某商城的加固改造設(shè)計(jì)
鄭靖靖1 ，耿歐1 ，王希2 ，陳辭1 ，柴博士1
( 1． 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)力學(xué)與建筑工程學(xué)院，江蘇徐州221008; 2． 徐州空軍學(xué)院訓(xùn)練部職教辦，江蘇徐州221000)
［提要］ 根據(jù)某商城改造工程的實(shí)際情況，對(duì)比分析了工程中常用的幾種鋼筋混凝土梁板構(gòu)件的加固方法，重點(diǎn)介紹了碳
纖維加固技術(shù)具有的各種優(yōu)缺點(diǎn)及適應(yīng)性。通過(guò)計(jì)算，確定了工程中梁、板等構(gòu)件的碳纖維加固方案及施工步驟，并對(duì)今后
類(lèi)似工程的加固改造提出了合理的建議。
［關(guān)鍵詞］ 鋼筋混凝土; 工程加固; 改造; 碳纖維
［中圖分類(lèi)號(hào)］ TU746． 3 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A
Strengthening and Reconstruction for A Mall
Zheng Jing-jing1 ，Geng Ou1 ，Wang Xi2 ，Chen Ci1 ，Chai Bo-shi1
( 1． School of Mechanics and Civil Engineering，China University of Mining and Technology，Xuzhou 221008，China; 2． Vocational
Education Office of Training Department of Xuzhou Air College，Xuzhou 221000，China)
Abstract: According to the actual engineering situation of a mall transformation，several reinforced concrete beam slab component
reinforcing methods in general engineering are analyzed，and the CFRP with various advantages and adaptability is mainly introduced．
The project is established through calculation of the beam，plate of the component such as fibre reinforcement solutions and construction
procedure，and the reasonable suggestions are put forward for similar projects in the future reinforcement renovation．
Keywords: reinforced concrete; engineering strengthening; reconstruction; carbon fiber

1 工程概況
本工程位于安徽省淮北市，為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，其中框架抗震等級(jí)為四級(jí)，抗震設(shè)防為丙類(lèi)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50 年，抗震設(shè)防烈度為6 度，設(shè)計(jì)地震分組為第二組，建筑物場(chǎng)地為Ⅱ類(lèi)，建筑結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)為二級(jí)。本工程基本風(fēng)壓為0． 40kN /m2 ，地面粗糙度為C 類(lèi)。根據(jù)原設(shè)計(jì)圖紙，該建筑主體結(jié)構(gòu)地上3 層，局部6 層，建筑總高度為24．02m，建筑面積約為32371m2。其標(biāo)準(zhǔn)層平面圖見(jiàn)圖1 所示。由于使用功能的改變，該結(jié)構(gòu)有如下變動(dòng): ①樓面活荷載變化較大。1 層～ 2 層原設(shè)計(jì)為商鋪，現(xiàn)改為超市，應(yīng)甲方要求1 層～ 2 層樓面活荷載改為8．0kN /m2［1 ～ 3］。②樓梯位置改變。原有樓梯需拆除，增設(shè)新樓梯，原有樓梯洞口需補(bǔ)樓板。
2 加固方法的選擇
在確定加固方案時(shí)，應(yīng)根據(jù)工程的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，從抗震性、功能性、可實(shí)施性、和美觀性等方面綜
合考慮，確定既安全可靠、又經(jīng)濟(jì)合理的加固方案［4 ～ 6］。為此，設(shè)計(jì)中對(duì)加固方案進(jìn)行了以下優(yōu)化
對(duì)比。
( 1) 增大截面加固法
增大截面加固法是用增大結(jié)構(gòu)構(gòu)件或構(gòu)筑物截面面積進(jìn)行加固的一種方法，可以提高被加固構(gòu)件的承載能力，而且還可以加大其截面剛度。該方法采用的材料為鋼筋混凝土，最大的優(yōu)點(diǎn)是費(fèi)用相對(duì)較低，缺點(diǎn)是濕作業(yè)工作量大，養(yǎng)護(hù)周期長(zhǎng)，增加了結(jié)構(gòu)重量，加大了基礎(chǔ)負(fù)擔(dān)，不利于抗震，支模工作也很困難。顯然該方法不適合于本工程。
( 2) 粘鋼加固法
鋼筋混凝土受彎構(gòu)件外部粘鋼加固是在構(gòu)件承載力不足區(qū)段的表面粘貼鋼板，這樣可提高被加固

鄭靖靖，等: 某商城的加固改造設(shè)計(jì)·113·
Earthquake Resistant Engineering and Retrofitting Vol. 34，No. 1 2012
構(gòu)件的承載力。該法現(xiàn)場(chǎng)無(wú)濕作業(yè)或僅有抹灰等少量濕作業(yè)，對(duì)生產(chǎn)和生活影響小，但加固效果在很大程度上取決于膠粘工藝與操作水平; 再者鋼板不是柔性材料，粘貼時(shí)要求基面必須非常平整，否則容易出現(xiàn)空鼓現(xiàn)象，使粘貼效果大打折扣，施工質(zhì)量不易得到保證，故此法亦不適合于本工程。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)層平面圖
Fig． 1 Standard floor plan

( 3) 碳纖維加固法
碳纖維加固是用膠結(jié)材料把碳纖維貼于被加固構(gòu)件的受拉區(qū)域，使它與被加固截面共同工作，達(dá)到提高構(gòu)件承載能力的目的。除具有粘貼鋼板相似的優(yōu)點(diǎn)外，還具有耐腐濁、耐潮濕、耐用、維護(hù)費(fèi)用較低等優(yōu)點(diǎn)。碳纖維加固法主要有以下特點(diǎn): ①抗拉強(qiáng)度高，是同等截面鋼材的7 ～ 10 倍; ②重量輕，密度只有普通鋼材的1 /4，加固后結(jié)構(gòu)自重幾乎不增加;
③耐久性好，可阻抗化學(xué)腐蝕和惡劣環(huán)境、氣候變化的破壞，不需定期維護(hù);④施工方便快捷，施工質(zhì)量易于保證，對(duì)施工環(huán)境的要求不高，工期短; ⑤由于是片狀卷材，柔性好，可以根據(jù)結(jié)構(gòu)的形狀自由裁剪; ⑥適用范圍廣，混凝土構(gòu)件、鋼結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)均可采用，可大幅度提高構(gòu)件的承載能力、抗震性能和耐久性能。［8］因此，從各方面綜合考慮，碳纖維加固法
是適合本工程的最佳方案。3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則及計(jì)算結(jié)果
3． 1 設(shè)計(jì)原則
( 1) 按照《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》( GB50367-2006) ，確定結(jié)構(gòu)改造后的設(shè)計(jì)使用年限為滿(mǎn)足原有結(jié)構(gòu)的后續(xù)使用年限，計(jì)算時(shí)按照30 年的后續(xù)使用年限確定該改造工程的相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)。結(jié)構(gòu)到期后，需進(jìn)行可靠性鑒定來(lái)確定是否可延長(zhǎng)其使用年限。
( 2) 按照現(xiàn)行規(guī)范對(duì)改造后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體分析，對(duì)構(gòu)件進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)計(jì)算及正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算，按照現(xiàn)行抗震規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行抗震構(gòu)造補(bǔ)強(qiáng)。
( 3) 對(duì)加固改造方案進(jìn)行充分的論證。在投資額、工期已定的前提下，以技術(shù)可靠、易于施工、工期
短為原則確定原結(jié)構(gòu)的拆除方案、新舊混凝土結(jié)構(gòu)的連接方案及整體結(jié)構(gòu)的加固方案。
3． 2 整體模型計(jì)算結(jié)果
整體計(jì)算采用PKPM 結(jié)構(gòu)計(jì)算程序中的PMCAD 建模，采用SATWE 模塊對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算分析，根據(jù)原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙的平面布置圖建模，在不改變?cè)辛?、柱截面的情況下，施加實(shí)際荷載，分析結(jié)構(gòu)的內(nèi)力及配筋情況。經(jīng)過(guò)計(jì)算分析，工程存在下
列問(wèn)題: ①原設(shè)計(jì)的現(xiàn)澆板，板底受力筋滿(mǎn)足要求，部分板頂支座負(fù)筋的計(jì)算配筋大于實(shí)際配筋; ②比較計(jì)算結(jié)果與原設(shè)計(jì)實(shí)際配筋，局部框架柱、梁配筋小于計(jì)算結(jié)果。
4 主要加固及改造設(shè)計(jì)、對(duì)構(gòu)件的加固
4． 1 板的加固
由于荷載增加，混凝土板承載能力不足，樓面板配筋不足采用粘貼碳纖維布法進(jìn)行加固。粘貼碳纖維布法對(duì)加固配筋率較低的構(gòu)件，如樓板等具有較好的效果。板頂碳纖維加固見(jiàn)圖2 所示。由于建筑功能改變，原有的樓梯要拆除，原有樓梯洞口需補(bǔ)樓板，新增梁板鋼筋通過(guò)植筋與原結(jié)構(gòu)





Fig． 2 Board top carbon fiber reinforced diagram連接。樓梯周邊的原結(jié)構(gòu)梁需進(jìn)行加固。新增樓梯部位樓板需拆除，增加樓梯邊梁，樓板鋼筋錨入新增樓梯邊梁中，新增樓梯邊梁鋼筋植入原結(jié)構(gòu)主梁中。
圖3 梁加固詳圖
Fig． 3 Beam strengthening maps
4． 2 梁的加固
根據(jù)計(jì)算結(jié)果，部分梁的正截面抗彎承載力和抗剪承載力不足。計(jì)算彎矩與原承載力相比，增加幅度最大約為30%。根據(jù)新舊鋼筋差值核算，可得知碳纖維布需粘貼的數(shù)量［7 ～ 8］。所用碳纖維主要規(guī)格為300g /m2 ( 即厚度為0. 167mm) ，根據(jù)需要粘貼1 ～ 3 層。其中，框架梁支座配筋不足的加固是難點(diǎn)，具體加固詳圖見(jiàn)圖3 所示。
4． 3 柱的加固
根據(jù)新舊配筋差值進(jìn)行核算，得出碳纖維布需粘貼的數(shù)量。采用規(guī)格為300g /m2 ( 即厚度為0. 167mm) 的碳纖維布，寬度200mm，間距300mm，即可滿(mǎn)足承載力要求。
4． 4 基礎(chǔ)的加固
根據(jù)計(jì)算結(jié)果僅有一個(gè)基礎(chǔ)承載力增加幅度約為8% ，其他基礎(chǔ)均滿(mǎn)足要求。為了減少投資、縮短工期，地基基礎(chǔ)未進(jìn)行加固，主要是考慮到從2005年建成到2010 年，本項(xiàng)目已使用了5 年時(shí)間，地基土經(jīng)排水固結(jié)后承載力可提高約10%。
4． 5 施工工藝
結(jié)合本工程，施工過(guò)程應(yīng)注意以下幾點(diǎn): ①?lài)?yán)把材料關(guān)，所有進(jìn)場(chǎng)材料，包括碳纖維材料和膠結(jié)材料，必須符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并具有出廠產(chǎn)品合格證，符合工程加固補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)要求，同時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)材料進(jìn)行抽檢; ②各工序的施工質(zhì)量，由技術(shù)人員負(fù)責(zé)指導(dǎo)、監(jiān)督，每一道工序完成后提請(qǐng)技術(shù)員檢查、認(rèn)可后，才能進(jìn)行下道工序; ③涂料應(yīng)涂刷均勻、不得漏涂，嚴(yán)禁在不適合氣溫條件下施工，添加溶劑稀釋后的涂料應(yīng)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)用完。施工宜在5℃ 以上環(huán)境溫度條件下進(jìn)行，并應(yīng)符合配套樹(shù)脂的施工使用溫

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文章來(lái)源： 永年加固公司
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