斜向鋼支撐荷載轉(zhuǎn)移法在結(jié)構(gòu)加固應(yīng)用

斜向鋼支撐荷載轉(zhuǎn)移法在框架柱托換中的應(yīng)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(jí)二級(jí)，6度抗震設(shè)防，Ⅳ類場(chǎng)地，抗震設(shè)防丙類，結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)框架為四級(jí)，抗震墻為三級(jí)?；炷翉?qiáng)度設(shè)計(jì)等級(jí)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(shí)，經(jīng)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)七層部分墻柱和八層部分梁板混凝土強(qiáng)度嚴(yán)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(qiáng)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(dāng)日混凝土澆搗施工過程中因泵管堵塞時(shí)間較長(zhǎng)，導(dǎo)致商品混凝土超過初凝時(shí)間，攪拌車違規(guī)直接加水?dāng)嚢璨⒃俅芜\(yùn)回現(xiàn)場(chǎng)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(fēng)險(xiǎn)和工程隱患最小，但很不經(jīng)濟(jì)，工期也較長(zhǎng)。２．對(duì)七層強(qiáng)度不合格的墻柱進(jìn)行托換或加固，對(duì)八層不符合設(shè)計(jì)要求的梁板進(jìn)行加固或鑿除后重新澆筑。該方法比較經(jīng)濟(jì)，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(dá)到設(shè)計(jì)和規(guī)范的要求。３．對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行如包鋼板，包碳纖維等加固，該方法施工最簡(jiǎn)單，加固后混凝土強(qiáng)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(shí)的延性不匹配，仍然存在一定的安全隱患，并且對(duì)用戶的裝修和使用會(huì)帶來不便。二．分析與設(shè)計(jì)

混凝土的強(qiáng)度除滿足承載力的要求以外，還應(yīng)滿足最低強(qiáng)度等級(jí)要求。《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等級(jí)對(duì)抗震等級(jí)為二～四級(jí)時(shí)不應(yīng)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(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C25。采用實(shí)測(cè)強(qiáng)度復(fù)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(qiáng)度等級(jí)是本工程托換加固的主要控制標(biāo)準(zhǔn)，我們把加固或托換的范圍界定實(shí)測(cè)強(qiáng)度低于C25的墻柱和低于C20的梁板。當(dāng)取芯與回彈強(qiáng)度不一致時(shí)以取芯強(qiáng)度為準(zhǔn)。根據(jù)工程的實(shí)際情況，對(duì)邊柱，中柱，剪力墻分別采用不同的處理方法對(duì)保證工程質(zhì)量，減少施工風(fēng)險(xiǎn)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(qiáng)度儲(chǔ)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(zhǎng)度，托換時(shí)可以考慮保留中間部分，而對(duì)兩端分批進(jìn)行鑿除后再次澆搗，對(duì)中間保留部分按剪力墻局部開洞進(jìn)行計(jì)算復(fù)核，鑿除并重新澆搗部分的長(zhǎng)度不小于剪力墻構(gòu)造邊緣構(gòu)件的長(zhǎng)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(shè)了型鋼。電梯井部分除構(gòu)造邊緣構(gòu)件外，對(duì)有梁擱置部位的暗柱也分批進(jìn)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(shí)七層柱和八層樓面的梁柱節(jié)點(diǎn)都必須鑿除重新澆搗，否則節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度就很難滿足抗震設(shè)計(jì)的要求。我們?cè)?jīng)考慮在托換柱的六層和八層設(shè)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(shè)置混凝土托盤時(shí)與柱連接的穿心鏍桿對(duì)六層和八層柱子的結(jié)構(gòu)損傷較大，施工周期也較長(zhǎng)。

由于被托換的柱子僅三向有梁，設(shè)計(jì)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(yù)應(yīng)力時(shí)產(chǎn)生的次應(yīng)力，在柱子無梁的方向設(shè)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(biāo)準(zhǔn)值，并適當(dāng)考慮部分施工荷載和風(fēng)荷載，將構(gòu)件的實(shí)測(cè)強(qiáng)度輸入，模擬施工鑿除時(shí)的受力條件，復(fù)核支撐的強(qiáng)度，穩(wěn)定性。為保證安全，支撐在強(qiáng)度驗(yàn)算時(shí)的應(yīng)力與強(qiáng)度比控制不大于0.5，在穩(wěn)定性驗(yàn)算時(shí)的應(yīng)力與強(qiáng)度比控制不大于0.6；支撐基本確定后還應(yīng)復(fù)核此時(shí)原結(jié)構(gòu)的混凝土梁等強(qiáng)度能否滿足強(qiáng)度要求，對(duì)強(qiáng)度不符合要求的構(gòu)件應(yīng)在柱子鑿除前考慮予以加強(qiáng).在柱子鑿除前用千斤頂對(duì)鋼支撐施加預(yù)應(yīng)力使柱子卸荷至低應(yīng)力或零負(fù)荷應(yīng)力狀態(tài)。根據(jù)內(nèi)力計(jì)算的結(jié)果，用千斤頂對(duì)鋼斜撐施加預(yù)應(yīng)力時(shí)，鋼斜撐會(huì)對(duì)邊柱會(huì)產(chǎn)生一個(gè)向外的水平推力，在中柱八層梁柱節(jié)點(diǎn)鑿除后，水平推力將直接傳給邊柱節(jié)點(diǎn)，這對(duì)混凝土強(qiáng)度存在嚴(yán)重缺陷的結(jié)構(gòu)極不利，為平衡水平推力，增設(shè)了4Φ25帶伸縮節(jié)的拉桿。4.節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)八層樓面的外道支撐通過采用下端節(jié)點(diǎn)的自鎖式千斤頂預(yù)應(yīng)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(diǎn)的預(yù)應(yīng)力施加裝置和螺栓，鋼柱，七層的節(jié)點(diǎn)裝置和六層的千斤頂傳至的下層的結(jié)構(gòu)柱，在節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)考慮盡可能不對(duì)梁產(chǎn)生附加內(nèi)力，為減少支撐預(yù)應(yīng)力的松弛和控制預(yù)應(yīng)力的大小，設(shè)計(jì)要求采用手動(dòng)自鎖式千斤頂，高強(qiáng)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(yù)應(yīng)力控制預(yù)應(yīng)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(jì)算，控制柱子的豎向位移不大于±3mm。三．施工控制與監(jiān)測(cè)

除設(shè)計(jì)的主支撐外，施工措施上增加了一套應(yīng)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(gè)托換過程中只處于松弛的接觸狀態(tài)，不施加應(yīng)力。1施工1.鋼構(gòu)件加工、鋼支座定位劃線和鋼筋位置測(cè)定,錨栓植入和安裝節(jié)點(diǎn)支座；安裝鋼支撐和千斤頂預(yù)緊,根據(jù)設(shè)計(jì)要求施加預(yù)應(yīng)力，預(yù)應(yīng)力取支撐最不利組合的60%～70%，并維持24小時(shí)，觀測(cè)支撐軸力和位移的變化，2.鑿柱子上部斷面，鑿上切口時(shí)采取對(duì)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(guān)梁節(jié)點(diǎn)，4.鑿除柱子至根部，5.澆搗新柱混凝土，6.待混凝土強(qiáng)度達(dá)80%以上時(shí)拆除支撐，并砌筑上部結(jié)構(gòu)的填充墻。2監(jiān)控測(cè)試監(jiān)控結(jié)果表明，內(nèi)力和位移未出現(xiàn)較大波動(dòng)，并且位移均是向上的，這表明我們對(duì)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(shí)測(cè)值（mm）步驟軸號(hào)

12345613/E-F

0.81.61.41.41.51.521/E-F0.30.50.60.60.60.2表2施工時(shí)各支撐內(nèi)力實(shí)測(cè)值（KN）

桿件軸號(hào)

①

②

③

④⑤⑥設(shè)計(jì)預(yù)值1201716309616019013/E-F90～112175～190570～60460～76120～145180～21721/E-F107～121