某框架结构局部改造项目的检测与加固研究

李荷美，张艺晶，陈记磊，刘喜喜

（1.河北省建筑科学研究院有限公司，河北 石家庄 050021；2.河北建研工程技术有限公司，河北 石家庄 050021）

0 引言

改革开放至今，大量的民用建筑和工业建筑逐渐在各个城市中建立起来［1］。随着各行各业的迅猛发展，人们的物质文化生活水平也在不断提高，这些建筑的使用功能大多已不能满足人们的需求。尤其是很多民用建筑，由于各种因素的影响，原建筑的使用功能、室内装修或建筑外装造型需要改变。建筑使用功能和内外装修的变化，意味着既有建筑所承受的荷载大小和荷载布置方式会发生改变。由此，既有建筑结构构件的承载力很有可能不再满足规范要求，从而需要对该建筑进行加固处理。以上情况近年来已十分普遍，因而我国也制定了针对既有建筑结构加固的图集、标准或规范。但实际工程施工中遇到的问题多种多样，对于加固方案的制定思路和图集中没有的特殊结构节点做法，已成为广大结构设计人员十分关注的问题。

1 工程概况

河北省某酒店为地下 1 层，地上 8 层的混凝土框架结构，基础形式为筏板基础，建筑物长 62.7 m，宽 23.6 m，建筑面积约为 12 350 m2，于 2005 年建设完成。该建筑屋顶上存在一个直径为 2.7 m，总高度为 8.1 m 的塔式混凝土框架结构造型（屋顶标高为 30.000 m，造型顶标高为 38.100 m）。为满足美观的需求，现拟在该塔式框架结构造型上加装荷载较大的皇冠式金属造型，加装前原结构上的非承重构件将全部拆除。改造前塔式框架结构造型照如图 1 所示，加装皇冠式金属造型后的效果图如图 2 所示，该建筑顶层局部结构平面示意图如图 3 所示。

图1 加固前塔式框架结构造型

图2 加装金属造型后效果图

图3 顶层（标高 30.000 m）局部平面示意图（单位：mm）

2 检测鉴定

因在本次改造的同一年该建筑主体结构已由正规单位检测过，并出具了检测鉴定报告。检测鉴定报告结果显示，该建筑所检构件的混凝土强度实测值均不小于设计值，钢筋配置与设计值相同。在原结构荷载条件下，该建筑地基、基础以及主体结构承载力满足要求。因此，本次局部改造项目的检测范围为标高 30.000～38.100 m 处框架结构造型。

本次局部检测的结果显示，未发现明显影响结构安全的损伤及缺陷。在检范围内，梁、柱的混凝土强度推定值分别为 31.7 MPa、32.5 MPa，满足其混凝土强度设计值均为 C30 的要求；梁、柱的主筋根数和钢筋直径，板的纵横向钢筋间距以及梁、板、柱的钢筋保护层厚度均满足设计要求。

采用结构分析软件，在新增荷载作用下对该框架结构造型进行承载力验算，结果显示：该建筑地基、基础的承载力满足要求，所检范围内的部分结构构件以及该建筑顶层（即框架结构造型下方）的部分结构构件承载力不满足要求，建议请专业单位进行加固处理后再进行加装金属造型的改造。

3 加固方案

本次改造项目的新增荷载较大，荷载布置形式较多，混凝土框架结构造型的每一层均有新增荷载的布置。应与金属造型厂家详细沟通好每一个金属构件的重量和布置位置，及其与混凝土构件的连接方式。新增荷载布置示意图如图 4 所示。加固方案制定时，应综合考虑结构设计的合理性、施工的可行性以及改造的经济性。在保证结构安全、可靠的情况下，尽量选择简单且方便施工的加固方式，从而减少工作量、降低施工成本［2］。

图4 新增金属造型荷载布置示意图（单位：mm）

为满足金属造型的安装要求，图 4 中标高 38.100～39.100 mm 处为新增混凝土柱、梁。从图 4 中可以看出，金属造型的各个金属构件均采用设置连接钢板的方式以点荷载的形式传至原结构上，新增非承重墙体和新增设备分别以线荷载、面荷载的形式布置于原结构上。根据数值分析软件计算结果可知，混凝土框架结构的梁、板、柱均有不同程度承载力不足的情况。应根据相关规范和工程经验，制定出合理的加固设计方案。

3.1 梁承载力不足的加固

由于新增荷载较大，且大部分新增荷载是由设置在梁上的连接钢板传至混凝土梁上，导致该框架结构造型以及其下方（标高 30.000 处）的大部分混凝土梁均有不同程度承载力不足的情况。此时，可优先考虑施工方便、成本较低的粘贴碳布加固方式，应注意根据工程经验为保证粘贴质量，碳布层数不宜超过两层；其次可考虑粘贴钢板加固，钢板层数宜为一层；但以上两种加固方式对承载力的提高幅度不能超过 40 %，否则应考虑采用增大截面加固法［3］。此外，加固方式的选择还应考虑工程实际情况，比如当需要在混凝土梁上钻孔时，孔洞对纤维布、钢板均有损伤，此时宜采用增大截面加固法。根据以上方法，对不同程度承载力不足的混凝土梁选择合适的加固方式。

3.2 板承载力不足的加固

因框架结构造型下方（即标高 30.000 处）需新增设备荷载，致使该处楼板的承载力不足。此时，加固方法的选择与混凝土梁相同，可优先考虑粘贴碳布或粘贴钢板加固法，最后考虑增大截面方法。由于新增设备荷载仅为 4 kN/m2，板承载力不足的程度较小，因此粘贴碳布即可达到提高承载力的目的。

3.3 柱承载力不足的加固

由于该改造项目的新增荷载最终会由混凝土板、梁传至混凝土柱上，因此该框架结构造型以及其下方（标高 30.000 处）的大部分混凝土柱均有不同程度承载力不足的情况。因金属造型安装时需在混凝土柱上布置较多锚栓或钢板，粘贴碳布的环向围束法在该项目中不适用，可选择外粘型钢或增大截面加固法。框架结构造型底层的 4 根混凝土柱，其中有 3 根属于梁上柱，其新增纵筋可穿板后弯折并焊接锚固于梁底，加固示意图如图 5 所示。

图5 梁上柱（下端）增大截面加固

3.4 新增混凝土柱、梁的加固

为满足金属造型的安装要求，标高38.10 0～39.100 mm 处需新增混凝土柱、梁，其钢筋配置根据计算确定。新增柱截面尺寸为 400 mm×400 mm，与其下层（标高 32.400～34.200 mm）柱截面尺寸相同，新增梁截面尺寸根据安装金属造型所需连接钢板位置确定。由于标高 32.400～34.200 mm 层柱均需增大截面或包角钢加固，因此当下层柱为增大截面加固时，新增柱可采用植筋方式与下层柱刚接；当下层柱为包角钢加固时，可在新增柱下端的梁柱节点处做混凝土套，柱纵筋穿板后弯折锚固于梁底［4］，从而与下层柱刚接，应注意混凝土套需将柱上重合部位的角钢完全包裹，加固示意图如图 6 所示。

图6 梁柱节点复合加固法（单位：mm）

3.5 现浇楼板拆除的加固

为方便检修需增加上人孔，欲将标高 34.200 mm层和标高 38.100 mm 层的两块楼板拆除。因所拆混凝土板每块仅约 2.3 m2，且经计算拆除板后对原结构无影响，因此仅需将拆除板后的梁边缘处做构造性修复处理。采用静力切割拆除混凝土板，梁边缘的原板受力钢筋应留头弯折 15 d，并浇筑 50 mm 厚混凝土层加以锚固，梁板节点修复处理示意图如图 7 所示。

4 结论

1）该项目加固完工已有两年多，未发现异常现象，说明上述设计能够满足新增荷载条件下的承载力要求，加固方案合理可行。

图7 梁板节点修复处理（单位：mm）

2）本文以某框架结构局部改造项目为例，介绍了该项目局部改造前的检测鉴定方法。根据检测鉴定报告和国家相关规范，详细说明了新增荷载的布置方式以及加固设计方案的制定思路，列出了某些特殊节点的加固方法，可为今后相似工程的检测和加固设计参考。Q