某商业建筑结构加固改造实例

芮彩雲

摘要：随着社会发展地需求、生产工艺地进步，实施城市更新行动将是今后城市发展的主流方向。城市更新过程中，需要对既有建筑物进行改造，既有建筑物由于使用功能改变、荷载发生变化，需对原结构进行加固。在结构改造加固过程中，需要保证结构体系的完整性，局部荷载改变的地方，需对梁、板、柱进行综合补强。文章通过某综合楼加固改造施工实例，分析框架柱增大截面+外包型钢组合加固法、框架梁粘钢加固、悬挑梁加大截面加固施工方案，并结合现场实际制定冬期施工方案并实施，同时针对施工现场出现质量缺陷提出对策并实施，为今后类似工程的施工积累一定经验。

关键词：结构加固;组合加固;粘钢加固

中图分类号：TU746.3            文献标志码：A

随着城市更新改造工作地逐步开展，一些原有建筑由于使用功能、荷载等的改变，已不能满足当前需求。而商业建筑改造由于涉及面复杂、范围广等问题，在加固改造过程中要面临的考验诸多[1-4]。本项目又处于北方冬施期间，如何做好冬防也是改造过程中需把握的关键部分。

1工程概况

某商业建筑位于兰州市城关区，始建于1999年，主体结构为框架剪力墙结构，基础采用钢筋混凝土筏板基础，地上二十八层（局部为二十九层）包含高层住宅、多层商业及地下室。

本工程结构形式为框架-剪力墙结构，建筑设计使用年限为50 a，抗震设防烈度为8°（0.2 g），地震分组为第二组，特征周期为0.40 s，基本风压为0.3 kN/m2，基本雪压为0.15 kN/m2;框架抗震等级一级，剪力墙抗震等级一级。

本工程根据业主需要对部分框架柱采用综合法加固（增大截面+外包角钢），悬挑部位钢筋混凝土梁采用增大截面加固，对楼板局部洞口封堵，新增电梯局部结构改造;框架梁采用粘钢及外包角钢加固，新增洞口采用粘贴碳纤维加固。

2框架柱组合加固方案

2.1增大截面+外包型钢组合加固

传统的框架柱加固方法主要为增大截面加固法及外包型钢加固法，增大截面加固法也称为外包混凝土加固法，依据新加混凝土与原结构构件共同工作的原则，对新加混凝土采用强度折减的方法进行受压承载力计算。该方法施工工艺简单、适用面广，但现场湿作业工作量大、养护时间较长，构件截面增大后对结构的外观和房屋净空有影响。

外粘型钢加固法是在构件四周包以型钢的一种加固方法，计算轴心受压柱的截面承载力时，可将外包型钢视为柱的纵筋，并取一定的强度折减系数，按照外包型钢构架与原柱共同工作的原则进行。该方法工期短，构件截面尺寸增加不多，但定位及胶缝厚度要求严格，且应进行防护。

为有效解决外包型钢加固法在提高构建轴压比和承载力方面有限且定位和胶缝厚度严格，及增大截面加固法对结构外观及房屋净空的影响、配筋过大时梁柱节点钢筋无法贯通导致的节点偏弱等问题，同时有效增加框架柱环向约束。故本工程中对负二～七层（-7.000～28.100 m）A轴10根钢筋混凝土柱采用组合加固法进行加固。

组合加固法一般会采用外包型钢和增大截面加固相结合，在受压承载力计算时，综合利用各种加固材料共同工作的原则进行计算。外包型钢和增大截面组合加固法，综合了外包型钢法与增大截面法两种常用加固方法的优点，对加固构件的承载力有很大程度的提高，既减轻了增大截面法对净空的影响，也减小了所需外包型钢的面积，且施工方便，经济性较好。

2.2框架柱加固施工方案

根据设计要求，本工程制定了切实可行的施工方案。建筑中原有柱截面尺寸为700×700，型钢规格为∠75×8、∠100×8等，缀板宽100 mm、厚4.0 mm、缀板间距100 mm，钢材型号为Q235。如对角柱JKZ-1新增角部受力鋼筋?28通长设置，中部受力钢筋?25通长设置，新增拉筋?12@200化学植入柱内，锚固长度不低于15 d。在-1.300～28.100 m处采用柱外包型钢+增大截面组合加固，柱角新增角钢 L75×8，新增缀板100×4@100，与角钢焊接，梁柱节点贯穿楼板处，梁区等代钢筋?20@200穿墙与角钢焊接。

增大截面施工时，采用强度等级为C55的灌浆料，浇筑方式根据现场施工条件采用人工浇筑，浇筑前对构件根部采用封堵措施，并分层设置浇筑口。浇筑时采用体内体外相结合的振捣工艺，振捣密实，浇筑完毕12 h 内对灌浆料进行覆盖、保湿、养护。

2.3框架柱组合加固施工要点

混凝土柱组合加固的主要工艺流程为：施工准备→基层处理、凿毛→放线下料→柱角开洞→植筋→型钢、钢板表面处理→型钢骨架制作及安装→钢筋制作及绑扎→模板安装→混凝土浇筑→模板拆除→混凝土养护→检查、记录→验收。

组合加固施工过程中，技术要点主要有：

（1）需要将下层角钢升入上层，因此要在柱角楼板开洞，作业部位在上层板面，根据现场实际情况，为避免拆除过程中对原结构的损伤，需采用人工静力拆除方式进行开洞作业;

（2）根据设计要求，植筋钻孔孔径应不小于d+4 mm，钻孔深度不小于L+15 mm，其中 d 为钢筋的直径，L 为钢筋植入深度，现场施工时采用凿岩机械或冲击钻孔;

（3）型钢骨架制作及安装中，钢骨架各肢，按设计要求的距离临时固定，宜采用螺栓和点焊方式。在原构件找平的表面上，每隔一定距离粘贴小垫片，使钢骨架与原构件之间留有2～3 mm的缝隙，以备压注胶液;

（4）对加压注胶的全过程进行实时控制。压力应保持稳定，且应始终处于设计规定的范围内。当排气孔冒出浆液时，应停止加压，并以环氧胶泥堵孔。然后再以较低压力维持10 min，方可停止注胶。

现场采用组合加固后的框架柱施工质量满足《建筑结构加固工程质量验收规范》（GB 50550-2010）[5]验收要求。1DE44F3F-1E29-4479-B95B-F4C0AA47FF8C

2.4施工质量控制

在柱增大截面施工过程中，出现的主要质量问题是增大截面柱表面出现干缩裂缝，经现场技术人员分析，出现裂缝的主要原因有灌浆料受潮、搅拌不充分、配合比不到位、模板加固不到位、与原混凝土截面结合不良、拆模不当等。通过采取现场检查、资料分析、现场试验等方法，对引起混凝土裂缝过大的各个末端因素进行了逐个确认，最终确定为：

2.4.1凿毛深度不够，间距过大

工人进行凿毛作业时，电锤使用不规范导致凿毛深度不足，项目部采取将拉结筋间距缩小为150 mm，界面凿毛深度调整为6～10 mm，凿毛间距20 mm 的控制措施，并将固体界面剂更换为乳液型界面剂。同时对操作人员进行二次技术交底，要求操作人员严格按照实施对策后的方案进行凿毛处理。

通过采取一系列措施，现场凿毛深度满足规范要求，保证了施工质量。

2.4.2养护不到位

针对养护材料性能差，具体措施：用毡布将塑料薄膜进行替换，以降低前期因地下室温度过低而带来的内外温度差，减少水分流失。

2.4.3灌浆料流动度大

针对灌浆料流动度大的问题，更换灌浆料种类及搅拌工具，搅拌机由滚筒式搅拌机更换为强制立式搅拌机。

灌浆料种类由普通灌浆料更换为钢纤维早强灌浆料。在每次搅拌前对水的配合比进行控制，通过实验得出配合比在11%～12%之间灌浆料的流动度最佳，适宜灌注。

通过改进对策的实施，灌浆料增大截面裂缝显著减少，裂缝宽度显著降低，目前为止未见贯穿性裂缝。

通过预防措施的实施，可见的干缩裂缝显著减少;宽度大于0.2 mm 的裂缝得到有效控制，现场施工质量合格率达到了92.7%，满足规范要求。

3框架梁粘钢加固

本工程一至七层部分框架梁采用粘贴钢板法加固，粘贴钢板用胶采用A级胶，加固采用粘锚结合的方式。3.1材料质量标准

（1）钢材：本工程所使用的钢板和扁钢，其品种和性能应符合下列规定：钢材质量应符合现行国家标准;钢材的性能设计值应符合现行国家标准的规定;不得使用无出厂合格证、无中文标志或未经进厂检验的钢材。

（2）环氧树脂胶：梁粘钢所使用的胶为A级胶，其性能应符合国家标准《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》GB50728-2011第4.2.2条的规定，且应满足《混凝土结构加固设计规范》（GB50367-2013）的相关要求。3.2施工要点

根据设计要求，在±0.000 m、5.100 m、9.600 m、14.100 m、18.600 m、23.100 m、28.100 m 处采用梁包钢加固。

梁顶、梁底加固钢板采用环氧树脂A级结构胶粘贴，并采用锚栓M8@400锚固，梁侧采用钢板U形箍，净间距100/200。在现场施工过程中，加固钢板采用人工除锈，除锈等级St2，加固安装时在钢板内侧均匀涂刷结构胶后与混凝土结构沿全长互相压紧，将粘钢胶均匀挤出，同时采用化学锚栓可靠锚固。加固完成后在裸露的钢材表面进行抹灰处理，抹灰厚度为20 mm，采用Ⅰ级聚合物砂浆，内加防裂钢丝网，以防止粉刷层龟裂脱落。

3.3施工质量控制

影响梁外包型钢工程质量的主要因素是空鼓和焊缝不满足要求，主要原因是部分工人操作方法不当、空压机压力不够、焊条不满足要求、清渣不净、注胶时间不够。

针对施工现场出现的上述质量问题，项目部采取了以下措施：

（1）对所有一线操作工人进行方案和技术交底，对施工人员加强教育培训，提高一线工人的操作水平，统一认识梁包钢施工质量对建筑物使用安全和使用寿命的重要性;

（2）项目部新购置一台大功率空压机，合格证、检测报告资料完整。项目部技术负责人对施工作业人员进行技术交底，并由项目施工员负责施工过程中的检查、监督;

（3）项目材料员严格把关，与型材匹配，未受潮，合格证、检测报告齐全。其次，由项目部技术负责人对施工作业人员进行技术交底，并由项目施工员负责施工过程中的检查、监控。对所有进场材料严格按照规范规定验收入库，并做好相关记录;项目技术负责人对所有材料的合格证及检测报告进行查验，最后，报监理现场旁站、做隐蔽验收及记录;

（4）采用二氧化碳气体保护焊，制定作业指导书，由项目部技术负责人对施工作业人员进行技术交底，并由项目施工员负责施工过程中的检查、监督;

（5）项目部对加压注胶全过程应进行实时控制，压力保持稳定，且始终处于设计规定区间内。当排气孔冒出浆液时，停止加压，并以环氧胶泥堵孔。然后再以较低压力维持10 min，停止注胶。

4悬挑梁加大截面加固

原框架梁凿除混凝土保护层露出箍筋，梁顶钢筋化学植筋锚固于柱内，锚固长度20 d，新增中部箍筋植入原有梁内，新增两侧箍筋分段焊接于原有梁箍筋，梁底钢筋化学植筋锚固于柱内，锚固长度20 d。在板上开槽100 mm，后注高强无收缩灌浆料。梁增大截面选用某品牌灌浆料满足《工程结构加固材料安全性鉴定技術规范》（GB 50728-2011）第6.2.1条及6.2.2条的要求[6]，强度等级≥C55。经现场见证取样，7 d后抗压强度值≥40 MPa，抗折强度值≥6.0 MPa，28 d后抗压强度≥60 MPa，抗折强度值≥9.0 MPa。钢筋保护层厚度为25 mm，28 d后与钢筋握裹强度≥5.0 MPa。

5冬期施工措施

由于本工程施工时间为冬季，日平均气温低于5℃，项目部根据现场实际情况采取冬期施工措施，针对钢筋工程、灌浆料工程、模板工程等分项工程编制冬期施工方案。

钢筋在负温条件下，其力学性能会发生显著变化，为保证加固结构安全，在其运输、堆放、搬运过程中，减少碰撞、挤压等现象，以减少钢筋表面的机械损伤，降低冷脆性。梁、板、柱模板须在灌浆料同条件养护试块强度达到5 N/mm2，灌浆料温度冷却到5 ℃后，且灌浆料表面温度与外界环境温度差不大于20 ℃时方可拆除。柱子灌浆料，还应控制其内外温差不大于25 ℃。

灌浆料工程原材料进行保温防冻，进行全封闭。采用热水搅拌，热水温度不超过60 ℃，保证灌浆料出机温度达到10～20 ℃。拌制时严格控制外加剂掺量和水灰比，搅拌时间是常温搅拌时间的1.5倍。

冬期施工灌浆料养护措施十分关键，正确的养护能避免灌浆料产生不必要的温度收缩裂缝和受冻现象，本工程采用综合蓄热法养护灌浆料。

6 结束语

结合工程实例，对框架柱组合加固、框架梁粘钢加固、悬挑梁增大截面加固技术措施进行分析，并针对冬期施工制定措施，加固后能够有效保证目前建筑物的安全使用。本工程运用的建筑结构加固方案适用性强、技术成熟，对类似工程具有一定的参考价值。

参考文献：

[1]张红改，王兆宁. 某大型商业建筑加固改造案例分析[J].江苏建筑，2017（Z1）：25-28.

[2]曾华.既有框剪结构加固方案探讨及实例分析[J].工程技术研究，2020（10）：13-14.

[3]杜嘉林，腾帅，徐见闻.建筑结构加固处理及应用研究——以干休所加固为例[J].城市建筑，2020（33）：112-114.

[4]付晓东，范乐，崔剑锋.成都高新区技术智慧指挥中心结构加固改造[J].四川建筑，2020（2）：271-273.

[5]中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑结构加固工程施工质量验收规范：GB 50550-2010[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.

[6]四川省建筑科学研究院.工程结构加固材料安全性鉴定技术规范：GB 50728-2011[S].北京：中国建筑工业出版社，2014.1DE44F3F-1E29-4479-B95B-F4C0AA47FF8C