钢筋混凝土框架加固处理

钢筋混凝土框架加固处理宜兴市某车间为现浇钢筋混凝土内框架结构，其平面布置及框架示意见图9-9-1、9-9-2。该工程于1988年4月开工，当年12月竣工并交付使用。1990年8月发现屋面梁出现裂缝，对屋面梁和楼面进行全面检查发现，所有屋面梁均程度不同地存在裂缝，但楼面梁未发现裂缝。各屋面梁的裂缝情况基本相似，图9-9-3、9-9-4为屋面梁裂缝的实测情况。所有裂缝均具有如下特征：1.与梁的内力分布吻合2.呈间断状态；3.两头小中间大；4.梁的两侧同一位置均有裂缝。第1章裂缝原因分析9-9-1-1原始设计图纸复核3层框架屋面梁恒载22.4kN/m，活载2kN/m，混凝土强度等级为C20。经计算梁中最大剪力为112.7kN，梁的实际抗剪能力为130.3kN；跨中最大正弯矩为96.6kN·m，应配筋7.95cm2，实际配筋7.63cm2；梁端最大负弯矩为138.1kN·m，应配筋10.05cm2，实配11.37cm2。基本符合设计规范要求，但承载能力无太多富余。9-9-1-2施工审查施工正值基建高潮，各种建筑材料供应紧张，屋面所用的钢材、水泥的质量保证单均是后补的，水泥系某小厂产品。所用石子、砂的含泥量亦超出规定，砂为粉砂。屋面梁未做混凝土试块，且混凝土配料时未加计量，仅凭经验估计。屋面梁混凝土浇筑完后12h就拆侧模，24h多孔板就安装完毕。4.屋面梁混凝土未进行养护。9-9-1-3测定屋面梁的实际配筋及混凝土强度等级经检查，配筋规格和数量完全符合图纸设计要求。混凝土强度等级经江苏省建筑科学研究院采用回弹-超声综合测强法测定发现，3层部分屋面梁、柱大大低于C10，2层部分屋面梁、柱为C10左右，其他层梁、柱混凝土强度等级为C15左右。9-9-1-4裂缝原因1.根据《混凝土结构设计规范》（GBJ10一89）的规定：“当梁的截面高度超过700mm时，在梁的两侧面沿高度每隔300~400mm，应设置1根直径不小于10mm的纵向构造钢筋”。该工程屋面梁高度为750mm，按规范应设置腰筋，而设计时未考虑这一点，这就有可能因混凝土收缩导致梁腹中出现横向裂缝。事实上，屋面梁上裂缝呈两头小中间大的形状或许正是由于未配腰筋的缘故。2.所用原材料质量较差，特别是砂、石子含泥量较大，砂又为细砂，无质量保证单的小厂生产的水泥质量亦无法保证，使混凝土强度无法达到设计要求。3.在浇屋面梁时气温较高、风速较大、湿度一般的情况下，混凝土未加养护，势必加大混凝土的收缩而引发裂缝。据有关资料记载，一般情况下，当风速为16m/s时，混凝土的干燥速度为无风时的4倍。4.在事先未对模板和支撑作任何计算和混凝土的强度尚不太高的情况下，过早拆除侧模并安装屋面板，使混凝土内部受损伤较重，导致内部微裂缝扩展。5.配制混凝土时没有计量，未根据实际的水泥标号、砂石的含水量和含泥量折算、试配，施工单位又误认为屋面荷载较小，可降低混凝土强度等级，导致混凝土实际强度与设计强度相差较大。资料表明，2年龄期的混凝土强度为28d混凝土强度的1.5倍左右，而实测混凝土的强度等级小于C10，可见施工时混凝土强度极低。此外，检查时铲除梁表面粉刷层发现某些裂缝中含有石灰，证明施工时梁业已出现裂缝。从承受荷载极小的连系梁上亦出现裂缝的现象说明，温度变化亦是引起裂缝的原因。通常宜兴市冬天最低气温都在0℃以下，施工时（夏天）与冬天的温差大于30℃，因而随温度的下降就会产生3×10-4的相对收缩，加上混凝土硬化时总的收缩达6×10-4，在混凝土强度等级很低的情况下，就会因抗拉强度不足而导致梁出现裂缝。第2章加固处理9-9-2-1对裂缝危害的估计从上述对裂缝原因分析、混凝土强度的实测结果及裂缝示意图可看出，屋面梁已彻底破坏，不能再继续使用，必须立即采取临时加固措施，以免裂缝扩展而引起结构破坏。9-9-2-2加固时需考虑的几个因素该工程已交付使用，一、二层内流水线已正常生产，不得影响使用；加固后必须满足原设计提出的“有较高的耐火和耐腐蚀性”的要求；3.不能影响原有的使用功能；4.必须经济、安全、可靠；.5.顶层柱必须同时加固。9-9-2-3加固方案方案一：拆除顶层，重新加固。该法虽能治标治本，但造价较高，工期较长，且施工时如遇下雨可能会因楼面渗漏而影响下层的正常生产，故该法不足取。方案二：改变屋面梁的受力体系。通过增设支点（柱或托架）的办法使结构的受力体系改变。可采用图9-9-5、9-9-6所示的加固方法。然而，由于混凝土强度等级极低，且不易测定，给计算带来不便，而且梁上部钢筋较少，需加密支座才能承受负弯矩。此外，该加固方案限制了车间内的通行，影响生产。按图9-9-5加固亦给楼面梁带来了不安全因素。故此方案不可取。方案三：加固顶层柱、浇筑附加屋面梁。本工程采用此方案。9-9-2-4屋面梁的加固在原有屋面梁两侧各加150mm×750mm的钢筋混凝土梁，原有梁仅承受自重，屋面荷载均由新加梁承担。每根后浇梁内配置主筋4Φ12+2Φ20（图9-9-7），边跨梁的一端支承在砖壁柱上，凿去梁端部位原有圈梁混凝土（圈梁中主筋保留）及部分墙体，后浇梁主筋插入；梁的另一端支承在加固柱的12号槽钢上（图9，9-8）。混凝土由屋面板.灌入，其强度等级为C20。梁的加固简图如图9-9-7。9-9-2-5顶层柱的加固经验算，除顶层柱外，其他层的柱均满足强度要求，故仅对顶层柱进行加固（图9-9-8）。加固时凿去原有柱内主筋的混凝土保护层，露出所有箍筋及主筋，在柱四角包∟50×6角钢，其上端部分伸入后浇梁，下端直抵楼面，支承在下层柱上（因下层柱比上层柱截面大），并将角钢与柱内部分箍筋焊接处作为临时固定，然后在柱四边焊接30×4@300钢板联结4根角钢。柱顶垂直于梁的方向焊接∟100×63×8，其上沿梁长方向焊接长650mm的12号槽钢以支承后浇屋面梁。柱的四周立模后浇C25混凝土。经按外包角钢加固柱的正截面承载力计算公式验算，其强度满足要求。验算时不考虑外包钢架与原柱的共同工作；外包角钢构架与原柱所受外力按各自刚度比例分配，并适当考虑后浇混凝土的承载力。9-9-2-6加固注意事项加固梁的混凝土强度等级为C20，必须先进行试配。加固梁的混凝土从梁顶灌入，屋面板在支座处沿板孔凿出槽孔，每块2孔，尺寸为5cm×20cm。加固前需对屋面板进行临时支撑，加固时要有周密的安全措施。部分混凝土凿除后，必须清理、湿润后再行浇筑加固。混凝土振捣采用插片式振捣器，在屋面板孔内边灌边振，梁及所有板孔一次浇捣完成。6.梁浇筑2周后方能拆除底模及屋面板临时支撑。