某工程楼板开孔的加固处理

王寅畅　黄碧钦　郭晓

【摘要】本文介绍一个住宅大厅开设“L”形洞口的楼板加固设计，采用PKPM软件试算确定洞口周边梁的类型和尺寸，MIDAS软件精确分析异形板的受力、变形，根据分析结果，采用洞口边设置钢结构梁、在板受力较大部位粘贴钢板的措施，满足了结构强度和变形要求，提出施工技术的多项要求，本方法可供同行借鉴。

【关键词】楼板开孔 钢梁加固 计算分析 粘贴钢板

0.前言

随着建筑市场化的日益成熟，购置二手房也成为人们购房的选择之一，由于二手房建造年代较早房子的建筑布局不甚理想，对原有的建筑進行一定的改造似乎成为一种必然，有些甚至涉及到对房屋结构的改动，如拓宽悬挑阳台、楼板开孔等，如果对结构的改造措施不当，可能影响建筑物使用寿命甚至结构的安全。如2014年7月份发生在深圳罗湖的某后期加建的钢筋混凝土雨棚整个倒塌，造成了严重的事故，也为业界敲响了警钟。作为结构工程师，既要满足业主的需要，又要充分考虑结构的安全，老旧房屋加固还存在设计资料不全、原建筑强度不足等问题，这都是加固处理的难点所在。笔者完整参与了一个结构楼板开孔的设计，希望能对同行有所借鉴。

项目为1992年设计的高层公寓，结构形式为剪力墙结构，总层数三十三层，业主要在第五层楼板开孔，主要解决4层与5层的竖向连接问题。

1.楼板开孔方案的确定

根据已有的建筑平面图及结构布置图，提出了如下图所示的两种开孔方案，一是在图1所示（1）处的五层书房位置凿开一个尺寸为1.8mX2.0m的洞口，并在四层的此位置放置成品楼梯，解决竖向连接问题。二是在图1所示（二）处即客厅增加螺旋楼梯，洞口尺寸一致。方案一的优点为结构合理，洞口四周均有结构梁支撑。缺点是占用空间面积较大，原书房的建筑功能丧失；方案二的优点为建筑效果好且对建筑功能保留，缺点是所在板跨较大，局部大开孔对结构安全影响较大。笔者通过与业主的沟通并晓以厉害后，最终选定二号方案为最终方案。

2.加固方法的筛选

众所周知，结构的加固方法分为直接加固法、间接加固法以及综合加固法。结构状态函数，即Z=g（SR）=R-S，其中，Z是功能函数，R是结构抗力，S是结构荷载效应。所谓加固，即使功能函数Z>0。

直接加固法，即荷载效应S不变，通过各种途径增加结构抗力R值，有增大截面加固法、置换混凝土加固法或者复合截面加固法；间接加固法则是保持抗力R不变，减小荷载效应S，有体外预应力加固法、增设支点加固法、增设耗能支撑法或增设抗震墙法；如果同时增大R值或减小S值，再兼容其他措施，则称为综合加固法。

本项目为楼板上大开孔，开孔后板的受力条件发生了变化，板的刚度和承载力降低较多，因此需要对洞口周边及楼板进行加固，经初步筛选，拟采用综合加固法进行核算。

3.对楼板开孔的计算分析

如图2所示，洞口开设在住宅大厅，大厅板尺寸为5400X9000，开设的口为“L”形，破坏了原大板的完整性，改变原结构的受力状况。由于洞口位于大厅一侧，不可能加设横穿大厅的大梁，可能的加固措施是在“L”形板周围增设结构梁以增强结构的整体性，以及沿异形板受力较大的部位粘贴钢板加固。由于混凝土梁截面较大影响使用以及承载能力有限，通过比选后采用热轧H型钢梁HW200X200X8X12，计算分别采用PKPM和MIDAS有限元分析软件进行。由于PKPM软件具有操作简单实用的特点，可以作为结构试算，初步确定孔口梁的截面尺寸。

异形板的内力计算主要采用MIDAS作为设计依据，计算过程为：（1）在ACAD内建立3DFACE模型导入MIDAS软件，建立3DFACE应尽量吻合实际结构，包括板块的形状、尺寸、厚度、边界条件；（2）MIDAS软件中选择合适的单元类型以及合适的网格尺寸。本模型中选择板桥模型模拟板单元，板块尺寸一般为0.5米，局部应力较大处网格密度有增加；（3）设置合适的边界条件及加荷载；（4）计算，求得板块的应力、变形等参数，通过调整边界条件（加固梁的大小）使得加固能够实施。

4.加固方法的确定及施工技术要求

根据计算分析，最终确定可采取的结构加固措施为：沿着异形洞口周边，设置一圈型钢梁，尺寸为HW200X200X8X12，型钢梁与支承它的混凝土墙采用化学锚栓连接，钢梁端部支座部位待结构安装完毕后，再用C30细实混凝土灌实。而且后凿的洞口一般都要翻边，洞口的钢筋剪断向上弯起，把洞边凿毛做翮边，翮边髙度不小于100mm，厚度不小于80mm，翻边混凝土强度等级不低于原混凝土板的强度等级。

同时，沿着洞口的纵横向，与板底或者板上下粘贴钢板，做到对楼板钢筋进行补强。为了保证粘贴的钢板达到强度要求，粘贴钢板前，应对被加固构件进行卸荷，并且做到以下5点：

1. 对粘贴的两面，原混凝土构件的结合面需进行打磨，除去2-3mm厚表面层后，用压缩空气除去粉尘，用脱脂棉沾丙酮擦拭表面； 钢板粘结面，必须进行除锈和粗糙处理，用平砂轮打磨钢板，直至出现金属光泽，打磨纹路应与钢板受力方向垂直，然后用脱脂棉沾丙酮擦拭干净。2. 将粘钢胶按产品说明书配置好后，用抹刀同时抹在已处理好的混凝土表面及钢板表面上厚度2-3mm，然后，将钢板贴于预定位置，确保粘贴密实。

3. 钢板粘贴好后立即用夹具夹紧，并适当加压，以使胶液刚从钢板边缝挤出为度，参照所选粘钢胶的要求，在常温下固化。固化后，拆除夹具和支撑，在钢板端部加设锚固栓。

4. 钢板表面采用挂钢丝网粉刷25厚1：2水泥砂浆，施工时应用力积压密实。

5. 粘贴钢板相交时，须先粘贴短向钢板，后粘贴长向钢板。所有粘钢加固与叠合混凝土楼板加固相交区域，均须先粘贴钢板，后叠合浇筑混凝土。

5.小结

通过本文以上的分析，有以下结论仅供参考：

（1）混凝土结构的加固设计，其方案应与实际施工方法相结合，并与委托方按实际情况商定，避免不必要的拆除和破坏。

（2）被加固的结构，应该符合实际受力和构造状况进行模拟计算，必要的时候采取多个计算软件验算。

（3）与结构加固方法配合使用的技术应是符合规范规定要求，且可操作性高的，且应在确定方法之后，明确其技术要求。

参考文献

[1] 混凝土结构加固设计规范（GB50367-2013）[S]，北京：中国建筑工业出版社，2013；

[2] 鲁程宏，关于既有建筑结构加固问题的探讨，[J]，中外建筑2005，（4）：127-1