框架结构楼改建中的托梁截柱加固设计与施工

第３３卷第ｌ２期　Ｖｏ１．３３　Ｎｏ．１２　建筑施－！－　ＢＵＩＬＤＩＮＧ　ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ　框架结构楼改建中的托梁截柱　加固设计与施工　Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　０ｆ　Ｃｕｔｔｉｎｇ　Ｃｏｌｕｍｎｓ　Ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ　ｗｉｔｈ　Ｊｏｉｓｔｓ　ａｎｄ　Ｂｒａｃｋｅｔｓ　ｉｎ　Ｆｒａｍｅ－Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ　…Ｂｕｉｌｄｉｎｇ　Ｕｎｄｅｒ　ＫｅＣ０ｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　＿‘　＇１ｈ　‘　口　焦德贵　朱健　罗靖　粟政　２００４３３）　（中国建筑股份有限公司上海分公司　【摘要】房屋建筑维修改造结构加固工程项目经常面临结构选型、受力分析、设计复核、节点处理与施工控制等技术难题。　结合托梁截柱项目具体实例，设计与施工肾密结合，相互配合、合理选择加固方案，加强施工控制，成功改造办公楼框架柱距　跨度６．６　ｍ改成１３．２　ｍ的小型会议室，可供类似工程参考与借鉴。　【关键词】加固设计施工实例　框架结构　托梁截柱　／文献标识码　Ｂ　【文章编号】１００４—１００１（２０１１）１２—１０９０—０３　【中图分类号１ＴＵ７５６．４＋１　１加固改造方案设计与选择　６　Ｊ　６６∞　某开发区生物办公科研楼总建筑面积为４２　９１９　ｍｚ，地　下１层为停车库，地上２幢５层功能建筑，分别为孵化大楼　和综合服务楼，钢筋混凝土框架结构。项目从２００９年６月开　工建设，当年年底完成结构施工。综合服务楼在装饰工程深　化设计施工中发现原设计在局部４层的顶层的大会议室因　．　Ｉ　ｆＩ　．｜　ｌ　ｉ　．一　ｔ　１　窖　　．霹　ｌ　ｌ　／将截柱ｊ　毫　建筑与结构设计未考虑该功能大跨度的要求。现采取加固原　结构梁措施，截去一中心柱，扩大会议室内开间，以消除竖向　立柱视线遮挡，基本满足会议室净空、开间设计功能，确保整　体结构安全要求。　加固改造工程为服务楼主体结构局部４层的顶层，具体　结构平面示意见图１。２　轴截除柱截面为６００　ｍｍ　ｘ　图１　结构平面示意　加临时支撑，即可剔凿出截柱部分混凝土，截除钢筋，再将　２１轴Ｋ－Ｍ梁底增加通长ＨＷ２００　ｍｍｘ　２００　ｍｍ钢托梁，并将　６００　ｍｍ，柱间距６．６　ｍｍ：Ｌ／２Ｏ一２２和２Ｉ／Ｋ—Ｍ轴的框架梁截面　尺寸分别为３５０　ｍｍ　ｘ　７００　ｍｍ和３００　ｍｍ　ｘ　７００　ｍｍ，其中　钢托梁固定在柱间钢牛腿上。钢结构工字型钢托梁加固具体　设计方案见图２。　［／２０－２２为斜坡梁，坡度同屋面结构排水找坡３名，每跨两端　高差２００　ｍｍ。柱间原净跨为６　ｍ，截除中间柱子后净跨为　１２．６　ｍ。楼层高度为４．２４　ｍ（４层屋顶为坡屋面），会议室结构　净空高度为３．２０　ｍ。　方案～：采用梁底增加ＨＷ２００　ｍｍ　ｘ　２００　ｍｍ工字型钢托　，，ｍ　Ｉ　９＇ｍ　Ｉ，，ｍ　，，ｍ　Ｉ＇—　｝Ｉ如　Ｉ∞ｘ抽｛Ｉ　　ｍ　Ｉｌ　ｌ　ｌ　Ｉ　　ｌ＿　●　＿　　ｌｈＦ　ｉ　ｌ“　　ｊｌＩｃｌ０ｍ１．　Ｉ’，ｍ　１删ｌ　ｍ“７ｍ　ｈ　１ａ＇ＪｆｄＩ　瑚ｌｌ州ｌ柚　图２钢结构工字型钢托粱加固方案示意　梁方法。首先在截柱顶部周边加固钢板套箍，并在Ｌ轴方向　２Ｏ、２１、２２轴柱间增加钢牛腿，沿Ｌ轴方向２０—２１、２卜２２柱　间梁紧贴梁底在钢牛腿上加固ＨＷ２００　ｍｍ　ｘ　２００　ｍｍ钢托梁，　通过Ｌ轴方向２Ｏ、２１、２２柱上对拉螺栓将２０—２１、２１－２２两　跨间钢托梁连成一体。然后在Ｌ轴２０—２１、２卜２２钢梁底增　【作者简介】焦德贵（１９６３一），男，教授级高工。联系地址：上海　市杨浦区国宾路１８号万达广场Ａ座写字楼２２．￣－（２００４３３　ｏ。　方案二：采用梁底增加钢筋混凝土托梁方法。首先在梁　底柱上钻孔，将钢筋穿入，粘胶筋筋，搭设托梁底模，绑扎水　平钢筋，水平受力主筋利用箍筋固定方法将箍筋吊挂在上梁　腰部，支设托梁侧模，浇注混凝土。混凝土达到设计强度，然　后再剔凿出截柱部分混凝土，从楼板面一次截除钢筋。钢筋　混凝土托梁加固具体设计方案见图３。　【收稿日期】２０１１－１０—２１　焦德贵、朱健、罗靖、粟政：框架结构楼改建中的托梁截柱加固设计与施工　第１２期　节　图３钢筋混凝土托梁加固方案示意　方案比较：以上两方案均基本可行，结构简洁，影响净空　小，操作简便。具体施工时，将拆除原安装的机电通风管道、　电气桥架，待结构施工完成后再重新安装，以完成吊顶、灯　具、消防等精装修施工。但钢结构安装垂直运输吊装工程量　大，维护成本高；钢筋混凝土结构自重大、工期较长，现场施　工成本低。通过方案可行性论证、经济与技术比较，再进行优　化，最终我们选择了托梁钢筋穿柱粘胶，灌浆料填充，结构一　次浇注成型，再截柱拆梁模支撑施工工艺。　２加固方案深化设计　２．１结构设计验算　本项目是在装修设计阶段过程中发现并修改结构方面　问题的。原设计人员及设计资料齐全，运用原软件参数仅修　改原设计方案，数据准确。下面通过现场深化设计与优化施　工方案实施过程，复核结构设计与配筋，确保工程顺利完成。　首先根据结构图纸建立ＰＫＰＭ结构验算模型。因为是局　部加固验算，先由原结构设计与荷载推算梁弯矩、挠度、裂　缝、梁配筋，后由原结构设计梁截面与配筋推算荷载，再将加　固改造后结构分析与计算荷载设计加固改造梁截面与配筋，　并与设计荷载设计改造比较，选择合理方案。　原设计混凝土Ｃ３０，设计荷载２．５　ｋＮ／ｍ　。通过整体结构　设计分析和设计荷载比较原梁结构受力与配筋，发现：改造　后的结构支座负弯矩加大，原负弯矩配筋基本满足现设计要　求；跨中弯矩由原来的支座负弯矩变为最大的正弯矩，且梁　下部受力主筋连接形式由支座锚固转变为跨中搭接，搭接点　正好在受正弯矩最大处，原配筋要求无法满足设计要求，应　重新配筋。同时改造后截面在通过原结构设计配筋推算荷载　计算结构改造后的支座与跨中配筋，满足设计要求。另一方　面，加固结构截面变化，也就是结构线刚度的变化，引起结构　应力重新分布，因此在结构局部加固设计时应予以高度重　视。　２．２设计与优化　（１）十字正交梁柱节点加固前该部位受负弯矩，截柱后　该部位将变为正弯矩，并有较大的向下位移。为增加该部位　结构刚度，加大混凝土截面，配置斜向拉接钢筋，形成十字交　叉梁柱芯刚性节点（图４　ｏ　（２）为保证先后浇注混凝土梁形成叠合整体梁，共同　承受弯矩、变形作用，叠合部位将承受水平剪力。为加大该部　位的粘接与摩擦力，一方面将原梁底部与两侧混凝土叠合接　触表面剔毛，涂刷强力界面剂，另一方面将原梁两侧增加通　长钢板，托梁主筋固定在箍筋上，箍筋焊接在钢板上，通长钢　图４十字梁柱芯节点大样　板利用膨胀螺丝与结构梁固定，施工简便。箍筋固定对原主　梁结构混凝土与钢筋无损伤。双层钢筋十字分层交叉布置，　叠合托梁构造具体节点设计如图５。　图５叠合托梁构造节点示意　３施工技术措施　整个施工方案通过项目编制、施工企业审批、专家论证、　项目根据专家意见修改，再报送总包单位审批后送总监批　复，现场实施。　３．１主要材料　（１）本工程植筋胶（锚固胶粘剂）采用设计指定喜利得　品牌型号为ＨＹ一１５０ＭＡＸ，为国家标准《混凝土结构加固设计　规范》（ＧＢ　５０３６７－２００６）认证合格的Ａ级胶。其材质为聚氨酯　甲基丙烯酸乙酯，适合于所有混凝土紧固应用的快速型植筋　胶。其特殊的混合型（ｈｙｂｉｒｄ）￣方，力学行为接近预埋钢筋，　强度高、粘结力强、耐久性好，可使后植钢筋表现出如同预埋　钢筋的力学行为，并且其膨胀力适用于小间距小边距安装，　不含苯乙烯及乙二胺，无异味，符合实际无毒卫生等级要求，　安装不受恶劣环境影响。它的设计力值于潮湿孔与光滑孔中　可完全发挥，水钻钻孔不需凿毛处理，并可在明水环境中安　装，无需配胶，施工简单、快速方便。　（２）叠合梁采用宝赛ＢＳ一４０灌浆料，这是一种高强度胶　结材料，无收缩和早强，自流性能的专用灌浆料，质量可靠，　施工成本低，缩短工期和方便施工。该型号灌浆料性能满足　第１２期　焦德贵、朱健、罗靖、粟政：框架结构楼改建中的托梁截柱加固设计与施工　设计参数要求。在浇筑完成３　ｄ后利用回弹仪实测梁体回弹　平均值为３９　ＭＰａ，实际灌浆料利用砂浆试模制作试块，三天　试压强度实测为３９　ＭＰａ～４１．５　ＭＰａ，基本达到了理论强度设　计值，实际养护７　ｄ后安排Ｌ／２１轴柱子的凿除、梁模板支架　拆除施工。　３＿２混凝土表面剔凿搓毛　为保证混凝土浇筑面叠合层的有效粘接，原梁混凝土表　面应剔凿出毛面。先在梁面弹出剔凿范围，再用钢钎剔出　３　ｍｍ～５　ｍｍ沟槽，并涂刷强力界面剂。　３．３钢筋连接与植筋　钢筋连接采用直螺纹套筒机械连接方式，质量可靠。钢　筋连接接头避开跨中１／３（跨度１３．２　ｍ）范围，５Ｏ％错开。钢筋　与原柱混凝土连接分别采用钻孔粘胶栽植施工方法。　（１）Ｌ／２１轴中柱加固双向受力钢筋，分层交错布置，该　区域植筋打孔密度较大，成孔要求较高。现场采用合金钻头　带水成孔，即“水钻”。该部位柱子下半部分在托梁加固后拆　除，即使打断部分受力主筋，也不会影响结构受力，但不允许　该部位混凝土柱体破碎开裂；其它边柱加固植筋孔采用手持　电钻成孔，以避免打断柱子受力主筋，也不允许该部位混凝　土柱破碎开裂，否则应采取相应补救措施。先将“水钻”采用　膨胀螺栓固定在柱面混凝土上，再按打孑Ｌ位置调整机位，确　保精确定位。　（２）植筋钢筋为西２５　ｍｒｎ的螺纹钢，植筋孔径为　３Ｏ　ｍｍ，植筋孔深为４５０　ｍｍ。现场实际分别采取孔深２５０　ｍｍ　与５００　ｍｍ的２组各３根植筋进行拉拔试验，其拉力均达到　１３０　ＭＰａ，接近钢筋屈服强度，基本满足设计要求。　（３）因原结构没有梁底受力筋的放样图，而结构加固属　于较特殊的工程，无法简单地套用现有图集，必须根据工程　实际情况有针对性的进行深化设计，因此方案编制过程中应　对钢筋放样图进行深化设计，并经结构设计师确认，钢筋连　接采用直螺纹机械连接方法。应确保主筋直螺纹连接点在　１，３跨中以外，且相邻两直螺纹连接点间距５００　ｍｍ，叠合托　梁钢筋绑扎实际照片见图６。　图６叠合托梁钢筋绑扎　（４）当２］ＹＬ轴柱子拆除后，原来的支座锚固区变成了　跨中受力最大处，因此这个梁交叉节点是结构薄弱点，应当　做相应的加强处理。本次施工采用设置“刚性放大头”的加强　措施，把最薄弱的区域变成牢固的刚性体，同时增强了结构　的整体性。　３．４灌浆料浇注与养护　灌浆料初凝时间短，需要在２　ｈ之内完成灌浆施工　（４．１　ｍ。、２５　Ｋｇ一包的干料需要约４００包），且必须一次成　型。为满足施工工艺要求，拟投入３套注浆设备（压力注浆　泵），２套同时施工，１套备用，并配备３组配料机械和人员　同时配料，确保灌浆料供应。实际施工过程中，在梁侧顶面向　上钻出　５０　ｍｍ的圆孔直至穿透屋面楼板、防水、保温层，　再从屋面将保温层扩孔为西１００　ｍｍ的孔径成漏斗状。灌浆　时从屋面利用重力替代灌浆泵，将灌浆料垂直灌下，由一般　方案的“底位高泵”改为现在的“高位低灌”，可大大提高灌注　速度，确保灌浆质量。　灌浆料终凝时间仅２　ｈ～４　ｈ。本工程浇注环节组织３　组人马，３班上料、３班搅拌、２班灌浆紧密配合，严格控制每　袋（每桶）加水用量与搅拌时间，实际时间用了不到２　ｈ。终　凝时间短，后期养护应及时，项目组织了专人利用手提农用　喷雾器在浇注后及时洒喷雾水。　３．５结构挠度监测与卸载　灌浆料浇注养护７　ｄ后拆除梁底支撑时，采用水平经纬　仪监测梁挠度，并采取了逐步卸载的措施。在模板支撑完好　前测试梁底初始标高，然后用“水钻”将柱顶梁底水平并排钻　透６孔洞，再剔除剩余钢筋与混凝土，最后逐步松动模板支　撑顶托。卸载完成后拆除模板与支撑，下部混凝土柱保持　３　ｄ，观测梁体挠度变形，分别检测１３．２　ｍ跨间梁底１／６双向　共９点挠度。实测数据变化不大，挠度变形形态基本符合跨　中１点向下，最大为４　ｍｍ，其它８点有正有负，为１　ｍｍ～　２　ｍｍ。拆模后具体柱体形状以及挠度测点见图７。　图７卸载与挠度测点　４　结语　该工程施工完成后经挠度观测，与卸载观测数据比较，　仅在踢凿出梁底柱混凝土过程中有变化外，其它基本无发　展。实际工程竣工使用近１　ａ，梁底无裂缝，基本正常，说明　工程设计与施工比较成功。　参考文献　［１】焦德贵．快速锚栽植筋新技术Ⅱ］．北京．建筑科技情报，１９９９（４）．　［２】四川省建筑科学研究院．ＧＢ　５０３６７—２００６混凝土结构加固设计规　范【ｓ】．北京：中国建筑工业出版社，２００６．