矩也會加強，因此，必須要確保梁支座可以滿足承載力提出的要求。通過比對，只有地下室一處的彎矩有較大增加，而其余梁的增幅均控制在了5%之內(nèi)，在基于對混凝土強度的實測，因此并不需要對梁采取加固處理。

（三）施工階段的計算

從結(jié)構(gòu)空間作用作為基本出發(fā)點考慮，雖然說16-D柱的混凝土強度并不高，但在對其現(xiàn)場周圍情況做了初步檢測之后發(fā)現(xiàn)，梁并未存在著下沉的問題，而且對周圍梁進(jìn)行勘察，也并未發(fā)現(xiàn)有下沉、開裂問題，因此在置換的過程中，可將這種良好的有利結(jié)構(gòu)空間作用完全應(yīng)用起來。

在I期剔鑿之后，會對柱子帶來最嚴(yán)重的影響，使其極具不安全性，II期剔鑿時由于已經(jīng)存在設(shè)計強度達(dá)到要求的局部截面混凝土，因此II期剔鑿狀態(tài)安全。在進(jìn)行臨時支撐布置的計算時，要以I期剔鑿的受力情況作為依據(jù)。于發(fā)生問題的16-D柱周圍的梁設(shè)置支撐，并于水平方向設(shè)置豎向間距為600毫米的雙向拉桿。置換施工時，進(jìn)行柱承擔(dān)軸力設(shè)計值的計算、豎向軸力計算、桿承載力的計算，以此來獲得對臨時腳手架支撐力的計算，以便于滿足承載力提出的要求。

四．梁、柱加固的施工監(jiān)測

對在置換加固施工的過程中，設(shè)置的沉降變形監(jiān)測點應(yīng)通過水準(zhǔn)儀對其加強監(jiān)測。在2 層16-D柱上設(shè)置相應(yīng)的監(jiān)測點，在并不會對施工造成影響的位置放置水準(zhǔn)儀。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對16-D柱周圍梁開裂問題在施工過程中進(jìn)行監(jiān)測，并沒有梁開裂的問題。

置換加固之后，在正常使用情況下，16-D柱與其周圍梁并未見有發(fā)生任何問題，可見采取局部置換聯(lián)合適當(dāng)加大截面尺寸這一加固方案取得了較好效益。

結(jié)束語

基于高層框架混凝土結(jié)構(gòu)并未能實現(xiàn)與相關(guān)設(shè)計需求相符的這一基本問題，造成對其框架結(jié)構(gòu)承載力并不能與安全使用所提出的要求相符，針對于該問題，必須要做好對梁、柱的加固處理。在進(jìn)行加固設(shè)計及施工中，需注意以下幾個方面的問題：第一，依據(jù)柱所在樓層及使用功能的基本需求，以此來確定可否通過加大截面的手段做加固處理；其次，如果可以適當(dāng)加大截面面積，那么久需要對柱截面做局部分期置換處理這一問題進(jìn)行考量；第三，增加柱截面后，應(yīng)相應(yīng)考慮到柱內(nèi)力與其周圍梁系內(nèi)力的改變；第四，密切監(jiān)測梁變形及裂紋情況，進(jìn)一步確保施工安全。

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