框架結(jié)構(gòu)托梁換柱技術(shù)設(shè)計(jì)及施工secrect

1、框架結(jié)構(gòu)托梁換柱技術(shù)的設(shè)計(jì)和施工常明（上海同濟(jì)工程項(xiàng)目管理咨詢有限公司，200092，上海）摘要： 本文通過對(duì)一起框架柱混凝土質(zhì)量事故的超聲波檢測分析，介紹了大跨度框架結(jié)構(gòu)的托梁換柱的設(shè)計(jì)和施工技術(shù)。在托梁換柱過程中，采用鋼支撐施加預(yù)應(yīng)力法對(duì)大跨度框架柱進(jìn)行托換和控制，采用動(dòng)態(tài)信號(hào)分析系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)信號(hào)采集儀和低頻加速度傳感器對(duì)應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測。經(jīng)實(shí)際應(yīng)用證明該法安全可靠，置換部位的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量情況良好。關(guān)鍵詞：框架結(jié)構(gòu) 鋼支撐 應(yīng)力監(jiān)測 托梁換柱中圖分類號(hào)：TU756.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼；B 文章編號(hào)：Design and Construction of Supporting Beams Replacin

2、g Columns Technology for Framed StructureChang Ming（ Shanghai TongJi Project Management & Consulting Co. Ltd， Shanghai 200092,China）Abstract：Based on ultrasonic testing which showed that the pores inside the frame column were scattered and uneven .The paper introduces design and constructio

3、n of supporting beams replacing columns technology. Jacking force to the steel support is applied during the process of Supporting Beams Replacing Columns. Stress is monitored by dynamic signal analysis system, dynamic signal collector and low frequency acceleration sensor. The practical application

4、 proves that the method is safe and reliable.The structure of Replacement location works well. Key Words: Framed Structure Steel Support Stress monitoring Supporting Beams Replacing Columns 托梁換柱法是在不拆或少拆上部結(jié)構(gòu)情況下，拆除、更換、接長柱子或拆除墻體的一門綜合性技術(shù)。它與傳統(tǒng)的大掀蓋改造相比，托梁拔柱法具有相對(duì)生產(chǎn)及生活影響小，改造時(shí)間短、費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)是技術(shù)要求較高，安全措施必須嚴(yán)密。1

5、工程概況 上海某大型項(xiàng)目地標(biāo)建筑地面4層、地下一層，主體施工拆模過程中，發(fā)現(xiàn)位于一層+8.85m+14.90m高度范圍內(nèi)的混凝土轉(zhuǎn)換柱（共14根)有一根表面蜂窩、麻面及孔洞外觀缺陷較為嚴(yán)重，原因分析應(yīng)是混凝土澆搗過程中局部漏振所致。通過對(duì)該柱進(jìn)行的超聲波檢測，檢測結(jié)果顯示:該框架柱內(nèi)部孔隙分散且不均勻，質(zhì)量不能滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。而此時(shí)，該框架柱+8.85m標(biāo)高以上的四層混凝土結(jié)構(gòu)均已完成。 為保證結(jié)構(gòu)安全和建筑使用功能，決定采用“托梁換柱”的措施，即采用預(yù)應(yīng)力頂撐托住梁板，之后將原柱子鑿除，原位置重新澆制一根新的柱子。該項(xiàng)工作涉及多個(gè)工序，且為保證置換區(qū)域及周邊結(jié)構(gòu)的安全及質(zhì)量，施工組織計(jì)劃、

6、方案準(zhǔn)備及實(shí)施必須環(huán)環(huán)相扣、周密。本文將以此項(xiàng)目為例，系統(tǒng)的介紹框架結(jié)構(gòu)“托梁換柱”技術(shù)的設(shè)計(jì)和施工方法。2、托梁換柱技術(shù)方案2.1置換結(jié)構(gòu)柱概況 待置換轉(zhuǎn)換柱為+8.85m+14.90m高度范圍，柱截面：400×400，原混凝土強(qiáng)度等級(jí)C40，柱配筋為主筋12C20，箍筋C10100（4）。該轉(zhuǎn)換柱周邊（+14.90m標(biāo)高處）框架梁分布見圖1和圖2所示，云線圈示位置為需置換混凝土柱。+4.40m標(biāo)高處為500mm厚混凝土樓板，配筋雙層雙向C18150。板下為回填土。 圖1 +8.850m標(biāo)高結(jié)構(gòu)平面圖 圖2 +14.90m標(biāo)高結(jié)構(gòu)平面圖22置換技術(shù)流程架設(shè)臨時(shí)鋼支撐鋼支撐施加預(yù)應(yīng)力

7、搭設(shè)腳手架及工作平臺(tái)檢查驗(yàn)收混凝土界面處理原鋼筋替換剔鑿缺陷混凝土隱蔽驗(yàn)收拆模澆筑混凝土支模拆除鋼支撐混凝土外觀及強(qiáng)度檢驗(yàn)置換技術(shù)流程如圖3所示。圖3 置換技術(shù)流程3、施工方法和要點(diǎn)3.1搭設(shè)工作腳手架 置換柱周邊采用扣件式鋼管搭設(shè)工作腳手架，以提供剔鑿混凝土及支設(shè)模板工作面。腳手搭設(shè)材料及構(gòu)造滿足建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范（JGJ 130-2011）要求。腳手架立桿間距1050mm，底部200mm處設(shè)置掃地桿，步距不大于2000mm，四周設(shè)置連續(xù)剪刀撐。腳手架內(nèi)側(cè)橫桿距置換柱距離300mm，便于人員操作。架體頂部至+14.90m標(biāo)高板底。腳手架分2階段搭設(shè)：第一階段搭設(shè)主體框架，但

8、留置部分水平橫桿不搭設(shè)，以便臨時(shí)鋼支撐就位。第二階段待臨時(shí)鋼支撐安裝固定完成后，補(bǔ)缺水平橫桿及外圍剪刀撐。3.2 臨時(shí)鋼支撐 為保證置換過程中現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的安全，分別在+8.85m+14.90m標(biāo)高、+4.40m+8.85m標(biāo)高處設(shè)置臨時(shí)支撐。臨時(shí)鋼支撐采用雙拼槽鋼格構(gòu)柱，截面尺寸280×280，選用28c槽鋼，綴板為8×200×200600。槽鋼、綴板及其他吊鉤等附件均采用Q235級(jí)鋼材。鋼支撐加工詳圖如圖7所示，鋼支撐A、B、C型布置于+8.85m+14.90m標(biāo)高范圍，鋼支撐E型布置于+4.40m+8.85m標(biāo)高范圍。3.2.1定位 鋼支撐將承載置換置鑿除后上部

9、結(jié)構(gòu)傳遞的全部荷載，根據(jù)上部結(jié)構(gòu)墻柱位置及操作面需要，確定支撐鋼柱定位。鋼支撐定位平面圖如圖4和圖5所示。圖4 鋼支撐定位平面圖（+8.85m標(biāo)高處） 圖5 鋼支撐定位平面圖（+4.40m標(biāo)高處）基礎(chǔ) +4.40m+8.85m標(biāo)高范圍內(nèi)鋼支撐采用鋼楔頂緊，如圖6所示，使上部荷載傳遞至底板。 圖6 +4.40m+8.85m標(biāo)高范圍鋼支撐連接節(jié)點(diǎn) 3.2.2鋼支撐安裝 鋼支撐采用手動(dòng)葫蘆配合滑輪車人工就位，手動(dòng)葫蘆采用M16膨脹螺栓固定于梁底。 3.2.3 +8.85m+14.90m范圍鋼支撐預(yù)應(yīng)力施加 如圖7所示，根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算書，上部傳遞荷載N=1762.25kN。經(jīng)計(jì)算，+8.85m+14.9

10、0m范圍鋼支撐A、B、D型內(nèi)力為570kN，C型內(nèi)力為697.7kN， 根據(jù)計(jì)算內(nèi)力，利用千斤頂對(duì)+8.85m+14.90m范圍鋼支撐施加預(yù)應(yīng)力，以達(dá)到對(duì)置換柱卸載的目的。 圖7 上部傳遞荷載 預(yù)應(yīng)力施加工況如圖8所示，每根鋼支撐下設(shè)置2個(gè)千斤頂，根據(jù)內(nèi)力施加預(yù)應(yīng)力。其后采用鋼楔將鋼支撐底部于+8.85m結(jié)構(gòu)板頂緊，并最終使千斤頂油壓讀數(shù)歸零。將鋼楔與鋼支撐焊接固定后撤出千斤頂。 圖8 預(yù)應(yīng)力施加工況圖3.3 預(yù)應(yīng)力施加 采用2臺(tái)40T立式油壓千斤頂人工加壓施加預(yù)應(yīng)力。 使用前應(yīng)檢查各部分是否完好，油液是否干凈。油壓式千斤頂?shù)陌踩ㄓ袚p壞時(shí)嚴(yán)禁使用。 使用時(shí)應(yīng)嚴(yán)格遵守主要參數(shù)中的規(guī)定，切忌超高

11、超載，不得加長手柄，不得超過規(guī)定人數(shù)操作。 千斤頂應(yīng)位于頂撐牛腿中心位置。 千斤頂?shù)酌嬉獕|平，如有需要可襯墊堅(jiān)韌的木材，使千斤頂放置平穩(wěn)。千斤頂頂升后，應(yīng)及時(shí)用支撐物將重物支撐牢固，禁止將千斤頂作為支撐物使用。 使用時(shí)，任何人不得站在安全栓的前面。 在頂升的過程中，應(yīng)隨著鋼支撐的上升在鋼支撐下加設(shè)保險(xiǎn)墊層，到達(dá)頂升高度后應(yīng)及時(shí)將鋼支撐墊牢。 用兩臺(tái)及兩臺(tái)以上千斤頂同時(shí)頂升時(shí)，千斤頂?shù)目偲鹬啬芰?yīng)不小于荷重的兩倍。頂升時(shí)應(yīng)由專人統(tǒng)一指揮，確保各千斤頂?shù)捻斏俣燃笆芰疽恢隆?千斤頂?shù)南陆邓俣缺仨毦徛?，?yán)禁在帶負(fù)荷的情況下使其突然下降。 .為控制預(yù)應(yīng)力的有效施加，鋼支撐上將安裝電阻式應(yīng)變片，以監(jiān)

12、測鋼支撐軸向力。當(dāng)鋼支撐軸力達(dá)到設(shè)計(jì)要求值時(shí)，立即將鋼支撐底部墊牢并焊緊。 鋼支撐底部連接穩(wěn)固后，觀察應(yīng)力監(jiān)測裝置，確認(rèn)應(yīng)力無損失后緩慢降下千 斤頂并撤除。 3.4 應(yīng)力監(jiān)測確定應(yīng)力監(jiān)測所使用的設(shè)備如表1所示。 表1 監(jiān)測設(shè)備表檢測項(xiàng)目檢測儀器名稱型號(hào)儀器編號(hào)動(dòng)載試驗(yàn)動(dòng)態(tài)信號(hào)分析系統(tǒng)INV3020CFQ15008FA動(dòng)態(tài)信號(hào)采集儀INV1861FO03001FA低頻加速度傳感器941BFS02003FA以上作業(yè)施工前，確保+8.85m、+14.90m標(biāo)高處相應(yīng)區(qū)域無堆載、無施工機(jī)械、無人員，并張拉警戒線，加派安全管理人員看守。 3.5 剔鑿缺陷混凝土 混凝土剔鑿采取風(fēng)鎬結(jié)合人工鑿除的方式進(jìn)行。

13、 剔鑿前根據(jù)超聲波檢測初步結(jié)論劃定剔鑿區(qū)域，并用紅色油漆進(jìn)行明顯表示。 剔鑿過程中必須注意保護(hù)主筋，不得損傷、割斷置換柱主筋。為便于剔鑿，將箍筋割除。柱主筋周圍混凝土采用人工手工剝除，接近剔鑿區(qū)域上下端邊界100mm處采用人工剔鑿。剔鑿過程中，操作面以下500mm處張拉密目網(wǎng)+防墜網(wǎng)，以防止人員及碎石墜落。腳手架外圍張拉密目安全網(wǎng)，防止碎石飛濺。 3.6替換柱子鋼筋 混凝土剔鑿后確保柱主筋完整、無損傷。為保證置換后混凝土與鋼筋粘結(jié)力，將剔鑿區(qū)域柱主筋進(jìn)行割除替換。替換鋼筋型號(hào)規(guī)格同原設(shè)計(jì)要求。保留剔鑿?fù)瓿擅嫱獠糠咒摻睿员阌谕鎿Q鋼筋連接。對(duì)主筋進(jìn)行割除，切割界面按下圖施工。相鄰主筋錯(cuò)開700

14、mm（35d）,短鋼筋距離剔鑿?fù)瓿擅?00mm。 保留段鋼筋采用鋼刷對(duì)其表面進(jìn)行清理，去除銹斑及殘留混凝土漿液。鋼筋連接采用手工電弧焊，雙面5d搭接焊，搭接長度100mm。焊條采用E5003。鋼筋原材檢驗(yàn)、加工、焊接作業(yè)，嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。主筋替換完成后，按原設(shè)計(jì)要求的規(guī)格、間距補(bǔ)全箍筋。 3.7混凝土界面處理 3.7.1 界面打毛 原構(gòu)件混凝土界面（粘合面）經(jīng)修整露出骨料新面后，應(yīng)采用砂輪機(jī)進(jìn)行打毛。 砂輪機(jī)宜采用輸出功率不小于340W的粗砂輪機(jī)，在混凝土粘合面上打出方向垂直于構(gòu)件軸線、紋深為3mm4mm、間距約50mm的橫向紋路。在完成上述加工后，用鋼絲刷等工具清除原構(gòu)件混凝土表面松動(dòng)的骨料、

15、砂礫、浮渣和粉塵，并用清潔的壓力水沖洗干凈。 3.7.2 界面膠（劑）涂刷 原構(gòu)件混凝土的界面，在打毛、清潔后，要求涂刷結(jié)構(gòu)界面膠（劑）。界面膠（劑）的涂刷方法及質(zhì)量要求應(yīng)符合該產(chǎn)品使用說明書及施工圖說明的規(guī)定。 界面膠（劑）涂刷質(zhì)量應(yīng)均勻，無漏刷。界面膠（劑）的進(jìn)場復(fù)驗(yàn)，應(yīng)符合建筑結(jié)構(gòu)加固工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范（GB 50550-2010）中第492條的規(guī)定。 界面膠（劑）采用Sikadur-32 LP環(huán)氧粘結(jié)界面劑，相關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)詳見附件中的產(chǎn)品技術(shù)說明書。 置換柱模板支設(shè) 柱模采用全新防水木模，其材料及搭設(shè)要求按原結(jié)構(gòu)施工階段施工方案執(zhí)行。 3.8澆筑混凝土 澆筑口設(shè)置 為保證澆筑質(zhì)量及壓力

16、，在+14.90m標(biāo)高結(jié)構(gòu)板處開設(shè)4個(gè)200mm×200mm澆筑口，混凝土由該澆注口往柱內(nèi)澆筑。4個(gè)澆筑口開設(shè)過程中采用人工鑿除混凝土，嚴(yán)禁切斷結(jié)構(gòu)板鋼筋。 待拆模后，鑿除澆筑口多余混凝土。 3.8.2 混凝土配比要求 新澆筑混凝土采用自密實(shí)混凝土，添加微膨脹劑，且在原有混凝土強(qiáng)度等級(jí)要求上提高一個(gè)級(jí)配，即C45自密實(shí)微膨脹混凝土。 在自密實(shí)混凝土拌制材料應(yīng)符合規(guī)范的要求。 3.8.3澆搗過程質(zhì)量控制 新澆筑混凝土采用泵送澆筑。在柱模頂部開設(shè)側(cè)面澆注口?；炷帘盟褪┕?yīng)符合現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程JGJ/T 10的規(guī)定。 自密實(shí)混凝土入模溫度不宜超過35，澆筑自密實(shí)混凝土?xí)r

17、，現(xiàn)場應(yīng)有專人進(jìn)行監(jiān)控?；炷帘盟秃蜐仓^程應(yīng)保持連續(xù)性。自密實(shí)混凝土不使用插入式振搗器振搗，采用在模板外側(cè)進(jìn)行輔助敲擊的方式振搗。 3.8.4養(yǎng)護(hù)要求 拆模后立即進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。采用塑料薄膜包裹覆蓋，并應(yīng)保持塑料薄膜內(nèi)有凝結(jié)水。 養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于14d。3.9混凝土外觀及強(qiáng)度檢驗(yàn) 拆模后，按規(guī)范中混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范（GB 50204-2011）中相關(guān)條文進(jìn)行檢查。 待置換柱養(yǎng)護(hù)完成后，對(duì)新澆筑混凝土密實(shí)度進(jìn)行超聲法缺陷檢查。對(duì)兩次澆筑混凝土之間的結(jié)合面進(jìn)行超聲法質(zhì)量檢測。 超聲法檢測嚴(yán)格按超聲法檢測混凝土缺陷技術(shù)規(guī)程（CECS 21:2000）相關(guān)條文進(jìn)行。 4 結(jié)論 采用托梁換柱置換局部柱身混凝土的方法，不僅工作量大，而且施工難度大。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)柱托換前，需要對(duì)加固區(qū)域結(jié)構(gòu)進(jìn)行充分檢測，根據(jù)工程的具體情況和設(shè)計(jì)圖紙對(duì)相關(guān)柱軸力、梁抗剪及加固后混凝土收縮變形、壓縮變形等項(xiàng)目進(jìn)行驗(yàn)算，并充分考慮結(jié)構(gòu)的受力及變形因素。在托換過程中，