大截面框架柱加固方法及案例分析

大截面框架柱加固方法及案例分析

一、引言

工程质量是关系国家财产和人民生命安全的一件大事。今年来，我国连续发生了几起重大的工程质量事故，引起了全国上下极大的关注。1996年10月。建设部组织召开了全国建设工程质量工作会议，对工程质量状况进行了全面分析，提出了关注工程质量综合治理的措施。钢筋混凝土结构是当前应用最多的结构型式，若钢筋混凝土结构由于种种原因不能满足安全性、适用性、耐久性的要求，且经过建筑物可靠性鉴定为c级或d级的，必须进行补强加固处理[1]。

柱是建筑结构中的基本受力构件之一，气承载力的大小对结构的俺去昂适用起着至关重要的作用。柱是压弯构件，受很大的轴力，这种受力状态决定了柱的延性较小，而作为结构的主要承载部分，柱子破坏将引起严重后果，不易修复甚至引起结构倒塌。为此，在钢筋混凝土框架设计中，要控制梁柱的相对强度，使塑性铰先在梁端出现，尽量避免或减少柱子中的塑性铰【2】。国内历次大地震中，有钢筋混凝土柱失效造成的震害是很多的。我国也是个多地震国家，许多地区都处在地震区，在这些地区中，对建筑结构进行抗震加固，一级对震损结构的修补常常是结构工程师的主要工作内容。在抗震设计和加固中，尤其要求对钢筋混凝土柱这一主要承重构件进行局部加强，使其满足有关承载力和延性要求，这就需要有一些行之有效的加固措施。今年来随着高层超高建筑的兴起，大截面柱应用越来越多，本文结合钢筋混凝土大截面柱加固的工程实例，将其较为常用的加固方法进行对比分析，为今后这种构件加固及其进一步的研究提供参考【3】。

二、框架柱加固的特点及常用方法

我国从50年代就开始了结构的加固处理，及时年来，国内许多混凝土结构的加固工程实例，积累了丰富的实践经验。90年代初我国即颁布了《混凝土结构加固技术规范》（CECS25；9），总结了我国成熟的加固技术，适用于多种原因造成的结构、构件的补强加固处理，对推动加固技术的发展起到很大作用。而无论从工厂应用还是从接结构理论上来看，柱的加固，近年来尤其是框架结构柱的加固，都是结构加固工程中一个十分重要的组成部分。

造成钢筋混凝土柱承载力不够的原因大致有设计错误，施工粗糙，使用不当，变更用途径和遭遇自然灾害等。框架结构柱加固与新建工程框架结构的设计不尽相同，主要针对已建的工程，受客观条件所约束，针对具体现存条件进行加固设计与施工。往往是在不停产或尽量少停产的条件下施工，要求施工速度快、工期短。且施工现场狭窄、拥挤，常受生产设备、管道和原有结构的制约，大型施工机械难以发挥作用，还往往对原有的和相邻的结构、构件有不良影响。框架结构柱加固施工常分段、分期进行，还会因各种干扰而中断，施工较繁琐复杂，并常常存在许多不安全因素。框架结构柱加固设计包括原结构的验算和加固设计计算，要求考虑新、旧接哦股强度、刚度、适用寿命的均衡，以及新、旧结构的协调工作。

有框架结构柱加固工程的特点，根据几十年来建筑物加固的实践经验，当前常用的钢筋混凝土框架结构柱加固方法有：改变结构传力途径加固法、预应力加固法、加大截面加固法、外包钢加固法以及粘贴碳纤维加固法等。各种加固方法都有其各自的优缺点及适用范围，应

根据实际情况加以选用【4】。

改变结构传力途径加固法是指通过增设支点（柱或托架）的办法，使结构受力体系（即计算简图）得以改变，从而改善框架柱受载及内力情况的加固方法。由于增加了支点，减小了计算跨度，因而能够较大幅度的提高柱的承载能力，减小和限制柱的变形。此种方法主要有增设支点赫尔托梁拨柱法两种形式。此方法对框架结构柱的补强加固效果较好，但对建筑物的空间使用影响较大，且施工复杂程度也较高。

预应力加固法即用预应力型钢撑杆对框架结构柱进行加固的方法。可分为单侧预应力撑杆加固（适用于偏心受压柱加固）和双侧预应力撑杆加固（适用于轴心受压柱加固）。这种加固方法具有可预制、减少净空很少、基本不要求停产进行及施工简便的优点。但此种方法不适用于高温环境下的混凝土结构，另外需要特别注意尽量减少预应力的损失。

加大截面加固法即通过增大框架结构柱的截面面积和配筋，提高其强度、刚度、稳定性及抗裂性，满足正常适用要求。这种加固方法的缺点也是比较显著，主要是现场作业工作量大，等于生产生活影响较大及影响房屋外观净空等。、

外包钢加固法即在框架结构柱四周以型钢以提高其承载力。又可分为干式和湿式两种。干式外包钢加固即将型钢直接外包于被加固构件四周，型钢于构件间无任何连接，或虽塞填水泥砂浆但仍不能满足结合面剪力传递要求。以乳胶水泥或环氧树脂化学灌浆等方法粘贴型钢时，称为湿式外包钢加固。此种加固方法优点是可大幅度提高柱承载能力，施工简便，工期短。但外包钢必须进行防腐处理，防止高温环境，以提高其耐久性。

近年来，土木工程领域出现了各式各样的新型材料，如各种高强度混凝土，纤维增强材料等。其中碳纤维布由于其强度高、重量轻、耐腐蚀、耐久性好等诸多优点，在混凝土结构补强加固领域的应用发展尤为迅速。碳纤维加固法是指用碳纤维布配套用胶将碳纤维布粘贴于混凝土构件表面的补强方法。碳纤维布加固钢筋混凝土框架结构柱具有如下很多的优点：适用面广；高强高效；具有极佳的耐腐蚀性、抗渗性及耐久性能；抗疲劳性能和减震性能好；施工便捷、质量易于保证等。当然，此种方法的理论研究目前还不是很成熟，但无疑具有较为广阔的应用前景。

三、大截面柱加固工程实例分析

下面我们通过一工程实例，来对框架结构钢筋混凝土大截面柱的加固方法进行对比分析。某钢筋混凝土框架结构住宅楼，开始拟建15层，设计施工亦照此进行。后欲加建两层，改为17层，因而需采取牟宗加固措施来提高结构的承载能力。本文主要介绍一层柱的加固，一层柱高3.8米，700*600mm矩形截面，受力纵筋为20根直径为25mm的钢筋，箍筋采用间距为100mm直径为10mm的钢筋，混凝土强度等级为C30.

考虑本工程的实际情况，由于此楼一层为门面房，故改变结构传力途径加固法、加大截面加固法这类影响房屋净空及外观的方法就不太实用。考虑到新旧两部分共同工作的因素，本工程采用预应力撑杆加固法

由L0/b=6.3,查表可得：=1，则原柱承载力N0为【5】: