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鋼結構工程
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   【技術服務】 結構補強技術

    對于建筑結構加固工程,可分為結構整體抗震加固(即體系加固)和結構局部補強(即構件加固)。體系加固是針對房屋結構整體抗震性能不足現行抗震鑒定標準而進行的加固;構件加固是針對局部構件承載力不足而進行的局部構件的加固。

    1 基礎加固

    1.1加大基礎底面積
    適用范圍:
    加大基礎底面積法適用于當現有建筑的地基承載力或基礎底面積尺寸不滿足設計要求時的加固。
 
圖1 基礎加大底面積示意

    構造要求:
    1、 當基礎承受偏心受壓時,可采用不對稱加寬;當承受中心受壓時,可采用對稱加寬;
    2、 在灌注混凝土前應將原基礎鑿毛和刷洗干凈后,鋪一層高強度等級水泥漿或涂刷混凝土界面劑,以增加新老混凝土基礎的粘結力;
    3、加寬部分的主筋應與原基礎內主筋采用焊接方式進行拉結,并設置梅花布置的拉結筋(如抗剪需要該筋需根據計算確定)。

    1.2加深基礎法
    適用范圍:
    加深基礎法適用于地基淺層有較好的土層可作為持力層且地下水位較低的情況。該方法即將原基礎埋置深度加深,使基礎支承在較好的持力層上,以滿足設計對地基承載力和變形的要求。
    構造要求:
    1、采用加深基礎法加固既有房屋基礎時需分批、分段、間隔進行。間隔開挖長度約1.2m左右,寬度約0.9m的豎坑;
    2、基礎下的豎坑應采用現澆混凝土灌注,并在距原基礎底面80mm處停止灌注,待養護一天后再摻入膨脹劑和速凝劑的干稠水泥砂漿填入基底空隙,確保密實。

    1.3錨桿靜壓樁
    適用范圍:
    錨桿靜壓樁法適用于淤泥、淤泥質土、黏性土、粉土和人工填土等地基土。
    原基礎構造要求:
    原基礎承臺除應滿足有關承載力要求外,尚應符合下列規定:承臺周邊至邊樁的凈距離不宜小于200mm;原基礎壓樁孔部位作為承臺的基礎厚度不宜小于350mm,否則應采取附加封樁錨固措施;樁頂嵌入承臺內長度應為50~100mm;壓樁孔內應采用C30微膨脹早強混凝土澆筑密實。樁身混凝土強度等級不應低于C30;當原基礎厚度小于350mm時,封樁孔應用2φ16鋼筋交叉焊接與錨桿上,并應在澆筑壓樁孔混凝土的同時,在樁孔頂面以上澆筑樁帽,厚度不得小于150mm。

    樁身構造要求:
    樁身材料可采用鋼筋混凝土或鋼材;對鋼筋混凝土樁宜采用方形,樁的邊長宜為200~300mm;樁身混凝土強度等級不應低于C30;樁內主筋應按計算確定。
    當方樁截面邊長為200mm時,配筋不宜少于4φ10;當邊長為250mm時,配筋不宜少于4φ12;當邊長為300mm時,配筋不宜少于4φ16;每節樁長宜為1.0~2.5m,樁節之間應有可靠連接,應采用焊接連接。

    錨桿構造要求:
    錨桿可采用光面直桿鐓粗螺栓或焊箍螺栓,并應符合下列要求:
    當壓樁力小于400kN時,可采用M24錨桿;當壓樁力為400~500kN時,可采用M27錨桿;錨桿螺栓的錨固深度可采用10~12倍螺栓直徑,并不應小于300mm,錨桿露出承臺頂面長度應滿足壓樁機具要求,一般不應小于120mm;錨桿與壓樁孔、周圍結構及承臺邊緣的距離不應小于200mm。

    2 磚墻加固
    2.1鋼筋網水泥砂漿面層加固法

    適用范圍:
    鋼筋網水泥砂漿面層加固,是在面層砂漿中配設一道鋼筋網或鋼板網或焊接鋼絲網,達到提高墻體承載力和延性的一種加固方法。其優點是出平面抗彎剛度有較大幅度提高,平面內抗剪強度和延性提高較多,抗塔抗裂性有較大幅度改善,該方法適用于靜力加固和中高烈度的抗震加固。

    構造要求:
    當基礎承受偏心受壓時,可采用不對稱加寬;當承受中心受壓時,可采用對稱加寬;在灌注混凝土前應將原基礎鑿毛和刷洗干凈后,鋪一層高強度等級水泥漿或涂刷混凝土界面劑,以增加新老混凝土基礎的粘結力;加寬部分的主筋應與原基礎內主筋采用焊接方式進行拉結,并設置梅花布置的拉結筋(如抗剪需要該筋需根據計算確定)。

    3 鋼筋混凝土柱加固
     各種加固法適用情形:

 
圖2 柱加固法適用情形

    3.1增大截面加固法
    適用范圍:

    增大截面加固法,即通過增加原構件的受力鋼筋,同時在外側重新澆筑混凝土以增大構件的截面尺寸,來達到提高承載力的目的。其優點是可以同時增大構件的剛度、承載力和變形能力,部分情況下也可以加強連接的可靠性;其缺點是濕作業工作量大、養護期長、占用建筑空間較多等。增大截面加固混凝土柱示意下圖所示。

 
圖3 增大截面加固法加固砼柱示意

    構造要求:
    1、構件混凝土強度等級不應低于C13;b、新增部分,可采用現澆混凝土、自密實混凝土或噴射混凝土澆筑而成。也可采用摻有細石混凝土的水泥基灌漿料灌注而成。
    2、新增混凝土厚度要求:人工澆筑:≥60mm;噴射:≥50mm。
    3、采用增大截面加固法時,原構件混凝土表面應經處理,設計文件應對截面處理方法和質量提出要求。一般情況下,除混凝土表面應予打毛外,尚應采取涂刷結構界面膠、種植剪切銷釘或增設剪力鍵等措施。
    4、柱的受力鋼筋直徑不應小于14mm,加錨式箍筋直徑不應小于8mm;U形箍直徑應與原箍筋直徑相同;分布筋直徑不應小于6mm。

    3.2柱外包型鋼加固法
    適用范圍:

    外包型鋼加固法,按其與原結構連接方式分為外粘型鋼加固法和無粘結外包型鋼加固法;均適用于需要大幅度提高截面承載能力和抗震能力的鋼筋混凝土柱加固。外包型鋼加固混凝土柱示意如下圖所示。

 
圖4 外包型鋼加固法加固砼柱示意

    構造要求:
    1、加固角鋼不應小于L75×5;
    2、扁鋼箍板或綴板不應小于40mm×4mm,其間距不應大于20r(r為單根角鋼截面的最小回轉半徑),且不應大于500mm;在節點區,其間距應適當加密。
    3、外包角鋼兩端應有可靠的連接和錨固,角鋼下端應錨固于基礎,中間應穿過各層樓板,上端應伸至加固層的上一層樓板底或屋面板底。
    4、外包型鋼加固柱時,應將原構件截面的棱角打磨成半徑r大于等于7mm的圓角。外粘型鋼的注膠應在型鋼構架焊接完成后進行。
    5、外粘型鋼的膠縫厚度宜控制在3mm~5mm;局部允許有長度不大于300mm、厚度不大于8mm的膠縫,但不得出現在角鋼端部600mm范圍內。
 

圖4 柱外包型鋼加固

    注意事項:
    1、新增角鋼沿柱高必須全部貫通,如角鋼遇樓層梁無法通過時,可通過采用等代鋼筋穿過樓板與上下樓層加固角鋼焊接;
    2、在梁柱節點位置,扁鋼無法穿過混凝土梁時,亦可采用等代鋼筋穿過混凝土梁與左右兩側加固角鋼焊接的形式進行加強錨固;
    3、對于底層柱加固,加固角鋼端部必須錨固于原結構基礎頂面,對于埋置在地基土內部分加固角鋼,應澆筑混凝土圍套進行防銹處理,如上圖中3-3剖面圖;
    4、如有特殊要求時,混凝土柱采用外包型鋼進行加固后,尚需進行防火處理,鑒于目前國家無相關規范要求,通常做法同鋼結構防火做法,如涂刷薄型或厚型防火涂料。

    3.3柱粘貼碳纖維加固法
    適用范圍:

    適用于需要提高截面抗剪承載能力和構件整體延性的鋼筋混凝土柱加固。
 

圖5 柱粘貼碳纖維加固

    構造要求:
    1、被加固的混凝土結構構件,其現場實測混凝土強度等級不得低于C15,且混凝土表面的拉粘結強度不得低于1.5MPa;
    2、粘貼在混凝土構件表面上的碳布纖維復合材,不得直接暴露于陽光或有害介質中,其表面應進行防護處理。
    3、采用本方法加固的混凝土結構,其長期使用的環境溫度不應高于60℃。

注意事項:
    1、必要時可對碳纖維片材和配套樹脂類粘結材料進行現場取樣檢驗。
    2、碳纖維片材實際粘貼面積應不少于設計量,位置偏差應不大于10mm。
    3、碳纖維片材與混凝土之間的粘結質量可用小錘輕輕敲擊或手壓碳纖維片材表面的方法來檢查,總有效粘結面積不應低于95%。 

   4 混凝土梁板加固
   各種加固方法適用情形

 

圖6 梁加固方法適用情形

    4.1梁板外粘碳纖維加固法
    構造要求:

    1、構件混凝土強度等級不應低于C15;
    2、正截面受彎承載力提高幅度不應超過40%;
    3、錨固U型箍寬度:端箍應≥梁底碳布寬度的2/3,且應≥200mm;中間箍應≥梁底碳布寬度的1/2,且應≥100mm;
    4、抗剪加固U型箍: U型箍上端應設置縱向壓條錨固,當梁高h≥600mm時,應在梁腰部增設一道縱向腰壓條
    5、纖維復合材料加固量:預成型板不宜超過2層;纖維布不宜超過4層。
 

圖7 梁板粘貼碳纖維法加固

注意事項:
    1、粘貼延伸長度的問題。對于梁底受彎加固,碳布粘貼延伸長度不滿足時,可采用附加錨固形式,如端部加強U型箍;對于梁支座受彎加固,當粘貼延伸長度不滿足時,可采用鋼板條+射釘的形式進行端部錨固。粘貼延伸長度的確定,可參見《混凝土結構加固設計規范》GB50367-2013第10.2.5條。
    2、粘碳布和粘鋼板相遇問題。梁支座受彎加固,如處理另外一個方向采用粘鋼板加固時,應碳布在下鋼板在上。
    3、防火問題。由于粘貼碳布加固,其材料包括粘結劑和碳布兩種材料,其中粘結劑的使用環境溫度不得高于60℃,故對于高溫環境的混凝土結構采用該方法進行加固時,應采取相應的防護措施。目前國家無相關規范要求,通常做法為采用水泥砂漿抹面。

    4.2梁板外粘鋼板加固法
    構造要求:
    1、構件混凝土強度等級不應低于C15;
    2、正截面受彎承載力提高幅度不應超過40%;
    3、粘貼鋼板厚度要求:人工涂膠≤5mm;壓力注膠≤10mm;d、粘貼鋼板加固量:受拉區≤3層;受壓區≤2層;且鋼板總厚度≤10mm;
    4、錨固U型箍:端箍應≥梁底鋼板寬度的2/3,且應≥80mm;中間箍應≥梁底鋼板寬度的1/2,且應≥40mm;U型箍厚度應≥梁底鋼板厚度的1/2,且應≥4mm;
    5、抗剪加固U型箍: U型箍上端應設置縱向壓條錨固,當梁高h≥600mm時,應在梁腰部增設一道縱向腰壓條。

 
圖8 梁粘貼鋼板加固法

注意事項:
    同混凝土梁受彎加固外粘碳布。

    4.3梁外包型鋼加固法
    構造要求:

    1、角鋼厚度應≥5mm,角鋼邊應≥50mm;
    2、綴板截面 應≥40mmx4mm,其間距用≥20r(r為單根角鋼截面的最小回轉半徑),且應≤500mm。


圖9 梁外包型鋼加固

注意事項:
    1、加固方案選擇問題。由于該加固方法需將所有扁鋼箍穿過原樓板,該做法對原樓板損傷太大,故一般不建議采用該加固方法。如確實需要采用該方法,可采用鋼筋代替扁鋼箍,減少對原樓板的破壞。
    2、防火問題同混凝土柱采用外粘型鋼加固,可參見砼柱加固。

 


                                      包鋼加固法簡介
  
    濕式外包鋼加固法的工藝原理,是將鋼板和角鋼外包于混凝土構件的表面,砼鋼之間以環氧樹脂漿液填充,利用鋼板良好的抗拉、壓性能及膠液優異的粘結強度,使鋼板與原混凝土構件能協同工作(鋼板實際上起到與構件受拉壓鋼筋同樣的作用),達到增強構件承載力及剛度的目的。

一、適用范圍
    1、本方法適用于承受靜力作用的一般受彎及受拉構件。
    2、本方法以環境溫度不超過60℃,相對濕度不大于70%及無化學腐蝕的適用條件為限,否則應采取有效防護措施。
    3、本方法所用膠粘劑是指有充分試驗依據且性能滿足使用要求的,并經過國家有關部門鑒定的結構膠。
    4、當構件的混凝土強度低于C15,不宜采用本方法進行加固。            
  
二、施工工藝流程
    主要工藝流程為:
    施工準備→砼表面處理→鋼板表面處理→包鋼構件制作安裝→驗收焊縫→封縫灌漿→檢查養護→竣工驗收。
• 施工準備
     施工前應認真閱讀設計施工圖,必須要將結構面清理干凈,按設計圖紙,在混凝土粘鋼位置測放打磨控制線,待打磨工作完成后補加粘鋼位置線。
• 砼表面處理
    打磨掉混凝土浮層,直至完全露出堅實新結構面,混凝土表層出現剝落、空鼓、蜂窩、腐蝕等劣化現象的部位應予以剔除,用指定材料修補,裂縫部位應首先進行封閉處理。
• 鋼材表面處理
     鋼材粘接面,須進行除銹和粗糙處理。用砂輪磨光機打磨出金屬光澤。打磨粗糙度越大越好,打磨紋路應與鋼材受力方向垂直,其后用棉絲沾丙酮擦拭干凈。
• 包鋼構件制作安裝
    根據圖紙或洽商要求結合現場實際情況對鋼材進行組裝焊接,角鋼與原結構柱盡量貼緊,豎向基本順直,如原結構柱出現較大偏差,應進行順直處理,綴板與角鋼搭接部位須三面圍焊,焊縫應符合設計及《建筑鋼結構焊接規程》要求。
• 驗收焊縫
    現場負責人檢查焊接工作,請總包及監理驗收,填寫《隱檢記錄單》。
6、封縫灌漿
    (1)焊縫檢驗合格后,用環氧砂漿沿鋼材邊緣封嚴,結合現場實際情況確定埋管位置及間距。如不埋管,可在角鋼和綴板上鉆φ6注膠孔,孔間距不大于500mm。
    (2)嚴格按結構膠說明書提供的配比配制,攪拌均勻后方可使用。一次配膠量不宜過多,以40~50分鐘用完為宜。
    (3)用氣泵和注膠罐進行注膠,注膠時豎向按從下向上的順序,水平方向按同一方向的順序,注膠時待下一注膠管(孔)溢出膠為止,依次注膠,直至所有注膠管(孔)均注完。最后一個注膠管(孔)用于出氣孔,可不注膠,注膠結束后清理殘留結構膠。
7、檢查養護
8、竣工驗收
     結構膠固化后用小錘輕輕敲擊鋼材表面,從音響判斷粘接效果,如有個別空洞聲,表明局部不密實,須再次高壓注膠方法補實。  

 
 
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