论高层框架混凝土结构梁、柱的加固设计与施工

文/刘斌 湘潭新景建筑工程有限公司 湖南湘潭 411100



论高层框架混凝土结构梁、柱的加固设计与施工

文/刘斌 湘潭新景建筑工程有限公司 湖南湘潭 411100

【摘要】本文与工程实例相结合，在此基础上对加固方案的确定进行介绍，对采取的局部分期置换加固方案中加大截面尺寸前后柱、周围梁系承载能力与临时支撑的安全性进行验算，同时分析了施工监测结果以及置换加固的效果。最后，对该类工程的设计与施工提出了建议。

【关键词】高层框架；混凝土；梁柱；加固设计；施工

在高层框架以混凝土为建筑物主体的工程施工中，难免会存在着部分构建混凝土强度不足的问题，继而降低构建承载力，产生结构裂缝的问题，基于此，为使混凝土构件可满足建筑物正常的承载力要求，就必须要加强对梁、柱的加固设计与施工。

一．工程实例

某商业楼的框架结构，其于地面上的主体建筑共有10层，地下室有1层，建筑整体高度在42.0m。当该商业楼主体结构已经封顶，同时完成了大部分楼层砌块的墙体砌筑工作之后，发现于在在1层16 -D柱处有3cm左右的混凝土强度并未能达到相关设计要求，对其原有的要求应达到C40，但是经实际测量，该处强度只有C10，且该商业楼3层及3层以上该柱皆为角柱，要求其具有较好的抗震性，因此，必须对此强度不合格之处进行相应的加固处理。

二．关于加固设计方案的选择

对于该高层框架，提出下列三种加固处理的设计方案：

第一，加固借助于对截面尺寸加大这一方法进行，对柱截面尺寸增加，但是相应的，过大的柱截面也会进一步加大对周围梁系部的承载力，使之不能与相关设计要求相符，而且这种加固方法，还会提高工作量，增加投入费用。

第二，全截面置换的方法，该方法是在基于支撑可靠、安全的基础上，对该柱周围的梁系处混凝土强度不满足要求的地方进行剔除，重新进行混凝土的浇筑。该处理方法的优点在于不会造成对原有建筑布局的破坏，不会使周围梁系承担的荷载与内力发生变化，无需特殊做加固处理。但是该设计方案的缺点在于：想要进行全截面的置换，必须要确保支撑设计的可靠及安全，但由于这些设施无法二次利用，所以造价较高，不具较好的经济性。

第三，提出将局部置换与适当加大截面尺寸相结合的设计方案。基于该柱周围框架柱截面尺寸要比该柱尺寸要小，针对于此，可提出对截面尺寸适当加大的这一想法，这种设计方案只是涉及到对截面尺寸的加大，且对部分的原混凝土进行置换，可从根本上满足截面尺寸增加之后相应的承载力需求。该方案不会增加较多的柱截面尺寸，同时周围的梁系不需要进行特殊加固处理便可符合柱加固之后提出的荷载及内力要求，而就地下室柱来说，可使用对截面增大的这种加固设计方案。

因此，局部置换联合适当加大截面尺寸的这一方案成为首选。

三．梁、柱的加固设计计算

若选择局部置换联合适当加大截面尺寸这一加固方案，就需考量到下列几个方面的计算内容：首先，加固之后柱所必备的承载能力；其次，该柱周围梁系于加固之后的承载力要求；最后，置换加固是所必备的支撑力。局部分期置换及截面尺寸增加具体按照下图来进行。

（一）关于柱承载能力的设计计算

以截面原来尺寸作为基本的计算依据，计算该柱承担的内力与截面尺寸于加大之后该柱所需要相应承担的内力，结果如下表所示：

柱轴力/kN 　增加楼层 增加截面前　增加后　绝对值/kN相对值/%地下室　4707　 4878　 172　 3.7 1层 　3925　 4043　 119　 3.1

可见，在截面增加之后，并不会过多的加大柱所承担的荷载。加大截面尺寸之后，混凝土使用灌浆料，设计强度可达C45。

（二）关于周围梁的计算

由于在增加了柱的截面尺寸之后，相应的其刚度也会增加，必然梁所需承担的负弯矩也会加强，因此，必须要确保梁支座可以满足承载力提出的要求。通过比对，只有地下室一处的弯矩有较大增加，而其余梁的增幅均控制在了5%之内，在基于对混凝土强度的实测，因此并不需要对梁采取加固处理。

（三）施工阶段的计算

从结构空间作用作为基本出发点考虑，虽然说16-D柱的混凝土强度并不高，但在对其现场周围情况做了初步检测之后发现，梁并未存在着下沉的问题，而且对周围梁进行勘察，也并未发现有下沉、开裂问题，因此在置换的过程中，可将这种良好的有利结构空间作用完全应用起来。

在I期剔凿之后，会对柱子带来最严重的影响，使其极具不安全性，II期剔凿时由于已经存在设计强度达到要求的局部截面混凝土，因此II期剔凿状态安全。在进行临时支撑布置的计算时，要以I期剔凿的受力情况作为依据。于发生问题的16-D柱周围的梁设置支撑，并于水平方向设置竖向间距为600毫米的双向拉杆。置换施工时，进行柱承担轴力设计值的计算、竖向轴力计算、杆承载力的计算，以此来获得对临时脚手架支撑力的计算，以便于满足承载力提出的要求。

四．梁、柱加固的施工监测

对在置换加固施工的过程中，设置的沉降变形监测点应通过水准仪对其加强监测。在2 层16-D柱上设置相应的监测点，在并不会对施工造成影响的位置放置水准仪。结果发现，对16-D柱周围梁开裂问题在施工过程中进行监测，并没有梁开裂的问题。

置换加固之后，在正常使用情况下，16-D柱与其周围梁并未见有发生任何问题，可见采取局部置换联合适当加大截面尺寸这一加固方案取得了较好效益。

结束语

基于高层框架混凝土结构并未能实现与相关设计需求相符的这一基本问题，造成对其框架结构承载力并不能与安全使用所提出的要求相符，针对于该问题，必须要做好对梁、柱的加固处理。在进行加固设计及施工中，需注意以下几个方面的问题：第一，依据柱所在楼层及使用功能的基本需求，以此来确定可否通过加大截面的手段做加固处理；其次，如果可以适当加大截面面积，那么久需要对柱截面做局部分期置换处理这一问题进行考量；第三，增加柱截面后，应相应考虑到柱内力与其周围梁系内力的改变；第四，密切监测梁变形及裂纹情况，进一步确保施工安全。

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