1、中福廣場建筑使用功能改變后框架梁柱的加固摘要：本文分析了中福商業廣場使用功能改變后需加固的部位；通過對各種加固方法的比較，提出了框架梁、柱的加固方案，并給出了梁柱交接處、柱與柱交接處節點的處理方法。其工程經驗可為同類工程提供參考。關鍵詞：使用功能；加固；加固方案；節點Abstract: This paper analyzes to Fu Plaza commercial use function changes after reinforced parts; through the various reinforcement methods, puts forward the frame be
2、am, column reinforcement scheme, and gives the beam column connection, column and the column junction node processing method. The engineering experience can provide reference for similar engineering.Key words: the use of function; reinforcement; reinforcement; node中圖分類號：TU753.8文獻標識碼：A文章編號：1 工程概況中福商業
3、廣場為改造的框架結構，由兩個區構成：I區占地面積約3800m2,地上5層，地下1層；II區占地面積2100 m2, 地上5層，地下1層。其主體結構、外裝修均已施工完畢。樓板和梁的混凝土設計強度等級為C40，柱的混凝土設計強度等級為C45。框架的抗震設防等級為2級。原樓板活荷載設計值為400kg/m2，現因一層、二層到五層改為大型商場，部分樓面理貨區的荷載將達到700kg/m2和1000kg/m2。故相關梁、板、柱原設計已不能滿足使用要求，必須進行補強加固，方能滿足新的使用功能，確保安全運行。2 加固部位的分析由于荷載的加大，荷載變化區及其附近的樓板、梁、柱中內力發生了較大的變化。在用PKPM軟
4、件對新荷載作用下的結構重新建模計算并與荷載變化前原配筋圖相比后發現：（1） 原設計中樓板的安全儲備比較大，新增荷載只是提高了樓板中混凝土和鋼筋的應力水平和利用效率，對其安全并不構成威脅；（2） 框架梁、次梁抗剪承載力基本能滿足要求，不需采取加固措施；但梁跨中正彎矩和支座處負彎矩都有不同程度的增加，而且增加幅度還較大，超過了構件正截面的抗彎極限承載力，需作補強加固；（3） 框架柱在荷載加大后部分軸壓比超限（二級框架的柱軸壓比限值為0.8），有的甚至接近于1，須采取相應措施將軸壓比降到限值以內。3 加固方法的選擇由于樓板承載力滿足要求，主要是框架梁和框架柱需要加固，根據對各種加固方法的優化比較分析
5、來確定梁柱的加固方法。3.1 框架梁的加固梁的加固方法有：加大截面加固法、預應力加固法、改變受力體系加固法、粘貼鋼板加固法和粘碳纖維布加固法等。前三種加固方法相對來說都比較復雜，施工程序繁雜，質量難以控制。而后兩種加固方法工藝簡單，施工方便，可以不動火；所占空間小，幾乎不增加被加固構件的斷面尺寸和重量，不影響房屋的使用凈空，不改變構件的外形；膠粘劑的粘結強度高于混凝土、石材等，可使加固體與原結構形成一個良好的整體，受力均勻，不會在混凝土中產生應力集中現象1 。鑒于此，本工程采用粘貼鋼板和粘碳纖維布兩種方法混合加固。梁端部負彎矩區粘貼鋼板；梁跨中正彎矩區粘貼碳纖維布，部分梁跨中粘碳纖維布尚不能滿
6、足承載力要求，須采用粘貼鋼板加固。這種混合加固法不僅能滿足承載力的要求，而且經濟、高效。另外，部分梁因其上已砌好了墻體，不能在梁面粘貼鋼板，故采取在梁端底部加工字形鋼梁支托的方法。3.2 框架柱的加固柱的加固方法有：加大截面加固法、預應力加固法、改變受力體系加固法、外包角鋼加固法、粘鋼加固法、粘貼碳纖維布加固法等。為施工方便以及不影響使用面積，本工程對大多數柱采用外包角鋼加固法，部分軸壓比太大的采用滿包鋼板加固法。滿粘鋼板或外包角鋼后，一方面，鋼板或角鋼對混凝土能起到約束作用，提高混凝土的抗壓強度；另一方面，鋼板或角鋼本身能幫助混凝土承受部分壓力，從而提高柱的承載力。4 加固方案的設計4.1.
7、梁端負彎矩區的加固設計4.1.1. 梁面粘鋼板基本思想是：在用PKPM軟件對新荷載作用下的結構重新建模計算并給出配筋圖，經與原配筋竣工圖比較，得出需增加鋼筋的數量；再用等強代換的原則，將所需鋼筋的面積換算成所須粘貼鋼板的面積。以截面為400 800的框架梁為例：經比較，梁端需分別增加4、5、6根直徑為25的二級鋼筋，用16Mn鋼代換后，即可分別換算為3506、3508、3508的鋼板。梁端負彎矩區需粘鋼板的長度可參照鋼筋混凝土梁支座截面負彎矩縱向受拉鋼筋的長度要求3, 延伸至按正截面受彎承載力計算不需要該鋼筋的截面以外不小于h0且不小于20d處截斷，且從該鋼筋強度充分利用截面伸出的長度不應小于
8、1.2la+h0。本設計方案取為梁凈跨的1/3。梁端鋼板承受的負彎矩須傳到柱子內，這一點通過在柱內植筋實現，植入柱內的鋼筋與梁面鋼板焊接。對于上述三種情況，須分別在柱中植4、5、6根25的鋼筋，才能滿足傳力要求。梁端加固詳圖如圖1所示。鋼筋植入深度15d（375mm），當柱在相垂直的兩個方向都要植筋時，為避免植入鋼筋相沖突，實際操作中可將一側鋼筋稍微抬高。當所需植入的鋼筋數量超過4根時，由于鋼板寬度只有350mm，鋼筋間距太小。為方便將鋼筋焊接在鋼板上和植入柱中，須將梁端靠近柱一定長度范圍內的鋼板寬度加大，以加大鋼筋間距，便于操作。4.1.2 梁端底部加鋼牛腿對于部分梁因其上已砌好了墻體，不能
9、在梁面粘貼鋼板，須在梁端底部加工字形鋼梁支托。支托的作用有二：減小梁的計算跨度；加大梁端部截面，從而增大梁端部抵抗負彎矩的能力。加設支托后的梁端部負彎矩承載力可按鋼和混凝土組合結構計算，詳細計算公式見GB50017-2003鋼結構設計規范第111頁公式(11.2.1-5)和(11.2.1-6) 2。經計算可知，采用圖2所示的支托可滿足梁端抵抗負彎矩的要求。其中，考慮到梁端彎矩隨著離柱邊距離的增大，彎矩削減的很快，工字梁采用變截面，端部高度為330mm，距柱邊距離為1.2m時截面高度變為0。這樣既能增大梁抵抗負彎矩的能力，又能充分利用材料，節約鋼材。圖1圖2支托工字梁由三塊板焊接而成，上翼緣為1
10、5004008的鋼板，下翼緣為12504008的鋼板，腹板為8mm厚的三角形鋼板，高314mm，長1200mm。上翼緣鋼板長度稍大于腹板長度是為了滿足鋼板與梁底間粘結力的要求。端板尺寸為350400，工字梁焊接在端板上。端板和工字梁的上翼緣均與柱或梁灌膠粘接。4.2梁跨中的加固設計經計算，部分梁在梁底粘貼通長的雙層L300的碳纖維布能滿足正截面抗彎承載力的要求,計算方法參照碳纖維片材加固混凝土結構技術規程CECS146:2003第4.3.2條4進行。 對于粘貼雙層L300碳纖維布尚不能滿足要求的,須粘貼鋼板。計算方法參照混凝土結構加固技術規范CECS25:90附錄一中的相關規定進行。經計算，在
11、梁底粘貼3506的鋼板可滿足要求。受拉鋼板在其加固點外的錨固粘結長度，按混凝土結構加固技術規范中（附1.2）式計算5。本工程中梁跨中受拉鋼板的長度取梁凈跨的1/2，位置居于梁的正中。4.3框架柱的加固設計4.3.1柱子外包角鋼或粘鋼板尺寸的選定基本思想是：采用外包角鋼或滿粘鋼板來間接增大混凝土柱的截面，以達到降低軸壓比的目的。根據混凝土結構設計規范GB 50010-2002，對于二級抗震等級的框架結構，軸壓比限值為0.8，而本結構在荷載加大后最大軸壓比達到0.96，對于各種軸壓比，可根據計算確定需加多大的角鋼或鋼板：柱的混凝土強度等級為C45， 21.2N/mm2，加固鋼板采用Q235鋼， 2
12、10 N/mm2，柱的截面為800800，即有：（1） 對于軸壓比介于0.86和0.96之間的柱，須滿粘4mm厚鋼板：加固前：0.86 0.96加固后： 0.8，滿足要求。上述兩公式中各符號的意義為（下同）：N使用功能改變后柱子軸力的設計值 混凝土抗壓強度設計值 鋼板或角鋼抗拉強度設計值 所加鋼板或角鋼面積 原混凝土柱的截面面積（2）對于軸壓比小于0.86，大于0.84的柱，采用將柱四角包L1006的角鋼：加固前：0.84 0.86加固后： 0.8，滿足要求。（3）對于軸壓比小于0.84，大于0.8的柱，采用將柱四角包L755的角鋼：加固前：0.8 0.84加固后： 0.8滿足要求。4.3.2
13、上下層柱交接節點的設計由于二、四層樓面荷載均有加大，一、二、三層以及地下一層柱均須加固，上層柱的軸力要傳到下層柱，須做好上下層柱交接節點的處理。上下層柱力的傳遞可通過在柱邊樓板上打孔并穿入鋼筋來實現，鋼筋兩端分別與上下層柱上的外包角鋼或所粘鋼板焊接。鋼筋面積和數量可按等強代換的原則，通過上層柱外包角鋼(或粘鋼板)的面積代換得到。經計算在本工程中，需8根22的鋼筋才能滿足要求。然而，考慮到這種方法由于鋼筋直徑較大，突出柱面高度較大，不便于日后裝修，本工程采用圖3所示的節點處理方式。以上層柱外包角鋼加固，下層柱滿粘鋼板加固的柱節點為例，通過8根（樓板上下各4根）L1006的角鋼分別與上層柱的外包角
14、鋼和下層柱的滿粘鋼板焊接，上下兩角鋼間通過8根（每對角鋼2根）M22的螺桿連接，從而實現上下層柱力的傳遞。對于上下層柱均為外包角鋼加固的柱節點可采用相同的處理方式。這種方法的傳力途徑為：上層柱及其外包角鋼樓板上方L1006角鋼M22螺桿樓板下方L1006角鋼下層柱及其外包角鋼或滿粘鋼板。該方法便于裝修，但傳力途徑過于復雜，施工也較前述方法繁雜。但考慮到裝修限制，也不失為一種新的節點處理方法。圖3 上下層柱交接處節點詳圖5 結束語（1）粘貼碳纖維布加固、粘鋼加固、外包角鋼加固都是新型的加固方法，近年來在實際工程中的應用也越來越廣泛。本文介紹的實際工程的加固設計是對這些加固方法的一個綜合應用。加固
15、后該建筑物使用效果較好，對同類型結構的加固可以起到借鑒作用。（2）與加大截面加固、預應力加固等方法相比，粘鋼加固、外包角鋼加固和粘貼碳纖維布加固施工方便，工期較短，技術難度不大，能較大的提高梁的抗彎承載力和柱的抗壓承載力。（3）根據以往工程經驗和本次工程的檢驗，本文所介紹的兩種上下層柱交接節點的處理方法，傳力效果都較好。在實際工程中，可根據不同要求選擇合適的方法。參考文獻：1 張立人等. 建筑結構檢測、鑒定與加固. 武漢理工大學出版社.20032 GB50017-2003,鋼結構設計規范3 GB 50010-2002,混凝土結構設計規范4 CECS146:2003,碳纖維片材加固混凝土結構技術規程5 CECS25:90,混凝土結構加固技術規范注：文章內所有公式及圖表請用PDF形式查看。
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