混凝土框架结构加固改造方法分析

许文宗 （安徽建工集团股份有限公司建筑设计研究院，安徽 合肥 230031）

1 前言

如今建筑房地产行业形势严峻，由于开发商资金链脱节、市场定位不准等原因，导致国内涌现大量烂尾楼项目。烂尾楼的出现不仅对城市形象产生了一定的影响，而且还浪费土地资源，同时也给居民生活带来诸多不便。如今烂尾楼的继续建造与完善问题亟待解决，然而针对此类项目的加固与改造仍缺少大量实际工程经验。

2 工程概况

某工程位于安徽省宿州市埇桥区宿马现代产业园区，该项目目前有一栋一层厂房已建成并投入使用，剩下一栋主要墙面与内部未施，该主楼为四层现浇混凝土框架结构，基础形式为柱下独立基础。建筑性质为多层公共建筑（办公楼），建筑面积为2431．57m2，建筑总高度为16．40m，主体结构于2017 年2 月开始建造，同年5 月上部结构主框架基本完工后停工至今，在改造方面应业主方要求，建筑使用功能保持不变，现场整体状况如图1所示。

图1 现场整体状况

2.1 现状检测结果

经安徽省建院工程质量检测有限公司提供的《结构安全性鉴定》报告表明，地基基础部分未发现因地基基础不均匀沉降或承载力不足导致的建筑物上部结构的沉降裂缝、变形和位移。因该工程目前只有主体结构施工完成，外围护结构尚未施工，因此并未对围护结构进行鉴定。上部承重结构部分，虽然既有结构构件满足承载力要求，但一层顶板9-10/A-C、二层顶板11-13/B-C 均存在蜂窝麻面，如图2所示；三层顶梁8/A-C、四层顶梁12/D-E、11-13/D、11/C-D 等均存在露筋等现象，如图3 所示。

图2 楼板蜂窝麻面现状

图3 楼层梁露筋现状

检测单位通过对建筑物的柱、梁构件现龄期混凝土强度、碳化深度、构件截面尺寸、箍筋间距及楼板厚度进行检测，提供了结构检测报告。此报告表明，以原设计所提供的数据作为依据，在构件截面尺寸、构件强度等方面的检测中发现，所抽检的构件基本满足设计要求，但部分构件如若按照原设计荷载进行复核，其强度有所欠缺，针对以上问题需对原结构实施相应的加固措施。

2.2 主体改造要求

另外，现如今根据业主方要求及现行建筑规范规定，需对该办公楼进行增设墙体、水箱、电梯、屋面构架层等改造，如图4、图5 所示，图4 为原建筑平面图，图5为改造后建筑平面图。现建筑在1～3 轴增设电梯，在建筑四周增设外挂空调板，对卫生间内功能布局进行调整，并在屋面增设水箱。一系列的改造措施对原有结构布置具有一定的影响，因此需对结构进行重新计算，并对不满足安全要求的构件进行加固。

图4 原建筑三层平面图

图5 现建筑三层平面图

3 加固设计

3.1 加固方式

目前对于混凝土结构构件的加固方法主要包括粘贴碳纤维法、包钢加固法、增大截面法和水泥砂浆修补法。

粘贴碳纤维法大多是利用环氧树脂或是特定的结构胶将碳纤维布粘贴在混凝土结构构件表面，从而让有裂缝缺陷的构件形成一个整体的受力构件，以保证其合理的受力特性，因其具有操作简单、施工工期短等优势被广泛使用；包钢加固法主要是利用特定的钢板或角钢包裹在受损构件表面，对于竖向构件，包裹在四周的钢板或角钢主要起到约束混凝土的作用，从而提高竖向构件的抗压强度，而对于水平构件，包裹在构件表面的钢板或角钢主要承担类似构件内抗拉压钢筋的作用，钢板与混凝土构件共同承担外部荷载作用，从而达到提高构件承载力的目的；增大截面法主要是在混凝土构件外部包裹钢筋混凝土，对于受弯构件，一般在受压侧包裹混凝土，在受拉侧增加钢筋量，从而使得构件的有效截面高度增加，受拉区钢筋量增大，从而提高构件的斜截面抗剪、正截面抗弯的能力；水泥砂浆修补法主要是利用高标号水泥砂浆对混凝土构件表面有缺陷的部位进行修补，经常用于混凝土构件出现蜂窝、麻面、孔洞、露筋等缺陷处，对于修补完成的混凝土构件，其受力性能得到提高，大大降低构件在受力时出现应力集中、脆性破坏的现象。

根据以上的加固方法，对不同工况、不同构件采取相应的加固方法，以达到安全、耐久、高效、经济的加固目的。

3.2 原结构缺陷加固

针对原结构存在的蜂窝麻面、露筋等安全问题分别采取以下加固措施。

对于蜂窝麻面情况，当麻面程度较小时，考虑到构件表面孔洞小，石子很难附着，因此选择采取水泥砂浆抹平压实处理；当麻面程度较大时，应凿去薄弱松散颗粒，此时构件表面孔洞较大，冲洗干净后，用比原构件混凝土强度高一级的细石混凝土填塞捣实。

对于露筋情况，加固措施分为以下四个步骤：对旧混凝土进行凿毛处理，以保证新混凝土与基底混凝土具有良好的粘结力；对外露锈蚀钢筋进行喷砂除锈处理，并涂刷钢筋防锈剂，降低钢筋的氧化速度；用高压水枪将混凝土表面碎屑、灰尘冲洗干净，并使表层混凝土达到饱和状态且表面无明水，同时在工作基面上涂刷聚合物界面改性剂；待界面剂用手摸感到似粘非粘时，应及时并快速压抹高延性混凝土。另外，针对不同修补厚度应采取相应修补措施，当修补厚度超过3cm 小于5cm 时，应分层施工，层与层之间应间隔4h 进行施工；当修补厚度大于5cm 时，应先采用聚合物混凝土进行修补，养护3～5d 后，再压抹高延性混凝土。

3.3 改造加固设计

由于建筑改造导致原结构发生局部变化，因此首先需对结构安全进行计算。本工程采用YJK4．3．0 版软件进行结构计算，结构建模以原结构尺寸为基准，只在局部改造处对模型尺寸进行调整，以保证模型的真实性以及计算结果的准确性。结构模型如图6 所示，通过计算发现，结构的扭转位移比大于1．5，为了尽量减少加固构件数量，采取增大角柱尺寸来增强结构的外围刚度，使得结构整体指标均符合规范要求。

图6 结构模型

由于现行规范荷载分项系数、地震作用分项系数增大以及部分原结构构件强度有所降低等，导致结构构件不能满足设计安全要求。为了避免对原结构进行大面积改动，将原设计煤矸石砖改为蒸压加气混凝土板（ALC板）。ALC板是一种新型绿色环保建筑材料，其密度小，作为墙体材料可大大降低墙体荷载，使大部分构件满足设计安全要求。同时，ALC 板具有施工方便、工期短等特点，是一种良好的新型墙体材料。改造时利用此材料，不仅可以增加结构安全储备，而且在一定程度上可以降低施工成本。

3．3．1 梁、柱、基础加固

梁、柱、基础是框架结构的主要受力构件。由于增大截面法相对于粘贴碳纤维法、包钢加固法具有更好的耐久性，因此出于保证结构的设计工作年限以及安全性的考虑，主楼改造后，梁、柱、基础构件刚度、强度不满足设计安全要求的，采用增大截面法进行加固。如图7 所示，图7（a）、图7（b）、图7（c）分别为梁、柱、基础加固大样。

图7 梁、柱、基础加固大样

梁下净高在满足建筑设计要求的情况下，梁加固首先考虑加大梁高。本工程在与建筑师沟通后，最终选择通过增大梁底高度的方法来加固不满足设计安全要求的结构梁，如图7（a）所示。采用增大截面法对梁进行加固时，首先在模型中进行结构计算，在保持原结构梁截面不变的情况下，计算出梁实际所需配筋值。之后将计算梁底纵筋全部置于新增截面的底部。对于新增截面的箍筋，在满足计算要求的情况下，宜增设同原结构相同间距、相同直径的箍筋，且与原结构箍筋进行焊接连接。

对于结构柱的加固，本工程结构柱强度基本满足设计安全要求，但结构扭转位移比不满足规范要求，因此选择增大角柱的方式对原结构进行加固。在对结构柱进行加固时，首先在结构模型中调节出所需柱截面，之后再进行配筋计算，在调节柱截面时应尽量沿着较少的方向进行尺寸加大，以避免对原结构柱产生较大改动，从而达到在满足结构安全的情况下缩短工期、节约成本的目的。

对于基础的加固，由于建筑改造时增加了隔墙、消防水箱等荷载，从而导致原结构部分基础不能满足承载力的要求，需要增大基础截面。另外，对于柱截面增大的位置，基础也需要相应增大截面。在对基础进行加固时，应在模型中计算出基础所需宽度及高度，以保证基础满足承载力和抗冲剪的设计要求，之后再计算出基础所需配筋值。

当采用增大截面法对混凝土构件进行加固时，还应注意以下两点。

①水泥材料应采用强度不低于32．5级的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥；加固时所用混凝土强度不得低于C20 级，并且应比原结构构件混凝土强度提高一级。

②在加固应注意对原构件表面进行凿毛、除锈等处理。

3．3．2 板类构件加固

从检测报告及模型验算结果中得知，主楼板类构件损伤较小，只有在增设隔墙、电梯井周边等处出现强度不足的情况。因此出于节约成本的考虑，本工程对板类构件强度不满足设计要求的，采用粘贴碳纤维法进行加固。

当采用粘贴碳纤维法对构件进行加固时，应注意以下四点：在进行粘贴碳纤维片材前，首先对需要加固的结构板面进行清除松散颗粒、找平胶修补处理；其次碳纤维片材应沿受力方向进行粘贴，搭接长度不应小于200mm，碳纤维布之间搭接长度也不应小于200mm；最后在粘贴好的碳纤维布表面涂抹20mm 厚的1:3 水泥砂浆作为保护层；在后期使用方面，应避免外物直接损坏碳纤维布，并禁止在加固板面处开设洞口。

4 结论

笔者通过某烂尾楼改造加固项目，对混凝土框架结构在加固过程中所遇到的问题及解决方法进行论述，具体表现为以下三点：

①对于原结构出现的蜂窝麻面、露筋等缺陷进行相应的加固措施，以保证原结构自身的强度安全；

②当对结构进行改造时，应尽量采用较轻质的材料，从而达到减少荷载的目的，减少加固构件的数量，提高加固结构的安全储备，并能实现资金成本的节约；

③碳纤维的使用年限短、安全储备小，故建议对于梁、柱、基础构件的加固采用增大截面法，而对于加固较少的板类构件采用粘贴碳纤维法进行加固。