既有框架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)核心區(qū)周圍的錨固
發(fā)布時(shí)間：2019-03-19 點(diǎn)擊次數(shù)：2055 新聞來源：【本站】
既有框架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)核心區(qū)周圍的錨固
佟建國(guó)
（四川國(guó)方建筑機(jī)械有限公司 成都610045）
【提要】既有建筑進(jìn)行加固改造不可避免的受到原結(jié)構(gòu)以及使用功能要求等諸多限制,特別是節(jié)點(diǎn)核心區(qū)域及其周圍的復(fù)雜受力和內(nèi)部構(gòu)造,如果完全滿足設(shè)計(jì)規(guī)范(規(guī)程)條文很難實(shí)現(xiàn)。本文力求在掌握現(xiàn)行規(guī)范(規(guī)程)原則的前提下,緊密結(jié)合實(shí)際,采取有效措施靈活運(yùn)用,保證新增構(gòu)件與原結(jié)構(gòu)連接可靠、牢固結(jié)合，從而達(dá)到共同工作的目的,使新增荷載有效地傳遞到復(fù)合構(gòu)件上。
【關(guān)鍵詞】既有結(jié)構(gòu) 梁柱節(jié)點(diǎn) 加固改造 錨固 共同工作 二次受力 卸載
0、 問題
新增加的構(gòu)件及材料通過粘接、嵌入、植入、注入、圍包、焊接、覆蓋、噴射、預(yù)應(yīng)力等技術(shù)手段與原主體結(jié)構(gòu)緊密結(jié)合,形成新的整體共同工作,從而達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)加固、增設(shè)構(gòu)件以及改變受力的目的。這里特別應(yīng)該提到的是緊密結(jié)合是必須的,但不是唯一的，唯一的是必須達(dá)到共同工作,使新增荷載有效的傳遞到復(fù)合構(gòu)件上，從而經(jīng)受使用、環(huán)境和時(shí)間帶來的考驗(yàn),這應(yīng)該是加固技術(shù)最基本的機(jī)理和概念。
但筆者通過多年觀察實(shí)踐,對(duì)于既有框架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)核心區(qū)周圍的錨固補(bǔ)強(qiáng)除施I原因外,發(fā)現(xiàn)一-些加固的設(shè)計(jì)大樣、圖解以及施工方案都不同程度的存在問題和不足,特別是梁、板負(fù)彎矩在支座處的錨固補(bǔ)強(qiáng)以及新增荷載較大的構(gòu)件,分析原因不難看出其所在,而且有時(shí)還同時(shí)并存于:
(1)、結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)前未對(duì)原結(jié)構(gòu)進(jìn)行必要的鑒定和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研;
(2)、基本概念模糊;
(3).設(shè)計(jì)不合理;
(4)、設(shè)計(jì)符合原理，
(5)、施工方法及工藝步驟不對(duì);
(6)、施工前未進(jìn)行必要合理的支撐和卸載。
1、分析
我們知道，補(bǔ)強(qiáng)加固是提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件能力的過程，是一項(xiàng)多技術(shù)手段的綜合作業(yè)。我們?cè)谑┕み^程中對(duì)每一種材料或技術(shù)手段是否達(dá)到要求可以進(jìn)行可靠的檢測(cè)，比如原材料的強(qiáng)度檢測(cè),新舊材料或兩種不同材料之間的結(jié)合強(qiáng)度等,但整體完工后是否達(dá)到共同工作或載荷要求，到目前為止還沒有一種可靠簡(jiǎn)便的測(cè)試方法，為了保險(xiǎn)起見，一些材料規(guī)定或選取的設(shè)計(jì)值與標(biāo)準(zhǔn)值相差甚遠(yuǎn),從而也造成了節(jié)點(diǎn)過大以及材料的浪費(fèi)。更重要的是近年來加固工程出現(xiàn)的隱患,特別是梁、板新增結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的裂縫應(yīng)該引起我們的高度重視,只要出現(xiàn),就是無效失敗的補(bǔ)強(qiáng),必須重新進(jìn)行,這是因?yàn)檠a(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)屬于二次受力的破壞,與一般未經(jīng)過補(bǔ)強(qiáng)的普通結(jié)構(gòu)有很大差異，在補(bǔ)強(qiáng)前即使去掉全部活荷載，其原結(jié)構(gòu)也已受力且原結(jié)構(gòu)混凝土收縮變形已完成，補(bǔ)強(qiáng)后,隨著荷載的增加,原結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變值都比較高,但新增材料或構(gòu)件并不會(huì)立即分擔(dān)荷載,而是在荷載超出原結(jié)構(gòu)的荷載前提下才可能出現(xiàn)。也就是說新增材料或構(gòu)件的應(yīng)力、應(yīng)變始終滯后于原結(jié)構(gòu)的累計(jì)應(yīng)力、應(yīng)變,如果這時(shí)由于設(shè)計(jì)、施工以及結(jié)合界面處理不當(dāng)，新增材料或構(gòu)件的應(yīng)力、應(yīng)變就不會(huì)出現(xiàn)或者還很低,這時(shí)必然原結(jié)構(gòu)出現(xiàn)斷裂,全部荷載施加于新增材料或構(gòu)件上,新增材料或構(gòu)件必然無法承擔(dān)而出現(xiàn)斷裂,這種情況是非常危險(xiǎn)的。
因此，不難看出我們?cè)谏钊朐O(shè)計(jì)大樣以及施工中，關(guān)鍵是解決一次受力和二次受力之間有效的傳遞關(guān)系。原結(jié)構(gòu)一次受力達(dá)到極限值時(shí),新增補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)的二次受力能夠及時(shí)的補(bǔ)償并做出應(yīng)有的貢獻(xiàn),使新增載荷有效的傳遞到復(fù)合構(gòu)件上,這就是我們所說的共同工作。這方面的機(jī)理研究，我國(guó)的科技及設(shè)計(jì)工作者已做了深入的解析,但實(shí)際應(yīng)用中明顯感到不足和差距。
補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)的這些受力特征,決定了混凝土結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)計(jì)算、構(gòu)造及施工,但在抗彎設(shè)計(jì)中普遍未進(jìn)行二_次受力計(jì)算, -般采用補(bǔ)差式的簡(jiǎn)化方法,這種方法過高的估計(jì)了構(gòu)件實(shí)際抗彎能力,在恒荷載較大時(shí)這種簡(jiǎn)化的方法就偏于不安全了。
2、設(shè)計(jì)與施工
解決了以上提出的問題,大樣的深入設(shè)計(jì)就必須要有針對(duì)性了，及針對(duì)補(bǔ)強(qiáng)材料的受力特征、針對(duì)支座處的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),以及針對(duì)二次受力如何接應(yīng)一次受力進(jìn)行進(jìn)行設(shè)計(jì)。通常情況下梁、板負(fù)彎矩錨固補(bǔ)強(qiáng)受使用條件限制，是在不改變其截面的條件下增大其抗彎承載力。這里無論采用粘貼鋼板、粘貼碳纖維片材還是采用植筋的手段都必須將補(bǔ)強(qiáng)材料牢固的錨入支座內(nèi),并將受力方向平行于梁的負(fù)彎鋼筋,充分利用補(bǔ)強(qiáng)材料的抗拉能力達(dá)到增大抗彎承載力,這是非常重要的環(huán)節(jié)。加固中常出現(xiàn)錯(cuò)誤的是采用粘貼或圍箍的方法將補(bǔ)強(qiáng)材料呈90°彎起,這種方法無法迎合原構(gòu)件的極限應(yīng)力,無論如何圍包都相當(dāng)于錨固在保護(hù)層上,很容易撕裂剝離,過早失效。因此筆者建議《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范GB50367 - 2006 )》圖9.9.3-3錨固構(gòu)造示例應(yīng)進(jìn)行必要及時(shí)的修改。
新增加固材料及構(gòu)件與原主體結(jié)構(gòu)緊密結(jié)合是加固成功的關(guān)鍵所在，為了獲得良好的粘合效果，原有混凝土基層必須堅(jiān)固、干凈沒有任何妨礙粘合的雜質(zhì)存在,同時(shí)原有混凝土基層表面必須有開放的毛細(xì)孔，這是非常重要的。因?yàn)檎澈系闹饕獧C(jī)理是粘結(jié)材料被吸入混凝上的毛細(xì)孔中，如果這些毛細(xì)孔被砂漿或灰塵等雜物堵塞吸收就不可能進(jìn)行。粘貼碳纖維片材所用底膠新舊混凝土結(jié)合內(nèi)采用的界面劑以及澆注混凝土前涂刷水泥漿的老方法都是這種機(jī)理。近年來,關(guān)于新舊混凝土粘結(jié)性的研究受到了高度的關(guān)注,將其作為現(xiàn)有建筑加固改造的重點(diǎn)內(nèi)容之一。 由于粘結(jié)界面受力較為復(fù)雜,影響粘結(jié)性的因素較多,但歸納起來著重為:
(1)、原混凝土基層的強(qiáng)度及質(zhì)量;
(2)、基層的處理方法;
(3)、新增材料粘結(jié)力和強(qiáng)度;
(4)、使用環(huán)境而后養(yǎng)護(hù)方式。
既有結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固處理與普通結(jié)構(gòu)施工有很大的差異,不可避免的受到既有構(gòu)件以及使用功能諸多限制,特別是節(jié)點(diǎn)核心區(qū)域結(jié)構(gòu)復(fù)雜鋼筋密集,以及新增載荷較大的構(gòu)件。如果完全套用和滿足設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)程條文施工無法進(jìn)行,因此掌握規(guī)范(規(guī)程)原則根據(jù)鑒定評(píng)估及結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)和工程實(shí)際相結(jié)合,靈活設(shè)計(jì)施I是解決實(shí)際問題的根本所在。在發(fā)生沖突時(shí),我們應(yīng)該掌握以下原則:
(1)、結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)前對(duì)原結(jié)構(gòu)進(jìn)行必要的鑒定和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研;
(2)、加固方案確定應(yīng)根據(jù)可行性鑒定確認(rèn)的結(jié)果及加固原因(如完好情況下的加固或受損狀態(tài)下的加固)結(jié)合構(gòu)造特點(diǎn)、條件和新功能要求等因素并按加固效果可靠、施工簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)合理原則,綜合分析確定;
(3)、由于節(jié)點(diǎn)處梁、柱相交的不同狀態(tài),其節(jié)點(diǎn)受力的分布也不一樣。角柱節(jié)點(diǎn)的受力影響最大,而其中柱節(jié)點(diǎn)由于四周梁的約束影響較小,但在地震作用下應(yīng)加強(qiáng)抗剪能力,對(duì)于邊柱節(jié)點(diǎn),柱的抗彎能力比較大。在強(qiáng)柱弱梁的狀態(tài)下,容易滿足要求。但容易發(fā)生梁筋和柱筋的粘結(jié)滑移,頂層邊框架節(jié)點(diǎn)比較復(fù)雜節(jié)點(diǎn)核心區(qū)容易發(fā)生破壞，頂層中柱節(jié)點(diǎn)的抗彎能力比梁的抗彎能力弱等等。從而根據(jù)這些不同的受力狀態(tài)進(jìn)行方案選擇;
(4)、力求簡(jiǎn)化以及不損傷或盡量減少原結(jié)構(gòu)的損傷。
3、卸載
只有通過卸載，才能讓新增的載荷有荷的傳遞到復(fù)合構(gòu)件上。一般來說,混凝土構(gòu)件的拉力都是由鋼筋來承載的，卸載就是將鋼筋受到的拉應(yīng)力盡可能的卸除。如果受壓區(qū)出現(xiàn)破損,也會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力在其周圍重新分布，出現(xiàn)過載和過度的形變，這時(shí)更需要將荷載卸除從而保證荷載能正常分擔(dān)在新增加固構(gòu)件.上。卸載分為直接卸載和間接卸載，直接卸載是將活荷載移離加固區(qū)域或?qū)⒖苫謴?fù)的墻體等拆離。間接卸載是采用反向力施加于原結(jié)構(gòu)以抵消或降低原有作用效應(yīng),直接卸載直觀定量,但可卸荷載有限,間接卸載量值無限但施工中不易控制。理論上講,加固前應(yīng)該百分之百將載荷卸除,但由于原結(jié)構(gòu)混凝土收縮變形已完成和受力的復(fù)雜因數(shù),加之通常采用千斤頂或臨時(shí)支柱進(jìn)行卸載,不易定量。為施工方便起見,簡(jiǎn)而易見的方法是采用最大提升量不大于荷載的千斤頂。實(shí)際中卸除荷載的60% ~ 80%是比較合理的。
4、大樣
筆者根據(jù)以上特點(diǎn)及原則提供以下大樣供設(shè)計(jì)和施工技術(shù)人員參考,力求在掌握現(xiàn)行規(guī)范(規(guī)程)原則的前提下靈活的設(shè)計(jì)施工，其截面尺寸和配筋按本文要求驗(yàn)證。
圖1：核心區(qū)梁柱節(jié)點(diǎn)加大截面
實(shí)例：成都某大廈一層中柱，由于施工質(zhì)量差，梁、柱結(jié)合處混凝土出現(xiàn)疏松狗洞。（1997年）
實(shí)例：四川師范大學(xué)AT學(xué)院教學(xué)樓加層（2003年）
圖3 采用十字型柱設(shè)置立柱
實(shí)例：成都世紀(jì)城天鵝湖D棟在30層（100m）增設(shè)陽臺(tái)（160㎡）主體為框剪結(jié)構(gòu)，陽臺(tái)為鋼結(jié)構(gòu)，其鋼立柱與原主體立柱采用混凝土座臺(tái)預(yù)埋板結(jié)合。（2007年）
實(shí)例：四川某大學(xué)老校區(qū)職工宿舍處理挑梁根部開裂，鉆孔后穿入4Φ22鋼筋并錨固。（1999年）
實(shí)例：成都原匯通大廈（32層）屋頂邊梁電梯帽原為正方形，為增加效果，將其改為圓形帽，由于植入柱中圓弧太大，故采用在邊梁鉆孔并穿入（錨固）梁筋后，其端頭錨入增設(shè)的牛腿中。（2001年）
圖8：粘鋼、植筋合二為一增加梁負(fù)彎承載力
實(shí)例：成都國(guó)際會(huì)展中心一期，將2Φ25鋼筋焊在鋼板上后，植入并粘貼鋼板。（1999年）
5、結(jié)語
多年的工程實(shí)踐證明,充分靈活的運(yùn)用現(xiàn)行規(guī)范(規(guī)程)提供的基本規(guī)定、加固方法以及施工技術(shù)。只要設(shè)計(jì)構(gòu)思正確，施工工藝切實(shí)可行,就能達(dá)到預(yù)期目的。筆者希望通過本
文能給予設(shè)計(jì)和施工技術(shù)人員一定的幫助。
參考文獻(xiàn)
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[4]、混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范( GB50367-2006 )北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社2006
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