斜向鋼支撐荷載轉(zhuǎn)移法在結(jié)構(gòu)加固應用

斜向鋼支撐荷載轉(zhuǎn)移法在框架柱托換中的應用

一．概述本工程為地下一層，地上11層的框架剪力墻結(jié)構(gòu)住宅，建筑安全等級二級，6度抗震設防，Ⅳ類場地，抗震設防丙類，結(jié)構(gòu)抗震等級框架為四級，抗震墻為三級?；炷翉姸仍O計等級墻柱二層以下C35，二層以上C30，梁板均為C30。在主體工程結(jié)頂，填充墻砌筑基本完成時，經(jīng)檢測，發(fā)現(xiàn)七層部分墻柱和八層部分梁板混凝土強度嚴重不足,其中墻柱低于C20有10根,介于C20～C25有5根，介于C25～C30有9根，最低強度小于C10，梁低于C20有7根，介于C20～C25有10根。經(jīng)分析，事故的原因是當日混凝土澆搗施工過程中因泵管堵塞時間較長，導致商品混凝土超過初凝時間，攪拌車違規(guī)直接加水攪拌并再次運回現(xiàn)場澆搗造成。

方案選擇要使建筑物滿足規(guī)范的要求，有三種方案可以選擇：1.將七層以上結(jié)構(gòu)全部拆除后重新施工，該方法只要安全措施到位，風險和工程隱患最小，但很不經(jīng)濟，工期也較長。２．對七層強度不合格的墻柱進行托換或加固，對八層不符合設計要求的梁板進行加固或鑿除后重新澆筑。該方法比較經(jīng)濟，工期較短，但技術(shù)難度比較大，托換加固后能保證結(jié)構(gòu)的安全度達到設計和規(guī)范的要求。３．對結(jié)構(gòu)進行如包鋼板，包碳纖維等加固，該方法施工最簡單，加固后混凝土強度理論上可以提高，但無法定量，經(jīng)加固后的墻柱與其它混凝土墻柱在抗震時的延性不匹配，仍然存在一定的安全隱患，并且對用戶的裝修和使用會帶來不便。二．分析與設計

混凝土的強度除滿足承載力的要求以外，還應滿足最低強度等級要求?！督ㄖ拐鹪O計規(guī)范》規(guī)定混凝土結(jié)構(gòu)強度等級對抗震等級為二～四級時不應低于C20,《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，短肢剪力墻的混凝土強度等級不應低于C25。采用實測強度復核結(jié)果表明，七層墻柱的配筋和軸壓比基本能滿足，但部分梁的抗彎不足，因此，規(guī)范規(guī)定的最低強度等級是本工程托換加固的主要控制標準，我們把加固或托換的范圍界定實測強度低于C25的墻柱和低于C20的梁板。當取芯與回彈強度不一致時以取芯強度為準。根據(jù)工程的實際情況，對邊柱，中柱，剪力墻分別采用不同的處理方法對保證工程質(zhì)量，減少施工風險具有重要的意義。1.邊柱加固由于邊柱的兩側(cè)或兩翼有填充墻，采用將原有填充墻部分改用鋼筋混凝土的加大截面加固法，使加大的混凝土截面不小于原有柱子的截面，而原有柱子僅作為強度儲備,加固的范圍向上下分別延伸兩層。2.剪力墻部分托換由于剪力墻有一定的長度，托換時可以考慮保留中間部分，而對兩端分批進行鑿除后再次澆搗，對中間保留部分按剪力墻局部開洞進行計算復核，鑿除并重新澆搗部分的長度不小于剪力墻構(gòu)造邊緣構(gòu)件的長度，為增加該部分剪力墻的延性，除保證原有配筋外，還在暗柱內(nèi)增設了型鋼。電梯井部分除構(gòu)造邊緣構(gòu)件外，對有梁擱置部位的暗柱也分批進行鑿除再次澆搗。

3.中柱托換

中柱的托換是本工程難度最大的部分，上部結(jié)構(gòu)的荷載較大，約2000KN，距鄰近的A，H軸和電梯井間距均在5～6米，梁柱中心不在同一平面。托換時七層柱和八層樓面的梁柱節(jié)點都必須鑿除重新澆搗，否則節(jié)點的強度就很難滿足抗震設計的要求。我們曾經(jīng)考慮在托換柱的六層和八層設置鋼筋混凝土托盤，直接通過鋼管支撐將上部荷載傳遞到該柱子第六層，但采用這種方法設置混凝土托盤時與柱連接的穿心鏍桿對六層和八層柱子的結(jié)構(gòu)損傷較大，施工周期也較長。

由于被托換的柱子僅三向有梁，設計采用三向支撐，雖然梁柱中心不在同一平面，但三向支撐的合力中心與柱子的荷載中心能基本吻合，為減小鋼支撐施加預應力時產(chǎn)生的次應力，在柱子無梁的方向設置一根平衡支撐。托換前先拆除七層以上的填充墻，支撐內(nèi)力分析的荷載取結(jié)構(gòu)自重標準值，并適當考慮部分施工荷載和風荷載，將構(gòu)件的實測強度輸入，模擬施工鑿除時的受力條件，復核支撐的強度，穩(wěn)定性。為保證安全，支撐在強度驗算時的應力與強度比控制不大于0.5，在穩(wěn)定性驗算時的應力與強度比控制不大于0.6；支撐基本確定后還應復核此時原結(jié)構(gòu)的混凝土梁等強度能否滿足強度要求，對強度不符合要求的構(gòu)件應在柱子鑿除前考慮予以加強.在柱子鑿除前用千斤頂對鋼支撐施加預應力使柱子卸荷至低應力或零負荷應力狀態(tài)。根據(jù)內(nèi)力計算的結(jié)果，用千斤頂對鋼斜撐施加預應力時，鋼斜撐會對邊柱會產(chǎn)生一個向外的水平推力，在中柱八層梁柱節(jié)點鑿除后，水平推力將直接傳給邊柱節(jié)點，這對混凝土強度存在嚴重缺陷的結(jié)構(gòu)極不利，為平衡水平推力，增設了4Φ25帶伸縮節(jié)的拉桿。4.節(jié)點設計八層樓面的外道支撐通過采用下端節(jié)點的自鎖式千斤頂預應力施加裝置把中柱上部荷載傳給邊柱和電梯井的剪力墻，內(nèi)道支撐的內(nèi)力通過下端節(jié)點的預應力施加裝置和螺栓，鋼柱，七層的節(jié)點裝置和六層的千斤頂傳至的下層的結(jié)構(gòu)柱，在節(jié)點設計時考慮盡可能不對梁產(chǎn)生附加內(nèi)力，為減少支撐預應力的松弛和控制預應力的大小，設計要求采用手動自鎖式千斤頂，高強螺栓均采用雙螺帽，八層六只千斤頂均配有壓力傳感器，5.預應力控制預應力的施加以取支撐最不利組合的60%～70%的內(nèi)力作為依據(jù)，根據(jù)計算，控制柱子的豎向位移不大于±3mm。三．施工控制與監(jiān)測

除設計的主支撐外，施工措施上增加了一套應急備用附加支撐，附加支撐直接支承在七層樓面，上部托在十層樓面梁底，在整個托換過程中只處于松弛的接觸狀態(tài)，不施加應力。1施工1.鋼構(gòu)件加工、鋼支座定位劃線和鋼筋位置測定,錨栓植入和安裝節(jié)點支座；安裝鋼支撐和千斤頂預緊,根據(jù)設計要求施加預應力，預應力取支撐最不利組合的60%～70%，并維持24小時，觀測支撐軸力和位移的變化，2.鑿柱子上部斷面，鑿上切口時采取對角鑿，并在鑿出后用千斤頂撐住，待柱子全部鑿斷后緩慢放松千斤頂，3.鑿八層相關梁節(jié)點，4.鑿除柱子至根部，5.澆搗新柱混凝土，6.待混凝土強度達80%以上時拆除支撐，并砌筑上部結(jié)構(gòu)的填充墻。2監(jiān)控測試監(jiān)控結(jié)果表明，內(nèi)力和位移未出現(xiàn)較大波動，并且位移均是向上的，這表明我們對內(nèi)力和位移的控制是有效和合理的。表1各施工步驟柱子位移實測值（mm）步驟軸號

12345613/E-F

0.81.61.41.41.51.521/E-F0.30.50.60.60.60.2表2施工時各支撐內(nèi)力實測值（KN）

桿件軸號

①

②

③

④⑤⑥設計預值1201716309616019013/E-F90～112175～190570～60460～76120～145180～21721/E-F107～121