房屋结构检测与加固改造.doc

1、房 屋 结 构 检 测 与 加 固 改 造 第 三 章 混 凝 土 结 构 加 固 设 计 3.3 混 凝 土 柱 加 固 设 计 3.3.1 钢 筋 混 凝 土 柱 常 见 问 题 及 原 因 分 一 般 来 说 ， 柱 子 的 破 坏 往 往 是 突 然 的 ， 破 坏 之 前 的 征 兆 不 很 明 显 ， 属 脆 性 破 坏 。 因 此 ， 我 们 首 先 应 了 解 柱 子 的 破 坏 特 征 和 破 坏 原 因 ， 以 及 进 行 必 要 的 计 算 分 析 ， 随 后 对 柱 子 作 出 是 否 进 行 加 固 的 判 断 。 1、 混 凝 土 柱 破 坏 特 征 钢 筋 混 凝

2、 土 柱 的 两 类 破 坏 形 态 : 受 压 破 坏 (包 括 轴 压 柱 和 小 偏 压 柱 )； 受 拉 破 坏 (大 偏 压 柱 )。 1） 轴 压 柱 的 破 坏 特 征 2） 小 偏 心 受 心 柱 的 破 坏 特 征 3） 大 偏 心 受 压 柱 的 坏 特 征 1） 轴 压 柱 的 破 坏 特 征 2） 小 偏 心 受 心 柱 的 破 坏 特 征 3） 大 偏 心 受 压 柱 的 坏 特 征 2、 混 凝 土 柱 承 载 力 不 足 的 原 因 1） 设 计 不 周 或 错 误 (如 荷 载 漏 算 、 截 面 偏 小 、 计 算 错 误 等 ) 2） 施 工 质 量 差 3

3、） 施 工 人 员 业 务 水 平 低 下 ， 工 作 责 任 心 不 强 4） 施 工 现 场 管 理 不 善 5） 地 基 不 均 匀 沉 降 6） 商 品 混 凝 土 问 题 ： 罐 车 内 的 混 凝 土 已 过 初 凝 期 润 管 砂 浆 问 题 7） 其 他 原 因 ： 火 灾 高 温 将 混 凝 土 烧 酥 ， 并 使 钢 筋 及 混 凝 土 强 度 下 降 ； 因 遭 车 辆 等 突 然 撞 击 ， 使 柱 子 严 重 撞 伤 ； 因 加 层 改 造 上 部 结 构 ， 或 改 变 使 用 功 能 使 柱 承 受 荷 载 增 加 等 。 在 了 解 混 凝 土 柱 的 破 坏

4、特 征 、 破 坏 原 因 ， 并 作 出 需 加 固 的 判 断 之 后 ， 应 根 据 柱 子 的 外 观 、 验 算 结 果 以 及 现 场 条 件 等 因 素 选 择 合 适 的 加 固 方 法 ， 及 时 进 行 加 固 。 混 凝 土 柱 的 加 固 方 法 有 多 种 ， 常 用 的 有 增 大 截 面 法 、 置 换 法 、 外 包 钢 法 、 预 加 应 力 法 。 有 时 还 采 用 卸 除 外 载 法 和 增 加 支 撑 法 等 。 下 面 将 分 别 对 常 用 的 加 固 方 法 进 行 阐 述 。 3.3.2 增 大 截 面 法 加 固 混 凝 土 柱 1、 概 述

5、 这 种 方 法 不 仅 可 提 高 原 柱 的 承 载 力 ， 还 可 降 低 柱 子 的 长 细 比 ， 提 高 柱 子 的 刚 度 。 特 别 在 抗 震 设 防 地 区 ， 这 可 使 原 来 的 强 梁 弱 柱 结 构 变 为 有 利 于 抗 震 的 强 柱 弱 梁 结 构 。 具 体 加 固 方 法 有 四 周 外 包 、 单 面 加 厚 和 两 面 加 厚 等 加 固 方 法 。 2、 构 造 及 施 工 要 求 在 加 固 柱 的 设 计 和 施 工 中 ， 加 强 新 旧 柱 之 间 的 结 合 至 关 重 要 ， 要 确 保 它 们 能 整 体 工 作 。 以 较 好 地

6、发 展 它 们 之 间 的 内 力 重 分 布 ， 充 分 发 挥 新 柱 的 作 用 。 为 此 ， 在 加 固 柱 的 构 造 设 计 及 施 工 时 ， 应 特 别 注 意 如 下 几 点 ： 1） 当 采 用 四 周 外 包 混 凝 土 加 固 法 时 ， 应 将 原 柱 表 面 凿 毛 ， 冲 洗 干 净 ， 箍 筋 应 采 用 封 闭 箍 （ 如 图 3-38a、 b 所 示 ） ， 间 距 应 符 合 混 凝 土 结 构 设 计 规 范 和 建 筑 抗 震 设 计 规 范 的 规 定 。 2） 当 采 用 单 面 或 双 面 增 浇 混 凝 土 的 方 法 加 固 时 ， 应 将

7、 原 柱 表 面 凿 毛 ， 凸 凹 不 平 度 6mm， 并 应 采 取 下 述 构 造 措 施 中 的 一 种 。 当 新 浇 层 的 混 凝 土 较 薄 时 ， 用 短 钢 筋 将 加 固 的 受 力 钢 筋 焊 接 在 原 柱 的 受 力 钢 筋 上 (如 图 3-38c 所 示 )。 短 钢 筋 直 径 不 应 小 于 20mm， 长 度 不 小 于 5d(d 为 新 增 纵 筋 和 原 有 纵 向 直 径 的 较 小 值 )， 各 短 筋 的 中 距 50Omm。 当 新 浇 层 混 凝 土 较 厚 时 ， 应 用 U 形 箍 筋 固 定 纵 向 受 力 钢 筋 ， U 形 箍 筋

8、 与 原 柱 的 连 接 可 用 焊 接 法 (如 图 3-38d 所 示 )， 也 可 用 锚 固 法 (如 图 3-38e 所 示 )。 3） 新 增 混 凝 土 的 最 小 厚 度 60mm， 用 喷 射 混 凝 土 施 工 时 不 应 小 于 50mm。 4） 新 增 纵 向 受 力 钢 筋 宜 用 带 肋 钢 筋 ， 最 小 直 径 应 14mm， 最 大 直 径 应 25mm。 5） 新 增 纵 向 受 力 钢 筋 应 锚 入 基 础 ， 柱 顶 端 应 有 锚 固 措 施 。 框 架 柱 加 固 中 ， 受 拉 钢 筋 不 得 在 楼 板 处 切 断 ， 受 压 钢 筋 应 有

9、50 穿 过 楼 板 。 新 浇 混 凝 土 上 部 与 大 梁 的 底 面 间 需 确 保 密 实 ， 不 得 有 缝 隙 。 3、 受 力 特 征 混 凝 土 柱 在 加 固 施 工 时 ， 由 于 荷 载 未 卸 除 ， 原 柱 存 在 一 定 的 压 缩 变 形 ， 另 外 原 柱 混 凝 土 已 完 成 收 缩 和 徐 变 ， 导 致 新 加 部 分 的 应 力 、 应 变 滞 后 于 原 柱 的 应 力 、 应 变 。 因 此 ， 新 旧 柱 不 能 同 时 达 到 应 力 峰 值 ， 从 而 降 低 了 新 加 部 分 的 作 用 (图 4.39a)。 试 验 表 明 ， 只 要

10、 新 旧 柱 结 合 面 粘 结 可 靠 ， 在 后 加 荷 载 作 用 下 ， 新 旧 混 凝 土 的 应 变 增 量 基 本 一 致 ， 整 个 截 面 的 变 形 符 合 平 截 面 假 定 。 对 于 大 偏 心 受 压 柱 ， 新 加 部 分 承 载 力 的 降 低 不 很 显 著 ： 新 加 部 分 位 于 构 件 的 边 缘 ， 在 后 加 荷 载 作 用 下 ， 其 应 变 发 展 较 原 柱 快 。 此 外 ， 由 于 新 加 部 分 对 原 柱 的 约 束 作 用 和 新 旧 柱 之 间 的 应 力 重 分 布 。 对 于 轴 心 受 压 柱 ， 新 旧 混 凝 土 间 存

11、 在 着 明 显 的 应 力 重 分 布 。 4、 截 面 承 载 力 计 算 方 法 采 用 加 大 截 面 法 加 固 钢 筋 混 凝 土 柱 时 ， 其 承 载 力 计 算 应 按 混 凝 土 结 构 设 计 规 范 的 基 本 规 定 ， 并 考 虑 新 混 凝 土 与 原 柱 的 共 同 工 作 。 1） 轴 心 受 压 柱 采 用 加 大 截 面 法 加 固 的 轴 心 受 压 柱 ， 其 正 截 面 承 载 力 可 按 下 式 计 算 。 式 中 加 固 部 分 混 凝 土 与 原 柱 协 同 工 作 时 ， 新 增 加 的 混 凝 土 和 纵 向 钢 筋 的 强 度 折 减 系

12、 数 ， 。 2） 大 偏 心 受 压 柱 加 固 后 新 旧 混 凝 土 能 够 共 同 变 形 的 偏 心 受 压 柱 ， 可 按 整 截 面 计 算 。 图 3-39 所 示 为 双 面 加 固 柱 在 极 限 状 态 下 的 截 面 计 算 图 形 。 根 据 加 固 规 范 ， 计 算 中 应 对 受 压 区 及 受 拉 区 新 增 混 凝 土 和 纵 向 钢 筋 的 强 度 设 计 值 乘 以 0.9 的 折 减 系 数 。 从 而 ， 可 得 如 下 正 截 面 承 载 力 的 计 算 公 式 ： （ 3.56） （ 3.57） 式 中 轴 向 力 作 用 点 至 受 拉 钢 筋

13、 合 力 点 的 距 离 ， 即 (3.60) 当 仅 对 原 柱 的 单 面 增 浇 混 凝 土 加 固 时 ， 其 截 面 承 载 力 计 算 公 式 可 参 考 式 （ 3.56） 、 式 （ 3.57） 得 出 。 当 采 用 四 周 外 包 混 凝 土 加 固 时 ， 正 截 面 承 载 力 的 计 算 公 式 比 较 复 杂 。 为 了 简 化 计 算 ， 建 议 ， 加 固 用 混 凝 土 的 抗 压 强 度 设 计 值 取 用 原 柱 混 凝 土 的 抗 弯 强 度 设 计 值 。 即 用 替 代 式 （ 3.56） 、 式 （ 3.57） 中 。 这 一 建 议 是 基 于

14、， 构 造 要 求 加 固 用 混 凝 土 的 强 度 等 级 应 较 原 柱 混 凝 土 强 度 等 级 高 一 级 。 经 比 较 ， 略 大 于 ， 因 此 这 一 简 化 是 偏 于 安 全 的 。 综 上 所 述 ， 四 周 外 包 混 凝 土 加 固 柱 的 正 截 面 承 载 力 计 算 公 式 为 ： (3.58) (3.59) 当 采 用 I、 II 级 钢 筋 并 对 称 配 筋 时 ， 式 （ 3-58） 可 进 一 步 简 化 为 ： (3.60) 3） 小 偏 心 受 压 柱 在 小 偏 心 受 压 柱 中 ， 离 轴 向 力 较 远 的 钢 筋 达 不 到 屈 服

15、强 度 ， 因 此 对 于 两 面 加 厚 混 凝 土 的 加 固 柱 有 以 下 关 系 ： (3.61) (3.62) 式 中 原 柱 中 受 拉 钢 筋 及 加 固 用 钢 筋 的 应 力 。 计 算 时 可 近 似 取 相 同 值 ， 并 按 下 式 计 算 (3.63) 受 压 区 高 度 系 数 ， ； 界 限 破 坏 时 相 对 受 压 区 高 度 系 数 。 对 I 级 钢 ， 取 0.61， II 级 钢 ， 取 0.55。 对 于 单 面 加 固 的 柱 、 四 周 外 包 混 凝 土 加 固 的 柱 ， 以 及 加 固 后 为 对 称 配 筋 的 柱 ， 其 截 面 承

16、载 力 的 计 算 公 式 可 采 用 与 大 偏 心 受 压 情 况 同 样 的 方 法 处 理 ， 这 里 不 再 详 述 。 例 3-6： 某 办 公 楼 为 九 层 双 跨 钢 筋 混 凝 土 框 剪 结 构 ， 现 需 对 该 楼 增 加 二 层 ， 经 复 核 发 现 个 别 柱 子 须 进 行 加 固 。 下 面 给 出 某 中 柱 的 加 固 计 算 。 1） 原 柱 资 料 该 中 柱 截 面 尺 寸 为 400mm500mm。 C20 级 混 凝 土 ， 配 8 18 纵 向 钢 筋 ， 层 高 =6.5m。 加 层 后 该 柱 为 轴 心 受 压 构 件 ， 承 受 设

17、计 轴 向 力 3600。 2） 加 固 方 法 轴 心 受 压 柱 采 用 四 周 外 包 混 凝 土 法 加 固 较 为 有 效 。 方 法 为 先 将 原 柱 四 周 面 层 混 凝 土 凿 毛 ， 然 后 配 置 箍 筋 及 纵 筋 ， 并 喷 射 50mm 厚 C25 级 细 石 混 凝 土 。 3） 补 配 纵 筋 计 算 柱 计 算 长 度 查 表 由 式 （ 3-55） 可 得 加 固 钢 筋 面 积 为 上 述 计 算 说 明 ， 仅 在 柱 四 周 喷 射 混 凝 土 即 能 满 足 柱 子 加 固 要 求 ， 故 只 需 配 置 构 造 箍 筋 ， 即 选 用 4 14

18、即 可 。 3.3.3 外 包 钢 加 固 混 凝 土 柱 1、 概 述 所 谓 外 包 钢 加 固 ， 就 是 在 混 凝 土 柱 的 四 角 或 两 面 包 以 型 钢 的 一 种 加 固 方 法 。 它 的 优 点 是 ： 构 件 的 截 面 尺 寸 增 加 不 多 ， 但 混 凝 土 柱 的 承 载 力 可 有 较 大 幅 度 提 高 。 对 于 方 形 或 矩 形 柱 ， 大 多 在 四 角 包 角 钢 ， 并 在 横 向 用 缀 板 连 成 整 体 ， 对 于 圆 柱 、 烟 囱 等 圆 形 构 件 ， 多 用 扁 钢 加 套 箍 的 办 法 (如 图 3-41 所 示 )。 在

19、型 钢 与 原 柱 间 留 有 一 定 间 隔 ， 并 在 其 间 填 塞 乳 胶 水 泥 浆 或 环 氧 砂 浆 或 浇 灌 细 石 混 凝 土 ， 将 两 者 粘 结 成 一 体 的 加 固 方 法 称 为 湿 式 外 包 钢 加 固 法 (图 3-41)。 经 外 包 钢 加 固 后 ， 混 凝 土 柱 不 仅 提 高 了 承 载 力 ， 又 由 于 柱 的 核 芯 混 凝 土 受 到 型 钢 套 箍 和 缀 板 的 约 束 ， 柱 子 的 延 性 也 得 到 了 较 大 的 提 高 。 2、 湿 式 外 包 钢 加 固 设 计 采 用 湿 式 外 包 钢 加 固 法 时 ， 型 钢 粘

20、 结 于 原 柱 ， 使 原 柱 的 横 向 变 形 受 到 型 钢 骨 架 的 约 束 。 同 时 ， 混 凝 土 的 横 向 变 形 又 对 型 钢 产 生 侧 向 挤 压 ， 使 外 包 型 钢 处 于 压 弯 状 态 ， 导 致 型 钢 抗 压 承 载 力 的 降 低 。 此 外 ， 如 同 上 节 中 的 外 包 混 凝 土 加 固 一 样 ， 后 加 的 型 钢 亦 存 在 应 力 滞 后 现 象 ， 影 响 型 钢 作 用 的 充 分 发 挥 。 因 此 ， 在 湿 式 外 包 钢 加 固 设 计 时 ， 型 钢 的 设 计 强 度 应 予 折 减 。 湿 式 外 包 钢 加 固

21、 柱 的 正 截 面 承 载 力 可 以 按 整 截 面 计 算 ， 但 对 外 包 型 钢 的 强 度 设 计 值 应 乘 以 折 减 系 数 。 混 凝 土 结 构 加 固 规 范 规 定 ， 受 压 边 角 钢 的 折 减 系 数 为 0.9。 湿 式 外 包 钢 加 固 柱 的 截 面 刚 度 和 承 载 力 的 计 算 方 法 。 1） 截 面 刚 度 湿 式 外 包 钢 加 固 柱 的 截 面 刚 度 近 似 地 按 下 式 计 算 ： 2） 轴 心 受 压 柱 的 承 载 力 对 于 湿 式 外 包 钢 加 固 后 为 轴 心 受 压 的 柱 ， 截 面 承 载 力 可 按 下

22、式 计 算 ： (3.65) 由 于 柱 内 受 拉 肢 型 钢 存 在 应 力 滞 后 现 象 ， 因 此 其 设 计 强 度 应 予 以 折 减 。 同 时 ， 为 了 计 算 方 便 ， 建 议 对 拉 、 压 肢 型 钢 取 用 相 同 的 强 度 折 减 系 数 0.9。 在 外 包 钢 加 固 中 ， 外 包 型 钢 一 般 都 采 用 对 称 布 置 ， 由 图 3-42 可 得 湿 式 外 包 型 钢 加 固 柱 正 截 面 承 载 力 计 算 公 式 。 3） 大 偏 心 受 压 柱 的 承 载 力 (3.66) (3.67) 当 原 柱 为 对 称 配 筋 时 ， 式 （

23、3-66） 可 进 一 步 简 化 为 ： 4） 小 偏 心 受 压 柱 的 承 载 力 计 算 正 截 面 承 载 力 可 按 下 式 计 算 ： (3.68) (3.69) 式 中 分 别 为 受 拉 钢 筋 或 受 压 较 小 边 的 钢 筋 及 型 钢 的 应 力 ， 可 近 似 取 相 同 值 ， 按 式 （ 3.63） 计 算 。 3、 构 造 要 求 混 凝 土 柱 采 用 外 包 钢 加 固 时 ， 应 符 合 下 列 构 造 要 求 ： 1） 外 包 角 钢 的 边 长 不 宜 小 于 25mm； 缀 板 截 面 不 宜 小 于 253mm， 间 距 不 宜 大 于 20r（

24、 r 为 单 根 角 钢 截 面 的 最 小 回 转 半 径 ） ， 同 时 不 宜 大 于 500mm。 2） 外 包 角 钢 需 通 长 、 连 续 ， 在 穿 过 各 层 楼 板 时 不 得 截 断 ； 角 钢 下 端 应 伸 到 基 础 顶 面 ， 用 环 氧 砂 浆 或 环 氧 胶 泥 加 以 粘 锚 （ 如 图 3-42 所 示 ） ； 角 钢 上 端 应 有 足 够 的 锚 固 长 度 ， 可 能 时 上 端 设 置 与 角 钢 焊 接 的 柱 帽 。 3） 当 采 用 环 氧 树 脂 化 学 灌 浆 外 包 钢 加 固 时 ， 缀 板 应 紧 贴 混 凝 土 表 面 ， 并 与 角 钢 平 焊 连 接 。 焊 好 后 ， 用 环 氧 将 型 钢 周 围 封 闭 ， 并 留 出 气 孔 ， 再 进 行 灌 浆 。 4） 当 采 用 乳 胶 水 泥 砂 浆 粘 贴 外 包 钢 时 ， 缀 板 可 焊 于 角 钢 外 面 。 乳 胶 含 量 应 不 少 于 5 。 5） 型 钢 表 面 宜 抹 不 小 于 25mm 厚 的 1:3 水 泥 砂 浆 保 护 层 ， 亦 可 采 用 防 腐 材 料 加 以 保 护 。