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钢结构工程
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   【技术服务】 结构补强技术

    对于建筑结构加固工程,可分为结构整体抗震加固(即体系加固)和结构局部补强(即构件加固)。体系加固是针对房屋结构整体抗震性能不足现行抗震鉴定标准而进行的加固;构件加固是针对局部构件承载力不足而进行的局部构件的加固。

    1 基础加固

    1.1加大基础底面积
    适用范围:
    加大基础底面积法适用于当现有建筑的地基承载力或基础底面积尺寸不满足设计要求时的加固。
 
图1 基础加大底面积示意

    构造要求:
    1、 当基础承受偏心受压时,可采用不对称加宽;当承受中心受压时,可采用对称加宽;
    2、 在灌注混凝土前应将原基础凿毛和刷洗干净后,铺一层高强度等级水泥浆或涂刷混凝土界面剂,以增加新老混凝土基础的粘结力;
    3、加宽部分的主筋应与原基础内主筋采用焊接方式进行拉结,并设置梅花布置的拉结筋(如抗剪需要该筋需根据计算确定)。

    1.2加深基础法
    适用范围:
    加深基础法适用于地基浅层有较好的土层可作为持力层且地下水位较低的情况。该方法即将原基础埋置深度加深,使基础支承在较好的持力层上,以满足设计对地基承载力和变形的要求。
    构造要求:
    1、采用加深基础法加固既有房屋基础时需分批、分段、间隔进行。间隔开挖长度约1.2m左右,宽度约0.9m的竖坑;
    2、基础下的竖坑应采用现浇混凝土灌注,并在距原基础底面80mm处停止灌注,待养护一天后再掺入膨胀剂和速凝剂的干稠水泥砂浆填入基底空隙,确保密实。

    1.3锚杆静压桩
    适用范围:
    锚杆静压桩法适用于淤泥、淤泥质土、黏性土、粉土和人工填土等地基土。
    原基础构造要求:
    原基础承台除应满足有关承载力要求外,尚应符合下列规定:承台周边至边桩的净距离不宜小于200mm;原基础压桩孔部位作为承台的基础厚度不宜小于350mm,否则应采取附加封桩锚固措施;桩顶嵌入承台内长度应为50~100mm;压桩孔内应采用C30微膨胀早强混凝土浇筑密实。桩身混凝土强度等级不应低于C30;当原基础厚度小于350mm时,封桩孔应用2φ16钢筋交叉焊接与锚杆上,并应在浇筑压桩孔混凝土的同时,在桩孔顶面以上浇筑桩帽,厚度不得小于150mm。

    桩身构造要求:
    桩身材料可采用钢筋混凝土或钢材;对钢筋混凝土桩宜采用方形,桩的边长宜为200~300mm;桩身混凝土强度等级不应低于C30;桩内主筋应按计算确定。
    当方桩截面边长为200mm时,配筋不宜少于4φ10;当边长为250mm时,配筋不宜少于4φ12;当边长为300mm时,配筋不宜少于4φ16;每节桩长宜为1.0~2.5m,桩节之间应有可靠连接,应采用焊接连接。

    锚杆构造要求:
    锚杆可采用光面直杆镦粗螺栓或焊箍螺栓,并应符合下列要求:
    当压桩力小于400kN时,可采用M24锚杆;当压桩力为400~500kN时,可采用M27锚杆;锚杆螺栓的锚固深度可采用10~12倍螺栓直径,并不应小于300mm,锚杆露出承台顶面长度应满足压桩机具要求,一般不应小于120mm;锚杆与压桩孔、周围结构及承台边缘的距离不应小于200mm。

    2 砖墙加固
    2.1钢筋网水泥砂浆面层加固法

    适用范围:
    钢筋网水泥砂浆面层加固,是在面层砂浆中配设一道钢筋网或钢板网或焊接钢丝网,达到提高墙体承载力和延性的一种加固方法。其优点是出平面抗弯刚度有较大幅度提高,平面内抗剪强度和延性提高较多,抗塔抗裂性有较大幅度改善,该方法适用于静力加固和中高烈度的抗震加固。

    构造要求:
    当基础承受偏心受压时,可采用不对称加宽;当承受中心受压时,可采用对称加宽;在灌注混凝土前应将原基础凿毛和刷洗干净后,铺一层高强度等级水泥浆或涂刷混凝土界面剂,以增加新老混凝土基础的粘结力;加宽部分的主筋应与原基础内主筋采用焊接方式进行拉结,并设置梅花布置的拉结筋(如抗剪需要该筋需根据计算确定)。

    3 钢筋混凝土柱加固
     各种加固法适用情形:

 
图2 柱加固法适用情形

    3.1增大截面加固法
    适用范围:

    增大截面加固法,即通过增加原构件的受力钢筋,同时在外侧重新浇筑混凝土以增大构件的截面尺寸,来达到提高承载力的目的。其优点是可以同时增大构件的刚度、承载力和变形能力,部分情况下也可以加强连接的可靠性;其缺点是湿作业工作量大、养护期长、占用建筑空间较多等。增大截面加固混凝土柱示意下图所示。

 
图3 增大截面加固法加固砼柱示意

    构造要求:
    1、构件混凝土强度等级不应低于C13;b、新增部分,可采用现浇混凝土、自密实混凝土或喷射混凝土浇筑而成。也可采用掺有细石混凝土的水泥基灌浆料灌注而成。
    2、新增混凝土厚度要求:人工浇筑:≥60mm;喷射:≥50mm。
    3、采用增大截面加固法时,原构件混凝土表面应经处理,设计文件应对截面处理方法和质量提出要求。一般情况下,除混凝土表面应予打毛外,尚应采取涂刷结构界面胶、种植剪切销钉或增设剪力键等措施。
    4、柱的受力钢筋直径不应小于14mm,加锚式箍筋直径不应小于8mm;U形箍直径应与原箍筋直径相同;分布筋直径不应小于6mm。

    3.2柱外包型钢加固法
    适用范围:

    外包型钢加固法,按其与原结构连接方式分为外粘型钢加固法和无粘结外包型钢加固法;均适用于需要大幅度提高截面承载能力和抗震能力的钢筋混凝土柱加固。外包型钢加固混凝土柱示意如下图所示。

 
图4 外包型钢加固法加固砼柱示意

    构造要求:
    1、加固角钢不应小于L75×5;
    2、扁钢箍板或缀板不应小于40mm×4mm,其间距不应大于20r(r为单根角钢截面的最小回转半径),且不应大于500mm;在节点区,其间距应适当加密。
    3、外包角钢两端应有可靠的连接和锚固,角钢下端应锚固于基础,中间应穿过各层楼板,上端应伸至加固层的上一层楼板底或屋面板底。
    4、外包型钢加固柱时,应将原构件截面的棱角打磨成半径r大于等于7mm的圆角。外粘型钢的注胶应在型钢构架焊接完成后进行。
    5、外粘型钢的胶缝厚度宜控制在3mm~5mm;局部允许有长度不大于300mm、厚度不大于8mm的胶缝,但不得出现在角钢端部600mm范围内。
 

图4 柱外包型钢加固

    注意事项:
    1、新增角钢沿柱高必须全部贯通,如角钢遇楼层梁无法通过时,可通过采用等代钢筋穿过楼板与上下楼层加固角钢焊接;
    2、在梁柱节点位置,扁钢无法穿过混凝土梁时,亦可采用等代钢筋穿过混凝土梁与左右两侧加固角钢焊接的形式进行加强锚固;
    3、对于底层柱加固,加固角钢端部必须锚固于原结构基础顶面,对于埋置在地基土内部分加固角钢,应浇筑混凝土围套进行防锈处理,如上图中3-3剖面图;
    4、如有特殊要求时,混凝土柱采用外包型钢进行加固后,尚需进行防火处理,鉴于目前国家无相关规范要求,通常做法同钢结构防火做法,如涂刷薄型或厚型防火涂料。

    3.3柱粘贴碳纤维加固法
    适用范围:

    适用于需要提高截面抗剪承载能力和构件整体延性的钢筋混凝土柱加固。
 

图5 柱粘贴碳纤维加固

    构造要求:
    1、被加固的混凝土结构构件,其现场实测混凝土强度等级不得低于C15,且混凝土表面的拉粘结强度不得低于1.5MPa;
    2、粘贴在混凝土构件表面上的碳布纤维复合材,不得直接暴露于阳光或有害介质中,其表面应进行防护处理。
    3、采用本方法加固的混凝土结构,其长期使用的环境温度不应高于60℃。

注意事项:
    1、必要时可对碳纤维片材和配套树脂类粘结材料进行现场取样检验。
    2、碳纤维片材实际粘贴面积应不少于设计量,位置偏差应不大于10mm。
    3、碳纤维片材与混凝土之间的粘结质量可用小锤轻轻敲击或手压碳纤维片材表面的方法来检查,总有效粘结面积不应低于95%。 

   4 混凝土梁板加固
   各种加固方法适用情形

 

图6 梁加固方法适用情形

    4.1梁板外粘碳纤维加固法
    构造要求:

    1、构件混凝土强度等级不应低于C15;
    2、正截面受弯承载力提高幅度不应超过40%;
    3、锚固U型箍宽度:端箍应≥梁底碳布宽度的2/3,且应≥200mm;中间箍应≥梁底碳布宽度的1/2,且应≥100mm;
    4、抗剪加固U型箍: U型箍上端应设置纵向压条锚固,当梁高h≥600mm时,应在梁腰部增设一道纵向腰压条
    5、纤维复合材料加固量:预成型板不宜超过2层;纤维布不宜超过4层。
 

图7 梁板粘贴碳纤维法加固

注意事项:
    1、粘贴延伸长度的问题。对于梁底受弯加固,碳布粘贴延伸长度不满足时,可采用附加锚固形式,如端部加强U型箍;对于梁支座受弯加固,当粘贴延伸长度不满足时,可采用钢板条+射钉的形式进行端部锚固。粘贴延伸长度的确定,可参见《混凝土结构加固设计规范》GB50367-2013第10.2.5条。
    2、粘碳布和粘钢板相遇问题。梁支座受弯加固,如处理另外一个方向采用粘钢板加固时,应碳布在下钢板在上。
    3、防火问题。由于粘贴碳布加固,其材料包括粘结剂和碳布两种材料,其中粘结剂的使用环境温度不得高于60℃,故对于高温环境的混凝土结构采用该方法进行加固时,应采取相应的防护措施。目前国家无相关规范要求,通常做法为采用水泥砂浆抹面。

    4.2梁板外粘钢板加固法
    构造要求:
    1、构件混凝土强度等级不应低于C15;
    2、正截面受弯承载力提高幅度不应超过40%;
    3、粘贴钢板厚度要求:人工涂胶≤5mm;压力注胶≤10mm;d、粘贴钢板加固量:受拉区≤3层;受压区≤2层;且钢板总厚度≤10mm;
    4、锚固U型箍:端箍应≥梁底钢板宽度的2/3,且应≥80mm;中间箍应≥梁底钢板宽度的1/2,且应≥40mm;U型箍厚度应≥梁底钢板厚度的1/2,且应≥4mm;
    5、抗剪加固U型箍: U型箍上端应设置纵向压条锚固,当梁高h≥600mm时,应在梁腰部增设一道纵向腰压条。

 
图8 梁粘贴钢板加固法

注意事项:
    同混凝土梁受弯加固外粘碳布。

    4.3梁外包型钢加固法
    构造要求:

    1、角钢厚度应≥5mm,角钢边应≥50mm;
    2、缀板截面 应≥40mmx4mm,其间距用≥20r(r为单根角钢截面的最小回转半径),且应≤500mm。


图9 梁外包型钢加固

注意事项:
    1、加固方案选择问题。由于该加固方法需将所有扁钢箍穿过原楼板,该做法对原楼板损伤太大,故一般不建议采用该加固方法。如确实需要采用该方法,可采用钢筋代替扁钢箍,减少对原楼板的破坏。
    2、防火问题同混凝土柱采用外粘型钢加固,可参见砼柱加固。

 


                                      包钢加固法简介
  
    湿式外包钢加固法的工艺原理,是将钢板和角钢外包于混凝土构件的表面,砼钢之间以环氧树脂浆液填充,利用钢板良好的抗拉、压性能及胶液优异的粘结强度,使钢板与原混凝土构件能协同工作(钢板实际上起到与构件受拉压钢筋同样的作用),达到增强构件承载力及刚度的目的。

一、适用范围
    1、本方法适用于承受静力作用的一般受弯及受拉构件。
    2、本方法以环境温度不超过60℃,相对湿度不大于70%及无化学腐蚀的适用条件为限,否则应采取有效防护措施。
    3、本方法所用胶粘剂是指有充分试验依据且性能满足使用要求的,并经过国家有关部门鉴定的结构胶。
    4、当构件的混凝土强度低于C15,不宜采用本方法进行加固。            
  
二、施工工艺流程
    主要工艺流程为:
    施工准备→砼表面处理→钢板表面处理→包钢构件制作安装→验收焊缝→封缝灌浆→检查养护→竣工验收。
• 施工准备
     施工前应认真阅读设计施工图,必须要将结构面清理干净,按设计图纸,在混凝土粘钢位置测放打磨控制线,待打磨工作完成后补加粘钢位置线。
• 砼表面处理
    打磨掉混凝土浮层,直至完全露出坚实新结构面,混凝土表层出现剥落、空鼓、蜂窝、腐蚀等劣化现象的部位应予以剔除,用指定材料修补,裂缝部位应首先进行封闭处理。
• 钢材表面处理
     钢材粘接面,须进行除锈和粗糙处理。用砂轮磨光机打磨出金属光泽。打磨粗糙度越大越好,打磨纹路应与钢材受力方向垂直,其后用棉丝沾丙酮擦拭干净。
• 包钢构件制作安装
    根据图纸或洽商要求结合现场实际情况对钢材进行组装焊接,角钢与原结构柱尽量贴紧,竖向基本顺直,如原结构柱出现较大偏差,应进行顺直处理,缀板与角钢搭接部位须三面围焊,焊缝应符合设计及《建筑钢结构焊接规程》要求。
• 验收焊缝
    现场负责人检查焊接工作,请总包及监理验收,填写《隐检记录单》。
6、封缝灌浆
    (1)焊缝检验合格后,用环氧砂浆沿钢材边缘封严,结合现场实际情况确定埋管位置及间距。如不埋管,可在角钢和缀板上钻φ6注胶孔,孔间距不大于500mm。
    (2)严格按结构胶说明书提供的配比配制,搅拌均匀后方可使用。一次配胶量不宜过多,以40~50分钟用完为宜。
    (3)用气泵和注胶罐进行注胶,注胶时竖向按从下向上的顺序,水平方向按同一方向的顺序,注胶时待下一注胶管(孔)溢出胶为止,依次注胶,直至所有注胶管(孔)均注完。最后一个注胶管(孔)用于出气孔,可不注胶,注胶结束后清理残留结构胶。
7、检查养护
8、竣工验收
     结构胶固化后用小锤轻轻敲击钢材表面,从音响判断粘接效果,如有个别空洞声,表明局部不密实,须再次高压注胶方法补实。  

 
 
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