租用通信機房結構加固方法與設計

【摘要】 碳纖維增強聚合物（CFRP）是一種新型材料，具有高強度的特性，在土木工程領域得到了迅速的發展。與傳統的加固方法相比，碳纖維加固具有高效的加固修復技能，而且碳纖維加固方法具有高強、高效、施工快捷等優點。通過對租用通信機房結構加固設計進行分析以及碳纖維的選型的分析，從假設、公式驗證等方式對機房結構加固進行加固描繪，為通信機房結構加固的選型方案提供了重要依據。

【關鍵詞】 碳纖維 通信機房 結構加固

隨著信息與移動技術、通訊作業的飛速發展，全國各地的移動通訊公司大批量的增加通訊機房。一般情況下，通訊機房的設備負載較大，但是其負載能力又不能達到日均增長的負載運行要求。為了保證通訊機房的運行要求，需要對通訊機房進行布局驗算，結構加固等作業。本文以將機房坐落在辦公樓的樓面上為例，進行研究與分析。在樓面上，通訊機房的運用活載比較大，高達6.0KN/m2，但是辦公樓的運用活載能力相對比較小，只有2.0KN/m2。假設該大樓的樓面布局為主次梁現澆板系統，使用此種假設得到布局驗算，該結果表明樓板是不需要進行加固的，但是主次梁需要進行加固。本文根據以上假設情況，使用碳纖維復合材料進行加固，通過對通訊機房的分析以及當前通訊機房加固的基本要求，討論了通訊機房結構加固的方法，確定了通訊機房結構加固的設計方案和規范。

一、通信機房的特點及加固方法

通信機房具有以下特點：（1）層高較高。通信設備對空氣的凈化度要求高，加上房結構的梁高、通風管道和消防管道的高度，層高一般在3.5米以上。（2）設備較多。通信用戶數量的劇增和通信行業的高速發展，致使通信機房的設備處于高速增加的狀態。（3）負載較大。通信機房要保證6.0KN/m2的活荷載標準。（4）跨度較大。由于機房設備較多，機柜的數量也相對較多，加上機柜的拜訪方式和工作人員的操作維護空間，機房跨度一般在8米以上。

提高建筑物的活荷載的結構加固方法有多種。比如豎向結構的柱、墻等加固方法通常使用加大載面加固法、外包鋼加固法、碳纖維加固法等等。橫向結構的梁、板等采用外包鋼加固法、碳纖維加固法等。一般情況下， 使用碳纖維加固法可以滿足豎向結構和橫向結構的多種加固，并且碳纖維具有穩定性高，易于施工等特性。

二、碳纖維特性

本通訊機房的結構加固選用碳纖維布，該碳纖維布為日本進的材料，性價比高，質量堅固，保證了結構加固后能滿足日益增長的通訊性能要求。該碳纖維布（ST200）的功能指標如表1所示。

張貼用樹脂選用國產JGN型修建布局膠，其主要功能指標如表2所示。

三、通信建筑受力分析

3.1 抗震加固要求

一般來說，通信建筑的活荷載標準值應該達到6.0KN/m2，但是普通的民用建筑活荷載值只有2.0KN/m2，因此需要對建筑進行加固處理，使其活荷載值提高達到通信建筑的標準。這里假設民用建筑為7層的建筑。

首先，通過PKPM結構計算機軟件計算得出，將7層建筑的地震作用力增加20%左右，則其活荷載標準值可以達到4.0KN/m2，但是還沒有達到通信建筑的要求，在此情況下，可以通過調整設備的擺放方式使得4.0KN/m2的活荷載值滿足通信機房的要求。具體的方式為：控制機房設備的總重量，使其小于面積與活荷載值的乘積即可。

3.2 結構構件加固要求

在建筑設計過程中，板和柱子的數量較多，因此在加固過程中需要大量對板和柱子進行加固。使用傳統的外包鋼加固法已經過時，其缺點在于粘合強度隨著時間的增加而削弱。碳纖維加固法沒有此種缺點，而且具有高強高效、施工便捷、耐久性強的特點。下面介紹碳纖維加固法說明構件的加固方法。

（1）基本假定

加固結構的正截面受彎承載力可使用以下假設：①受拉區的混凝土作用忽略不計；②混凝土、鋼筋的應力按照國家規范計取；③受彎后的梁混凝土、鋼筋和碳纖維符合平截面假設；④碳纖維的應變關系采用線彈性應力。

（2）簡化計算公式

根據上述四種假設，由碳纖維加固過的受彎構件梁與鋼筋混凝土梁的受力過程基本相似，因此由碳纖維加固的受彎構件的受力可以根據鋼筋混凝土的受力方法進行分析。按照這兩種受力方式相似的特性，可以將碳纖維加固的面積轉化為鋼筋面積，即得出：

Acs= （1）

在公式（1）中：

Acs：鋼筋面積，與碳纖維布面積等效

Fcfs：碳纖維布的抗拉強度

Acfs：碳纖維布的面積

Fy： 鋼筋的抗拉強度

將Acfs取其凈面積，可以得出公式（2）：

Acfs=tcfsBcfsn （2）

在公式（2）中：

Tcfs：碳纖維布的厚度

Bcfs： 碳纖維布的幅度

N： 碳纖維布的粘貼層數

通過上述公式可以得到等效的鋼筋面積，然后代入鋼筋混凝土的矩形截面受彎構件正截面承載力公式，對受壓作用點取矩，得出公式（3）：

M=fyAss（h0-） （3）

在公式（3）中，假設x為混凝土受壓區的高度，根據平衡力的條件對公式（3）進行計算得出公式（4）：

x=h0 （4）

在公式（4）中：

b： 梁的高度

h0：計算的梁的高度

fc：混凝土抗壓強度

ASS：鋼筋混凝土中鋼筋面積與碳纖維布的面積總和。

根據資料，假設fcfs=1800βφ，其中β為層數折減系數，φ為碳纖維布強度利用系數，這兩個都為常數。

根據公式可以看出，隨著碳纖維布的層數的增加，其加固的效果將降低。因此在通信機房加固的過程中，要對碳纖維布的抗拉強度進行折減。根據資料，折減系數的取值與碳纖維布的層數的關系如表3所示。

根據資料，φ的取值一般為0.85。

四、加固施工

4.1 施工步驟

使用碳纖維加固工藝，施工的質量顯得尤為重要，施工質量直接關系到加固作用的好壞。使用碳纖維加固的施工步驟歸結于以下6個步驟：（1）鏟除加固梁和吊筋等處的障礙物；（2）打磨使用碳纖維粘貼的部位，使其平坦，用吹風機將浮沉吹除并且清洗粘貼面；（3）對不平坦的部位，使用整平材料補樹脂進行修復；（4）涂刷基底樹脂，進一步增加碳纖維和混凝土之間的粘合度；（5）涂刷粘合樹脂，使用碳纖維布進行粘貼，當進行多層粘貼時，可以重復步驟4；（6）粘貼碳纖維結束后，再在碳纖維表面涂刷一道粘結樹脂。

4.2 施工關鍵

在使用碳纖維加固施工的過程中，需要注意以下幾點關鍵問題：（1）混凝土和碳纖維之間的交界處必須處理干凈和平坦，否則將直接影響工程質量；（2）粘貼碳纖維布時，必須要多人合作，一人是無法保證質量的。一人負責拉緊碳纖維布，一人負責刮邊粘貼，要保證不能留氣泡。（3）注意搭接處張貼并且做好記號，保證搭接長度>150mm。

五、結語

通過工程實驗證明，使用碳纖維布加固通信機房混凝土布局及構件能夠很大程度上對其進行加固加強。通過計算也可以得出，使用碳纖維布加固設計可以有效提高通信機房的承載能力，但是其承載能力并不是無限增加的。使用碳纖維布對通信機房進行加固，不僅要考慮到單個構件或者局部構件的承載能力，還需要考慮到整個機房的抗震承載能力。

在不增加梁及自重的情況下，使用碳纖維布的方法具有有效降低成本，縮短工期、延長加固時間、提高工程質量的特性，對社會具有較大的使用價值。

參 考 文 獻

[1] GB50292-1999 民用建筑可靠性鑒定標準[S]

[2] CECS146：2003碳纖維片材加固修復混凝土結構技術規程[S]

[3] 趙彤，謝劍. 碳纖維布補強加固混凝土結構新技術[M]. 天津：天津大學出版社，2010

[4] 李延和. 建筑結構新技術及工程實踐[M]. 南京：河海大學出版社，2008

[5] 藍宗建，梁書亭. 混凝土結構設計原理[M]. 南京：東南大學出版社，2002