高层建筑混凝土柱置换加固施工方法

吴照海

（贵州中建建筑科研设计院特种工程有限公司，贵州 贵阳 550000）

在高层建筑的施工中，由于各种原因，包括设计阶段和施工阶段的不严谨，可能出现高层建筑结构的局部构件达不到承载力要求。在高层建筑结构中，钢筋混凝土结构是最普遍使用的结构形式，在这种结构中，混凝土柱的强度关乎着整个高层建筑的安全和稳定。

1 混凝土柱的加固方法研究现状

对钢筋混凝土柱的研究，从混凝土结构出现开始至今便不断进行。对于混凝土柱的加固也有了一些相关的研究，如增大截面法，这种方法是最先被提出用于混凝土柱的加固中，然而该方法也具有明显的缺点，就是会严重影响住房的使用面积，受到业主的严重不满。此后在增大截面法的基础上，外包钢法被提出并应用于实际工程，然而这种方法也具有钢材用量大导致造价难以控制。综合来看，对混凝土结构柱的加固工作是十分必要的，因而找到一种既可以有效可靠对混凝土柱进行加固，又可以避免经济上和使用上的问题，是混凝土柱加固的重中之重。

2 工程概况

某地区的一栋在建高层住宅楼，设计层数13层，高度35.4m，每个标准层高为2.7m。结构形式为框架结构。基础部分为桩基础。梁、柱混凝土结构设计强度等级为C30，箍筋采用HPB300，纵向钢筋为HRB335。在结构封顶之后，通过试块的检测报告发现，在第五层的混凝土柱处，其强度为11.2MPa，强度要求不达标，需要对其进行加固处理。其中第5层施工图如图1所示。

图1 第五层施工图

图2 某根不合格柱子施工图

在第5层中，找到不合格的混凝土柱，如图2所示，在结构设计中，其承载力要求为轴向力设计值5300kN，剪力设计值760kN。然而根据规范进行实际计算发现，其轴向抗压承载力为4337.90kN，斜截面抗剪承载力为735.80kN，抗剪承载力降为735.80kN，不符合原设计要求，需对该柱进行加固处理。然而考率到结构已经封顶，楼盘已经售出，大面积拆除重建或直接增大混凝土柱的面积会严重影响工程效益，带来经济方面、使用方面等问题，加固施工图如图3所示。

图3 加固施工图

3 施工工艺

3.1 工艺流程

工艺流程按如下进行：

3.2 卸荷过程中支撑系统的应用

在高层建筑当中，柱子的重要性十分显著，其越下层的柱子受到的轴向力越大，由于整体建筑为13层，在5层出现问题的柱子受到的轴向力相对较大，因此需要进行可靠的支撑，保证整体结构不发生问题。图4为本工程选用的支撑位置示意图。在这个支撑体系中，为了保证施工的顺利进行并且有效进行卸荷过程，需要在被处理柱的四周和梁的下方设置可靠的支撑，支撑形式选用钢管进行组合支撑。其中钢管的两端焊有钢板，并将其与梁进行连接，保证整体的受力稳定。在支撑钢管的下部通过千斤顶的顶升作用，达到待加固柱的卸载目的。对于千斤顶的使用过程应当严格要求，需要相关专业人员严格按照施工流程进行，保证特种作业人员和装备在施工中不得更换。对于四周设置的钢管支撑应当对称布置，为了避免混凝土柱置换后构件由于应力状态发生改变而导致裂缝，应当控制垫板的厚度在1.5公分以上。

图4 临时支撑位置

3.3 剔除部分原有混凝土

在布置完成支撑系统，同时顶升工作也顺利完成后，需要对出现问题的混凝土柱进行剔除。虽然混凝土柱的大部分荷载已经转移至支撑系统，但依然存在一定的承载能力，因而考虑充分利用原有混凝土柱，可以仅剔除外部混凝土，而保留内部的混凝土部分。剔除工作按照图5所示分部进行。依次为1区域—3区域—2区域—4区域。剔除的方法为人工凿除，在剔除混凝土时，对于外部的箍筋可以去除，但纵向钢筋应当保留。在剔除工作完成后，还要将剩余的混凝土部分加以处理，保证其与后续新浇筑的混凝土顺利衔接。对于表面的灰尘、杂质也应及时清理。

3.4 放置主体型钢

作为替换柱的主要承载部分，型钢的设计十分重要，其承载值应大于设计值的25%，同时需要满足相关加固设计规范和要求。角钢的选择需要配合型钢的选材进行，在材料选用完成后，需要交替进行角钢的安放和混凝土的剔除工作。型钢两端的焊接需要同时进行，并且要求螺旋千斤顶焊接于型钢的下部，钢板的上端和柱体之间应当使用砂浆找平。

图5 剔除区域

3.5 灌注混凝土及养护

当上述工作完成后，便可进行混凝土的浇筑和养护工作，在进行混凝土浇筑前，需要对原有混凝土的部分进行结构胶的涂刷，以确保新老混凝土的可靠粘结。新浇筑的混凝土应选择比原有混凝土强度高一个等级的C35级混凝土。在混凝土中掺入减水剂和膨胀剂，保证混凝土柱的受力协同。模板的选择要采用新购木质胶合板并严格控制其尺寸，保证施工的有效进行。

3.6 拆除模板

当混凝土柱的强度达到设计值的80%以上，便可以进行模板的拆除工作。拆除模板时需要注意分次拆除同一轴向支撑用组合钢管柱，并且控制好两个轴向支撑的拆除时间间隔在12个小时以上。

4 结语

随着高层建筑结构的不断出现，出现需要进行构件加固改造的工作越来越多，混凝土柱的置换加固是进行混凝土柱加固的有效方法。本文介绍的混凝土柱置换施工方法有效解决了工程中出现的混凝土柱承载能力不足的情况，为保证建筑的正常使用提供了可靠的加固处理。然而在进行混凝土柱的加固中，要求施工人员操作熟练，如手工剔除混凝土、焊接钢板等作业，操作水平要求较高。