1、中福广场建筑使用功能改变后框架梁柱的加固摘要：本文分析了中福商业广场使用功能改变后需加固的部位；通过对各种加固方法的比较，提出了框架梁、柱的加固方案，并给出了梁柱交接处、柱与柱交接处节点的处理方法。其工程经验可为同类工程提供参考。关键词：使用功能；加固；加固方案；节点Abstract: This paper analyzes to Fu Plaza commercial use function changes after reinforced parts; through the various reinforcement methods, puts forward the frame be
2、am, column reinforcement scheme, and gives the beam column connection, column and the column junction node processing method. The engineering experience can provide reference for similar engineering.Key words: the use of function; reinforcement; reinforcement; node中图分类号：TU753.8文献标识码：A文章编号：1 工程概况中福商业
3、广场为改造的框架结构，由两个区构成：I区占地面积约3800m2,地上5层，地下1层；II区占地面积2100 m2, 地上5层，地下1层。其主体结构、外装修均已施工完毕。楼板和梁的混凝土设计强度等级为C40，柱的混凝土设计强度等级为C45。框架的抗震设防等级为2级。原楼板活荷载设计值为400kg/m2，现因一层、二层到五层改为大型商场，部分楼面理货区的荷载将达到700kg/m2和1000kg/m2。故相关梁、板、柱原设计已不能满足使用要求，必须进行补强加固，方能满足新的使用功能，确保安全运行。2 加固部位的分析由于荷载的加大，荷载变化区及其附近的楼板、梁、柱中内力发生了较大的变化。在用PKPM软
4、件对新荷载作用下的结构重新建模计算并与荷载变化前原配筋图相比后发现：（1） 原设计中楼板的安全储备比较大，新增荷载只是提高了楼板中混凝土和钢筋的应力水平和利用效率，对其安全并不构成威胁；（2） 框架梁、次梁抗剪承载力基本能满足要求，不需采取加固措施；但梁跨中正弯矩和支座处负弯矩都有不同程度的增加，而且增加幅度还较大，超过了构件正截面的抗弯极限承载力，需作补强加固；（3） 框架柱在荷载加大后部分轴压比超限（二级框架的柱轴压比限值为0.8），有的甚至接近于1，须采取相应措施将轴压比降到限值以内。3 加固方法的选择由于楼板承载力满足要求，主要是框架梁和框架柱需要加固，根据对各种加固方法的优化比较分析
5、来确定梁柱的加固方法。3.1 框架梁的加固梁的加固方法有：加大截面加固法、预应力加固法、改变受力体系加固法、粘贴钢板加固法和粘碳纤维布加固法等。前三种加固方法相对来说都比较复杂，施工程序繁杂，质量难以控制。而后两种加固方法工艺简单，施工方便，可以不动火；所占空间小，几乎不增加被加固构件的断面尺寸和重量，不影响房屋的使用净空，不改变构件的外形；胶粘剂的粘结强度高于混凝土、石材等，可使加固体与原结构形成一个良好的整体，受力均匀，不会在混凝土中产生应力集中现象1 。鉴于此，本工程采用粘贴钢板和粘碳纤维布两种方法混合加固。梁端部负弯矩区粘贴钢板；梁跨中正弯矩区粘贴碳纤维布，部分梁跨中粘碳纤维布尚不能满
6、足承载力要求，须采用粘贴钢板加固。这种混合加固法不仅能满足承载力的要求，而且经济、高效。另外，部分梁因其上已砌好了墙体，不能在梁面粘贴钢板，故采取在梁端底部加工字形钢梁支托的方法。3.2 框架柱的加固柱的加固方法有：加大截面加固法、预应力加固法、改变受力体系加固法、外包角钢加固法、粘钢加固法、粘贴碳纤维布加固法等。为施工方便以及不影响使用面积，本工程对大多数柱采用外包角钢加固法，部分轴压比太大的采用满包钢板加固法。满粘钢板或外包角钢后，一方面，钢板或角钢对混凝土能起到约束作用，提高混凝土的抗压强度；另一方面，钢板或角钢本身能帮助混凝土承受部分压力，从而提高柱的承载力。4 加固方案的设计4.1.
7、梁端负弯矩区的加固设计4.1.1. 梁面粘钢板基本思想是：在用PKPM软件对新荷载作用下的结构重新建模计算并给出配筋图，经与原配筋竣工图比较，得出需增加钢筋的数量；再用等强代换的原则，将所需钢筋的面积换算成所须粘贴钢板的面积。以截面为400 800的框架梁为例：经比较，梁端需分别增加4、5、6根直径为25的二级钢筋，用16Mn钢代换后，即可分别换算为3506、3508、3508的钢板。梁端负弯矩区需粘钢板的长度可参照钢筋混凝土梁支座截面负弯矩纵向受拉钢筋的长度要求3, 延伸至按正截面受弯承载力计算不需要该钢筋的截面以外不小于h0且不小于20d处截断，且从该钢筋强度充分利用截面伸出的长度不应小于
8、1.2la+h0。本设计方案取为梁净跨的1/3。梁端钢板承受的负弯矩须传到柱子内，这一点通过在柱内植筋实现，植入柱内的钢筋与梁面钢板焊接。对于上述三种情况，须分别在柱中植4、5、6根25的钢筋，才能满足传力要求。梁端加固详图如图1所示。钢筋植入深度15d（375mm），当柱在相垂直的两个方向都要植筋时，为避免植入钢筋相冲突，实际操作中可将一侧钢筋稍微抬高。当所需植入的钢筋数量超过4根时，由于钢板宽度只有350mm，钢筋间距太小。为方便将钢筋焊接在钢板上和植入柱中，须将梁端靠近柱一定长度范围内的钢板宽度加大，以加大钢筋间距，便于操作。4.1.2 梁端底部加钢牛腿对于部分梁因其上已砌好了墙体，不能
9、在梁面粘贴钢板，须在梁端底部加工字形钢梁支托。支托的作用有二：减小梁的计算跨度；加大梁端部截面，从而增大梁端部抵抗负弯矩的能力。加设支托后的梁端部负弯矩承载力可按钢和混凝土组合结构计算，详细计算公式见GB50017-2003钢结构设计规范第111页公式(11.2.1-5)和(11.2.1-6) 2。经计算可知，采用图2所示的支托可满足梁端抵抗负弯矩的要求。其中，考虑到梁端弯矩随着离柱边距离的增大，弯矩削减的很快，工字梁采用变截面，端部高度为330mm，距柱边距离为1.2m时截面高度变为0。这样既能增大梁抵抗负弯矩的能力，又能充分利用材料，节约钢材。图1图2支托工字梁由三块板焊接而成，上翼缘为1
10、5004008的钢板，下翼缘为12504008的钢板，腹板为8mm厚的三角形钢板，高314mm，长1200mm。上翼缘钢板长度稍大于腹板长度是为了满足钢板与梁底间粘结力的要求。端板尺寸为350400，工字梁焊接在端板上。端板和工字梁的上翼缘均与柱或梁灌胶粘接。4.2梁跨中的加固设计经计算，部分梁在梁底粘贴通长的双层L300的碳纤维布能满足正截面抗弯承载力的要求,计算方法参照碳纤维片材加固混凝土结构技术规程CECS146:2003第4.3.2条4进行。 对于粘贴双层L300碳纤维布尚不能满足要求的,须粘贴钢板。计算方法参照混凝土结构加固技术规范CECS25:90附录一中的相关规定进行。经计算，在
11、梁底粘贴3506的钢板可满足要求。受拉钢板在其加固点外的锚固粘结长度，按混凝土结构加固技术规范中（附1.2）式计算5。本工程中梁跨中受拉钢板的长度取梁净跨的1/2，位置居于梁的正中。4.3框架柱的加固设计4.3.1柱子外包角钢或粘钢板尺寸的选定基本思想是：采用外包角钢或满粘钢板来间接增大混凝土柱的截面，以达到降低轴压比的目的。根据混凝土结构设计规范GB 50010-2002，对于二级抗震等级的框架结构，轴压比限值为0.8，而本结构在荷载加大后最大轴压比达到0.96，对于各种轴压比，可根据计算确定需加多大的角钢或钢板：柱的混凝土强度等级为C45， 21.2N/mm2，加固钢板采用Q235钢， 2
12、10 N/mm2，柱的截面为800800，即有：（1） 对于轴压比介于0.86和0.96之间的柱，须满粘4mm厚钢板：加固前：0.86 0.96加固后： 0.8，满足要求。上述两公式中各符号的意义为（下同）：N使用功能改变后柱子轴力的设计值 混凝土抗压强度设计值 钢板或角钢抗拉强度设计值 所加钢板或角钢面积 原混凝土柱的截面面积（2）对于轴压比小于0.86，大于0.84的柱，采用将柱四角包L1006的角钢：加固前：0.84 0.86加固后： 0.8，满足要求。（3）对于轴压比小于0.84，大于0.8的柱，采用将柱四角包L755的角钢：加固前：0.8 0.84加固后： 0.8满足要求。4.3.2
13、上下层柱交接节点的设计由于二、四层楼面荷载均有加大，一、二、三层以及地下一层柱均须加固，上层柱的轴力要传到下层柱，须做好上下层柱交接节点的处理。上下层柱力的传递可通过在柱边楼板上打孔并穿入钢筋来实现，钢筋两端分别与上下层柱上的外包角钢或所粘钢板焊接。钢筋面积和数量可按等强代换的原则，通过上层柱外包角钢(或粘钢板)的面积代换得到。经计算在本工程中，需8根22的钢筋才能满足要求。然而，考虑到这种方法由于钢筋直径较大，突出柱面高度较大，不便于日后装修，本工程采用图3所示的节点处理方式。以上层柱外包角钢加固，下层柱满粘钢板加固的柱节点为例，通过8根（楼板上下各4根）L1006的角钢分别与上层柱的外包角
14、钢和下层柱的满粘钢板焊接，上下两角钢间通过8根（每对角钢2根）M22的螺杆连接，从而实现上下层柱力的传递。对于上下层柱均为外包角钢加固的柱节点可采用相同的处理方式。这种方法的传力途径为：上层柱及其外包角钢楼板上方L1006角钢M22螺杆楼板下方L1006角钢下层柱及其外包角钢或满粘钢板。该方法便于装修，但传力途径过于复杂，施工也较前述方法繁杂。但考虑到装修限制，也不失为一种新的节点处理方法。图3 上下层柱交接处节点详图5 结束语（1）粘贴碳纤维布加固、粘钢加固、外包角钢加固都是新型的加固方法，近年来在实际工程中的应用也越来越广泛。本文介绍的实际工程的加固设计是对这些加固方法的一个综合应用。加固
15、后该建筑物使用效果较好，对同类型结构的加固可以起到借鉴作用。（2）与加大截面加固、预应力加固等方法相比，粘钢加固、外包角钢加固和粘贴碳纤维布加固施工方便，工期较短，技术难度不大，能较大的提高梁的抗弯承载力和柱的抗压承载力。（3）根据以往工程经验和本次工程的检验，本文所介绍的两种上下层柱交接节点的处理方法，传力效果都较好。在实际工程中，可根据不同要求选择合适的方法。参考文献：1 张立人等. 建筑结构检测、鉴定与加固. 武汉理工大学出版社.20032 GB50017-2003,钢结构设计规范3 GB 50010-2002,混凝土结构设计规范4 CECS146:2003,碳纤维片材加固混凝土结构技术规程5 CECS25:90,混凝土结构加固技术规范注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
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