第十七章结构加固――整浇钢筋混凝土结构加固方案论证三例

第十七章结构加固—整浇钢筋混凝土结构加固方案论证三例17.1返回总目录第17章结构加固——整浇钢筋混凝土结构加固方案论证三例第十七章结构加固—整浇钢筋混凝土结构加固方案论证三例17.2教学提示：治病贵在对症下药，结构加固方案选择失当就会劳而无功，甚至前功尽弃。下面三例是很有代表性的，也是引起社会广泛关注的。其中的一些经验和教训值得吸取。教学要求：建议引导学生针对案例提出各种不同的见解，展开讨论。结构加固就像医生治病：人命关天，风险很大，技术含量很高，因此付出的经济代价也会很高，必然慎重从事。医生治病贵在对症下药，结构加固贵在方案选择。只要方案选择合理，就能收到立竿见影、事半功倍的效果。医生用错药，动错刀，就完全有可能让病人死在手术台上。因此对于结构加固方案的选择，一举一动，不可不慎。这里试借三个结构加固方案选择失当的工程实例来进行一些讨论。第十七章结构加固—整浇钢筋混凝土结构加固方案论证三例17.3•结构加固市场呼唤新的结构加固技术•现行钢筋混凝土结构加固技术简介•各种加固技术的优缺点及其适用性本章内容•思考题与习题•三例工程事故的结构加固方案论证•一个原则和几项建议第十七章结构加固—整浇钢筋混凝土结构加固方案论证三例17.4结构加固市场呼唤新的结构加固技术由于整浇钢筋混凝土框(刚)架结构的使用面很广，而其设计与施工程序又很复杂而繁琐，受不定因素和人为过失的影响很大。因此，其事故几率也很高，事故处理和结构加固工作量也就很大。由于钢筋混凝土结构受到混凝土碳化、钢筋锈蚀两个因素的严格制约，在一般环境条件下，普通混凝土的碳化深度在一定时期后就会透过15mm～25mm的保护层，导致钢筋锈蚀，使结构丧失承载力、服务期终止。对于施工质量没有得到保证、环境恶劣的工程，其服务寿命就更短。由于长期以来人们对混凝土碳化、钢筋锈蚀影响混凝耐久性的问题关注和研究不够，致使大量整浇钢筋混凝土结构工程提前进入危险期。据统计，我国已拥有百亿平方米以上的在用工程，其中50％左右敲起了等待加固的警钟。至于起步早的西方发达国家，其加固工程比重就更大。因而钢筋混凝土结构工作的加固设计与施工工作成了当前工程界的一项中心任务，对此要求工程界提供操作简便易行、适应面最广、经济代价低的整浇钢筋混凝土框(刚)架结构的加固方法，这事成了当务之急。第十七章结构加固—整浇钢筋混凝土结构加固方案论证三例17.5现行钢筋混凝土结构加固技术简介现行钢筋混凝土结构加固技术分为传统技术和先进技术两大类，已广泛应用于工程加固实践中。一.传统加固技术方法可以归纳为以下5种。(1)加大截面法。(2)外包钢法。(3)预应力法。(4)改变传力途径法。(5)加强整体刚度法。这些都是经过长期实践检验可靠性比较高的方法，已收入国家标准《混凝土结构加固技术》(CECS25－90)。不仅有比较充分的理论依据，规范还提供了详细的计算公式。在加固设计与施工中，应该已是有法可依，有章可循了。原则上属于强制执行范畴。第十七章结构加固—整浇钢筋混凝土结构加固方案论证三例17.6现行钢筋混凝土结构加固技术简介二.先进加固技术方法可以归纳为以下3种。(1)粘钢法。(2)碳纤维布加固法。(3)粘贴玻璃钢复合料板材加固法。由于其科技含量高，技术先进，近几年来在国内外发展迅速，为工程界所关注，并已广泛用于工程实践中。第十七章结构加固—整浇钢筋混凝土结构加固方案论证三例17.7各种加固技术的优缺点及其适用性对以上多种混凝土结构加固技术来说，每一种技术都有其优缺点和适用性。而对于每一项须加固的工程对象来说，又都有其独特个性和不同的要求。具体选择哪种加固技术，应按彼此适应的原则。现列举各种加固技术的优缺点及其适用范围如下。一.加大截面法加大截面法有单面加大、双面加大、或四面加大三种情况，目的是将原有受力断面扩大。目前受施工工艺限制，最小加大厚度按规范要求不小于60mm，但实际施工中往往采用不小于100mm的最小限额值。其最大优点是概念清楚、计算公式详尽。但其缺点也很多，有以下几点。(1)断面积扩大后，刚度变化太大，设原有断面为400mm×600mm，四面扩大断面后成600mm×800mm，面积扩大到2倍，惯矩却扩大到3.6倍。构件断面积和刚度在加固前后有如此大的变化，不仅是有碍观感和使用，在整个结构体系中产生的副作用也是惊人的。第十七章结构加固—整浇钢筋混凝土结构加固方案论证三例17.8各种加固技术的优缺点及其适用性(2)对于轴心受压构件来说，也许新旧断面之间的协同工作条件还较满足。对于偏压、压弯、弯扭、扭剪等复杂受力情况来说，能否协同受力是很值得怀疑的。比如在平截面受弯条件下，首先受力的是外层钢筋，只有在外层钢筋屈伏以后，远远“退居第二线”的内层钢筋才受力。照这样就有了各个受力物体被击破或遭到连续破坏的危险。假如在加固设计时就放弃原有钢筋，使之退出工作，又未免过于浪费。(3)从钢筋锚固焊接到薄层混凝土的浇筑养护，施工难度是很大的。尤其是最需要加固的梁柱节点却很难得到加固和改善，这是一大遗憾。(4)扩大断面法用于梁的加固，其最大难点是施工(基准)温度的控制和钢筋内初应力的消除。第十七章结构加固—整浇钢筋混凝土结构加固方案论证三例17.9各种加固技术的优缺点及其适用性二.外包钢套法外包钢套法分干法与湿法，其最大优点与扩大断面法相似，其最大的缺点是施工难度大。对于干法来说，由于加固断面的施工误差不可避免，很难保证钢套与混凝土表面密贴，协同工作。对于湿法来说，要指望夹垫的胶泥层和原本存在强度不够、质地不匀或早已碳化的旧混凝土表层来传递粘着力和剪力，以满足外套与原构件协同工作的要求，显然是不切实际的。关键的问题还是外包钢套法对于梁柱节点加固实在无能为力，因为框架柱往往存在上下层变断面的情况，再加上施工中的上下柱错位和误差等实际问题，使外包钢套很难上下准确衔接与上下贯通，节点处箍筋也无法追补和交圈。若无视这些情况，进行节点加固，只能算敷衍了事。三.预应力法预应力法的最大优点是便于使有较大跨度和较大荷载且已出现较大变形(挠度)后的钢筋混凝土梁或桁架恢复承载能力。这种方法在早年工业建筑中用得较多。其最大缺点是施工工艺复杂，维护困难，耐久性差，而且还占有一定空间，影响外观与使用，现已不受欢迎。第十七章结构加固—整浇钢筋混凝土结构加固方案论证三例17.10各种加固技术的优缺点及其适用性四.改变结构传力路径法改变结构传力路径法是彻底改变结构内力的计算图形。比如在梁的跨中增设支点，在梁的两端支座处增加牛腿或梁胁，以缩小梁的计算跨度，减小梁内弯曲应力；或在柱脚增设柱墩，在柱顶增加牛腿或角撑，以压缩柱(刚架)的计算高度，卸减柱内弯矩和剪力。这是一种有效的加固方法，但一般要涉及建筑平面和使用功能的改变，这是其缺点。五.粘钢法用结构胶在被加固构件表面粘贴4mm～6mm厚的钢板进行结构加固，增加的构件自重很小，扩大构件断面很小，也不占用空间，是当前最受工程界青睐的一种混凝土结构加固方法。但也有以下缺点。(1)技术要求高，施工操作程序较复杂。掌握不好的话，质量难保证，可靠性也不高。(2)耐高低温、耐湿、耐腐蚀等性能是否可靠尚未经实践考验，耐久性也没有保证。据现有资料反映，结构胶的最长耐久年限是30年，对于旧房加固来说，这个年限也许已够，但对于施工事故处理中新结构加固来说，这个年限显然不够，何况市场供应胶的实际耐久年限还是未知数。(3)依靠被加固的不可靠的混凝土表面来传递剪力以达到协同工作进行加固的目的，是值得怀疑的。其破损机理是最危险的剪切脆性破坏，是值得警惕的。第十七章结构加固—整浇钢筋混凝土结构加固方案论证三例17.11各种加固技术的优缺点及其适用性六.碳纤维加固法与粘钢法相比，这是一种科技含量更高更先进的加固技术。往往因其质轻高强的惊人物理特性而深受人们欢迎。此法与粘钢法一样，也存在同样的缺点，甚至更严重。现列举如下。(1)由于其强度更高，脆性破坏的危险性更大。(2)受变形协调原理制约，碳纤维的变形须与构件内原有钢筋的变形协调，因而其强度高的特性并不能得到充分发挥，使其有效利用率实际很低。七.玻璃钢(纤维加强塑料)板加固法外粘玻璃钢加固法是在粘钢加固法基础上发展起来的新方法。因为没有钢板锈蚀的问题，耐久性能较好，加固效果也不错，有其一定的优势。目前还在开发、研究阶段。以上列举的多种加固方法各有其优缺点和适用范围。如何选择混凝土结构的加固方法，应该兼顾安全耐久和经济适用两个原则。第十七章结构加固—整浇钢筋混凝土结构加固方案论证三例17.12三例工程事故的结构加固方案论证现试以某大酒店框架、某大粮库刚架和某大会堂舞台屋面工程的结构加固方案为例，来进行一些探索和研讨。至于该工程事故的具体情况，限于篇幅，不作详细描述。一.某大酒店工程结构加固方案论证1.钢筋混凝土柱加固在该大酒店建筑物中，经用扩大断面法加固的钢筋混凝土柱共73根，柱原有断面分φ1000mm、φ1100mm，2种情况，以φ1100mm的占多数。原先设计要求扩大的尺寸(半径)控制为75mm，因施工困难，实际控制量不大于l00mm。而且有些柱是下层柱加固，上层柱不加固；有些柱是上层加固，下层不加固；有些则是中间层加固，上、下层均不加固。因此往往使柱身成为上头大、下头小，或中间大、两头小的反常现象。第十七章结构加固—整浇钢筋混凝土结构加固方案论证三例17.13三例工程事故的结构加固方案论证这种加固方法的最大问题是使整个结构体系的刚度分布情况发生巨变，极不均匀。比如A座塔楼的首层共有2l根柱，只有3根角柱不用加固。这些柱原设计断面为φ1l00mm。而地下室则只有二根柱需要进行加固，其原设计断面也为φ1100mm。加固后的柱断面骤增了40％，刚度骤增了95％，上大下小或中间大、两头小的刚度变化如此之大，对于结构体系的抗风和抗地震来说，显然是极为不利的。另一个问题是对于遗漏箍筋、混凝土存在蜂窝狗洞、强度最低的最需要加固的节点来说，并没有得到加固。从加固节点图就可发现以下问题：由于上下柱断面的变更，又因为施工中普遍存在的上下柱错位等情况，使新增主筋不能准确地与旧筋衔接，上下贯通，妥善锚固；节点箍筋更不能交圈封闭，以起到约束节点核心混凝土的作用。总之从施工现场可以得出结论：对于节点的处理是敷衍了事的。经历一番辛苦之后，却在这最重要的安全关口前功尽弃。第十七章结构加固—整浇钢筋混凝土结构加固方案论证三例17.14三例工程事故的结构加固方案论证2.梁加固该建筑物中经加固处理的框架梁共86根，地下室顶板梁115根。多数框架梁是被认为面筋(节点附筋)不足而被补筋加固的，少数框架梁则是底筋面筋均作了补筋加固。所有地下室梁都作了底筋和面筋的全面补足加固，而且补筋量都是上、下各4φ25。对于梁的加固采用扩大断面补筋法，必然使旧梁机体受到较大损伤。因为施工时不仅要将全部的主筋保护层打掉，而且还要将全部新增钢筋与旧筋焊连，致使旧筋在焊接高温影响下产生初应力。这一结果破坏了旧筋与混凝土之间的粘着力。这一方法最大的缺点还在于增补的钢筋不能妥善锚进节点。对于只因温度应力而引起裂缝的屋面梁和地下室顶板梁来说，本来并不需要增补钢筋，采用补筋加固很可能是得不偿失。第十七章结构加固—整浇钢筋混凝土结构加固方案论证三例17.15三例工程事故的结构加固方案论证3.板加固工程人员对面积45000m2的楼屋面板进行了全面加固，加固办法是以叠合梁理论为基础的。具体做法是将原有混凝土板面打毛清洗后，铺满φ6@200的钢筋网，浇注50mm厚的细石混凝土。这个办法自然满足了板厚和板的跨中抗弯要求，但因梁顶板支座处不配置抗负弯矩的押筋，忽略了这一最薄弱的环节，很可能起不到加固板的效果。在加固过程中，框架柱错位与偏斜问题未得到处理，这也是一隐患。根据以上分析，认为全部加固工程付出了高昂的代价，但其加固效果是值得怀疑的。第十七章结构加固—整浇钢筋混凝土结构加固方案论证三例17.16三例工程事故的结构加固方案论证二.某大粮库刚架加固方案论证1.刚架柱底部增设基墩将柱底部的±0.00m以下到基础顶标高－1.460m以上的一段柱断面，从400mm×800mm扩大