摘要：本文根据深圳福永IDC工程的《房屋质量检测鉴定分析报告》提供的有关基础、框架柱、框架梁、楼板的检测结果,按改造后的结构模型进行了分析计算。并按现行规范对相关的基础及梁柱进行加固处理。

关键词：改造加固 基础加固 柱加固 梁加固

1． 工程概括

本工程位于深圳市宝安区福永镇德金工业区，此工程原建筑为6层工业厂房，结构体系为纯框架结构，基础采用是人工挖孔桩，桩径1000mm。现应甲方要求对此工程进行改造：:本工程所在地区的抗震设防烈度为7 度,设计基本地震加速度0.1g，设计地震分组为第一 组；场地类别为II类；抗震计算采用的设防烈度为7度，抗震措施的设防烈度为8度，采用抗震等级：三级。工程混凝土强度设计等级为：基础混凝土标号C25,柱混凝土标号C30，梁板C25。

2． 计算分析

本工程是加固改造建设工程，原来厂房的计算模型已经无法取得，只能根据图纸建立计算模型。在进行IDC图纸设计时尽量将机架放在梁位附近，根据实际使用荷载建立三个计算模型：第一个计算楼板模型；第二个计算楼面梁模型；第三个计算框架柱及基础。计算结果与原来的结构图纸比较后发现：楼板的承载力满足要求；梁的抗弯承载力不足需要加固；另根据深圳市建筑工程质量监督站检测的《房屋质量检测鉴定分析报告》中可知，一，二层原柱混凝土强度等级为C30,经检测其强度未能达到要求，且经过计算全部柱轴压比偏大超过规范要求（框架结构在三级抗震下其框架柱的轴压比限值为0.90），表明原柱应进行加固处理；改建前的单桩竖向静载荷试验报告抽样试验4根桩的极限承载力均达到规范要求，但由于改造后工程的荷载与原荷载有较大的变化，发现有很大部分原基础未能达到现行规范承载力要求，需进行加固处理；

3． 加固处理基本方法

加固时本着经济适用原则，根据结构实际情况进行加固计算。加固后的结构应能满足相关设计规范要求，如基础承载力、柱轴压比限值、梁承载力要求等。在设计加固方案时应考虑到施工可行性，并采用成熟、可靠且易作质量检测的加固方案。

1． 基础的加固

首先对桩基础的桩身混凝土强度是否满足桩的承载力设计要求进行复核，我们选取E轴交3轴的在基本组合时的柱脚内力Q为4570KN，（根据人工挖孔桩的抽芯检测报告，该工程桩的桩身情况均为合格，且此柱下的桩混凝土抗压强度最低值u为15.7Mpa，），由此可得f_C为0.88X0.76u。根据《建筑地基基础设计规范》GB5007-2002第8.5.9条。桩身强度应符合下式要求：

Q≤A_Pf_Cψ_C

式中ψ_C取0.7，f_C为0.88X0.76u可得Q≤A_Pf_Cψ_C 即 0.7X（0.88X0.76X15.7）X1000X1000X3.14/1000 =23079KN满足桩身混凝土强度要求。经计算其它进行了抽芯检测的桩均满足此要求。

其次是对单桩竖向承载力的复核，根据现结构体系总体计算的柱脚内力，发现有部分单桩竖向承载力不满足要求，复核后我们对基础总共分为a,b,c,d四种类型进行处理：

a． 经复核计算后，满足改建后的承载力要求，承台也满足要求的，.

b． 经复核计算后，基础不满足改建后承载力要求的，必须加小钢桩，小钢桩直径为280mm，桩端进入残质粉质粘土层，桩长约为10米，单桩承载力为500KN（见下图）；承台不满足要求的在加了小钢桩后必须加大承台。

c． 原有柱改建后需变位的，必须把原有柱及承台凿去，承台必须重新施工。

d． 经复核计算后原有柱截面必须加大才能满足的且承台也满足要求的，加大后的柱子必须在原有承台进行化学植筋（见下图），承台不满足要求的必须加大承台。

经过上述的处理有效地解决了基础承载力不足的问题。

2．框架柱的加固

由于框架柱的轴压比不满足要求，如果采用炭纤维布缠绕的加固方法，施工方法较

为简便，且不影响建筑。由理论分析可知，炭纤维布约束混凝土可以提高混凝土的极限压应变，因此可使轴压比限值和框架柱的延性得到提高，但实际工程中考虑到框架柱在较高轴压比工作下有如下一些不利点：(1)约束用的炭纤维布一直处于较高应力状态下，而炭纤维布强度在持续应力作用下会降低；（2）混凝土徐变等影响较大，对炭纤维布约束性能也有较大影响；（3）会导致其他一些指标不满足要求，如剪压比限值等；（4）炭纤维布约束的框架柱破坏具有很大脆性，而且不能有效提高框架柱的抗侧刚度。因此，综合考虑造价，施工进度及加固质量等多项因素，研究决定采用加大截面法加固。加固时宜从下至上全高加固，可保证新增竖向结构中承受的竖向荷载能顺利传给基础，并且有利于保证刚度的连续性，柱子纵筋采用焊接或机械连接。新增柱截面中的主筋直接植筋于承台上。这样的加固方法具有如下优越性：（1）能够提高轴向承载力和结构抗侧刚度，有效降低轴压比；（2）上下层柱的偏心较小，易保证新增的纵向钢筋通长，提高传力性能，方便施工；（3）周圈加固，可使新增的混凝土于原柱更好地共同工作，形成整体，并且可对原混凝土形成较好的约束作用。

加固施工时，先凿去原柱疏松的表面混凝土，直至密实处为止；吹净并清洗表面，填补原有缺陷，对原柱子表面凿毛，并用比新浇注混凝土高一级的素水泥浆或截面剂处理表面。考虑到后浇混凝土模板与原结构间空隙狭小，振捣困难，决定把新增混凝土的厚度为100mm,且要求其具有一定的膨胀性。为了保证柱子顶部能与原结构梁或板顶紧，对柱子上部1/4高度范围内的混凝土，在楼板上沿柱边隔500mm开一个直径100mm孔，用高压泵将混凝土从洞中泵入。柱子加固方案如下(图2)，通过对柱子的加固，增大了梁支座宽度，减少了梁净跨，同时也提高了梁的安全度。

加大截面加固设计应解决好新旧混凝土的整体工作问题，在弹性阶段，结合面的应力主要是靠新旧混凝土的粘结强度来承担，开裂后及极限状态下，则主要是靠锚筋所产生的被动剪切摩擦力传递。因此，从设计上应配置足够的贯穿于结合面的锚筋将新旧部分混凝土连接起来，由于膨胀螺栓能在锚固区周围产生很高的应力，但受到荷载作用，特别是受到动力荷载作用时，膨胀螺栓很容易松动。本次加固工程采用化学锚筋，并进行现场抗拔试验，确保钢筋拉断而不发生拔出破坏。选择植筋锚固材料除要满足强度等因素外，还应满足有关构件燃烧性能和耐火极限要求。考虑到进口结构胶锚固深度较浅，节省结构胶用量，缩短植筋工期，加快施工进度，因而采用喜利得结构胶，施工中应注意在钻孔后清除孔内杂物，视孔内干燥情况自然风干或烘干再用脱脂棉丙酮擦洗钻孔壁，最后将无锈的钢筋植入钻孔，旋转钢筋使粘结剂与孔壁和钢筋充分粘合。考虑到补强混凝土参与柱子承载时，原始柱已承受一定荷载，新旧混凝土之间存在一定应力滞后，因此我们在复核承载力采用下式计算且应考虑0.8的强度折减系数。

N≤φ[f_coA_co+f’_yoA’_so+ą(f_cA_c+f’_yA’_s)]

式中：φ为构件稳定系数；f_co、A_co分别为原柱混凝土强度设计值和截面积；f’_yo、A’_so分别为原柱钢筋强度设计值和截面；f_c、A_c分别为新加混凝土强度设计值和截面积；f’_y、A’_s分别为新加钢筋强度设计值和截面积；ą为由新旧混凝土之间的应力滞后而引起的强度折减系数，建议取0.8。

3．梁的加固

梁的抗弯加固：考虑到工期且不破坏原结构等因素，决定采用炭纤维布加固，施工时先对混凝土表面打磨处理，用找平材料将梁表面噢洞填平，待表面平整清洁后再涂一层底胶CFP（正拉粘结强度大于等于5Mpa，粘度800－1600Mpa.s）以便渗透到混凝土内部提高炭纤维布与混凝土的粘结力然后再涂粘结树脂CFR，粘结炭纤维布，待所有炭纤维布粘贴完后再刷一道CFR树脂。考虑到防火及表面美观等要求，在粘贴完炭纤维布后，再外抹不少与20mm厚的砂浆保护层，并在抹灰时再刷一道高性能混凝土界面剂，同时也可以避免炭纤维布和粘结胶体的老化。在粘贴U形炭纤维箍时应将梁转角处打磨成圆弧状，避免炭纤维布在转角处应力集中。根据应变分布的平截面假定算出炭纤维的名义应变以及混凝土受压区高度，并应考虑二次受力对炭纤维造成的滞后应变，计算出炭纤维的实际应变，根据平衡方程确定适筋梁与超筋梁的界限承载力与炭纤维布粘贴的最大容许粘贴量，应使加固后的设计承载力不超过界限承载力，否则需考虑采用其它加固方法以避免发生脆性的超筋破坏。在计算加固后梁的承载力时，炭纤维布的强度需乘以0.85的折减系数，此系数用以考虑炭纤维布粘贴层数、粘贴质量、应变滞后而产生的承载力折减。总之，应使受拉钢筋的屈服先于受压区混凝土压碎，而具有一定的破坏征兆。

梁的抗剪加固：将炭纤维布裁剪成U形箍，与混凝土梁体紧密粘贴，这样可以保证形成合理剪力流，使得受力更合理并在U形箍上端再粘贴一条炭纤维布压条，以保证各竖向粘贴的炭纤维布成为一整体，使其受力更均匀，协同承受弯剪段的竖向剪力。同时U形箍所承受的竖向剪力可以转移到沿梁纵轴方向粘贴的炭纤维布压条，依靠其与混凝土表面的水平粘结应力来平衡，相当于增加了竖向粘贴的炭纤维布锚固长度，防止炭纤维布由于锚固长度不够，胶层与混凝土粘结面的粘结应力超过混凝土面层抗剪强度，致使炭纤维布从表面脱落而导致加固提前失败。

4．楼板的加固

楼板的承载力满足要求，但由于使用要求开设多个洞口，要对大洞口进行加固。采用热轧轻型工字钢加固，工字钢与钢锚板焊接后用化学锚栓与梁进行连接，化学锚栓植入梁的深度满足锚固长度要求。

4．结语

按照上述要求补强加固后，经计算复核底层柱轴压比值小于规范限值，梁板的承载能力得到满足，其他的整体参数都很好的满足了规范要求，对测出不同的质量问题的构件，根据不同的受力特征采取了不同的加固方法。目前该工程已经竣工并通过验收，经过长时间的观察未发现结构有任何异常现象，说明这次的加固处理效果合理、可靠。

参考文献：

[1] 混凝土结构设计规范(GB50010-2010) 中国建筑工业出版社

[2] 建筑抗震设计规范(GB 50011-2010) 中国建筑工业出版社

[3] 混凝土结构加固技术规范(GB 50367-2013) 中国建筑工业出版社

[4] 高本立. 炭纤维片材加固混凝土构件正截面受弯承载力设计.建筑结构