混凝土框架結構建筑物抗震能力施工補強方法探討

張書領

為使建筑結構中的各混凝土構件均能滿足承載力和正常使用極限狀態的設計要求及整體抗震設計要求，需要對這些構件進行加固補強。鑒于每個工程的工程特點、現場條件、使用環境等都不盡相同，因此，在確定加固補強方法時，應根據不同工程的具體情況選用不同的方法。本文對加大柱截面法的施工工藝和結構補強設計方法進行探討。

加大柱子截面法是一種成本較低的提高建筑物抗震能力的方法，施工工藝也相對簡單，缺點是較為費工。對新建建筑物進行抗震加固，在施工中較少遇到，故在此對其施工方法做一總結，以便積累一定的施工經驗。

一、框架結構的抗震原理

框架結構真的抗震嗎？當然，前提是設計、施工質量有保證的框架結構。為什么框架結構能夠抗震呢？我們就用身邊的小例子來說明。抗震能力，可以簡單理解成承擔水平荷載的能力。你站在公交車里，沒抓扶手，公交車突然啟動或者剎車，你感覺就像是有人突然推了你一把。地震來了，建筑物的反應也是如此，就像是整個建筑被推來推去一樣。 在實際的結構工程中，第一種叫做“框架-moment frame”，第二種叫做“帶支撐的框架-braced frame”，第三種叫做“帶邊框的框架-剪力墻”。本文所稱的狹義的“框架”特指的是第一種。我們重點討論的還是狹義的“框架”，也就是第一種“moment frame”。

如何保證框架的梁柱節點足夠結實呢？拿最常見的鋼筋混凝土框架來說，鋼筋混凝土結構的優點之一就是能夠通過內部鋼筋的布設來控制結構性能。兩個看起來完全一樣的混凝土結構，很可能因為內部鋼筋布置的不同而具有差異很大的結構性能。對于鋼筋混凝土框架結構來說，梁柱節點處的鋼筋錨固非常重要。錨固的形式要合理、錨固的長度要足夠、節點核心區的箍筋要足夠。事實上，任何結構體系都可以抗震（在結構體系本身適用的高度范圍內），抗震強度取決于設計師賦予它多高的抗震等級，僅此而已。當然，最終的產品能不能抗震，還要看施工單位的良心值是不是符合大眾安全生存的需求。

二、結構卸載

1.恒荷載卸載

為保證新加構件與原結構能夠有效共同工作，加固施工前應對需加固的原有構件及其周邊構件進行卸載。本工程加固施工前砌體施工完畢內外裝修還未開始施工，故建筑物上需卸載的恒載僅為填充墻砌體。本工程填充墻為200mm厚頁巖空心磚砌體，為避免對原砼結構造成損傷，拆除采用無振動人工拆除，即人工重錘輕敲。

（1）梁上砌體的拆除。需加固的梁上砌體應在本跨內全部拆除，梁下砌體沿粘鋼長度范圍拆除，高度以滿足加固所需工作面即可，一般為梁底下1m高。

（2）柱周邊砌體的拆除。為保證有足夠的工作面和盡量保證填充墻的整體性，需加固柱子的周邊一跨內所有砌體均需拆至本跨窗戶洞口中間，無窗戶的墻拆至柱邊1m左右（至少保證后植入墻體拉結筋的長度），原墻體上的拉結筋用鋼筋鉗鉸斷，待澆筑完柱子混凝土后再重新植入柱子。未拆除的墻體留茬部位用鏨子和小錘人工剔除磚上的砂漿和斷磚，留出接茬位置。

2.砼結構自身支撐卸載

為保證所加固梁、柱的安全，使所加固構件達到其功效，施工前需要對所加固的柱和梁進行支撐卸荷，支撐卸荷架要保證構件不被破壞，不可頂升過大，以提升5～10mm為度。支撐腳手架底部需鋪設木板，以增大受力面，腳手架搭設后，用8＃和10＃槽鋼作為千斤頂的支撐受力點。

（1）框架柱卸載。先對需加固柱進行支撐卸荷，支撐卸荷點在需加固柱周邊梁端頭，待柱加固完成后，才能拆除支撐。

（2）框架梁卸載。先對梁翼緣范圍內的板底進行支撐卸荷，支撐卸荷架要保證上部板的荷載在需要加固的梁上為最小，但又不能破壞板和梁的結合處，支撐點設置在梁跨中處。待新梁加固完成后，才能拆除支撐。

三、框架柱加固

加大柱截面法即在對需加大截面的柱子周邊構件進行有效卸載的情況下，沿原有框架柱周邊再重新布置柱子縱筋及箍筋，將原有柱子套入其中，再支模板澆注砼，從而達到加大柱子截面的目的，使其在重新承受荷載后能夠與原有柱子協同受力。

1.新增框架柱受力筋在基礎的錨固方法

首先挖土至原有柱子基礎上表面，將基礎上表面清理干凈并鑿成毛面，再在其上綁扎圍繞柱子的基礎圍套，并將圍套范圍內的柱子表面清理鑿毛，再按圖紙位置在圍套中插入柱子鋼筋，最后澆注砼。

2.框架柱截面的加大

（1）增加截面內鋼筋的安裝。柱主筋仍可采用電渣壓力焊或機械連接，所不同的是主筋需穿過每層原有樓板，如僅為穿過主筋，可在樓板上打眼穿過然后用植筋膠封堵即可。但考慮到下層柱新加截面砼的澆注，故在上層柱根部板上開洞，一則主筋可穿過，二則澆注砼需要，最后在澆灌柱子砼時一并封堵。由于是后加箍筋，上層梁板已施工完畢，故柱箍筋的綁扎不能像常規做法從上往下將箍筋套在主筋上，只能掰開后圍在柱子上再人工恢復原狀，此法較費人工。

（2）新舊砼的結合措施。為保證新舊砼能夠較好地結合，主要采取以下措施：一是鑿去原構件結合面風化酥松層、碳化銹裂層及嚴重油污層，直至完全露出堅硬基層為止，在此基礎上將棱角打掉、表面打毛，使表面凹凸差大于6mm（剔鑿時應重錘輕敲），其粗糙程度越大越好，然后用水沖洗干凈；二是在原有柱子四個面上每隔400mm植2根ф6鋼筋拉勾與新加柱筋拉結牢固；三是在澆灌新砼前，先涂刷一層高粘結性能的界面結合劑，隨涂隨澆，可使結合面的砼粘接抗剪強度和抗拉強度接近或高于砼本身強度，從而避免結合面過早開裂破壞。

（3）柱截面穿梁處的補強措施。由于已有框架梁的影響，梁柱接頭部位新加柱截面的箍筋無法綁扎，故此處采用等代箍筋穿縱橫梁來代替梁柱接頭的箍筋。

（4）砼的澆注。大多數柱子截面每邊增加100mm，因此砼的振搗及入模是砼澆注過程中的兩大難點。一是砼的選用，由于是加固工程，每次澆注的砼方量較小，使用商品砼不太現實，因此采用現場自拌砼。由于澆注面較小，故粗骨料采用粒徑為5～10mm的瓜米石，砼內摻膨脹劑和減水劑（保證較大的塌落度），嚴格按配合比拌制，其強度值應較原柱子砼高一個強度等級；二是砼的入模，砼入模從上層樓板柱子根部避開梁的部位開洞進入，此洞口既是柱子主筋通過區又是砼入模區。砼振搗，由于柱每邊增大的截面僅有100mm，內部又有柱主筋和箍筋，振搗棒無法使用，需采用人工振搗。振搗時人工用錘頭敲擊模板側面以使砼密實，敲擊所使用的錘頭不宜過大應輕錘重敲，要保證每個部位均敲擊到尤其柱子根部和角部，敲擊的頻率越快越好以排出砼內的大部分氣泡。

四、框架梁加固

1.搭設加固用腳手架

將需進行加固處理的鋼筋混凝土柱及基礎上的堆積物清理干凈。用Φ48×3.5的鋼管架支撐。做到支撐架具有足夠的承載能力、剛度、整體穩定性，必要時加設剪刀支撐；扣件具有足夠的韌性及抗扭和抗剪能力。腳手架做到牢固穩定，做到不傾斜、不搖晃、不變形。

2.梁筋定位根據設計要求，按梁鋼筋所在位置精確放線，并根據鋼筋間距定出孔位，并采用鋼筋掃描儀進行主筋掃描，適當調整主筋的準確位置，以保證不至于打傷原有柱子主筋。

3.植筋鉆孔接通電源、水源，套上鉆頭，開始鉆孔，當進入深度達到設計要求后開始停鉆取芯。如孔深超過鉆桿長度時，加上接桿繼續進鉆。孔直徑允許偏差+0.5～0.15，鉆孔深度不應有負偏差，鉆孔垂直度偏差不應大于5°，如產生廢孔用植筋膠填塞滿。

4.植筋。將所成孔道用壓縮空氣機將粉末吹出，再用清空刷反復刷凈，孔內應保持干燥。將建筑植筋結構膠注入所成孔內，然后用外力敲打植入鋼筋并順時針方向旋轉鋼筋直到達到設計深度，孔口進行封堵以保證孔內結構膠密實。

植筋所需錨固長度如下：植筋錨固長度嚴格按照設計要求，如設計未明確要求的，鋼筋所需錨固長度為20d（d為所植鋼筋的直徑）；當錨固長度不能達到設計要求時，在鋼筋的另外一端增加δ=10mm厚的鋼板錨板，采用塞焊的方式連接。植筋完成后應按植筋數的1%且不小于5根做抗拔承載力檢驗，檢驗合格后再綁扎箍筋、支模板、澆注砼。

五、加固施工監測及檢測措施

為確保加固施工的質量，整個施工過程必須進行必要的施工監測，來確保施工安全和加固效果。

在需要加固的構件或其周邊構件上布置測點，在加固前、施工過程中、直到加固完成后，所加固的構件達到其加固設計承載力后，對各個測點按一定的頻率和要求進行觀測，用監測手段來保證整個加固施工處于可控之中。

加固結構應在使用30年后重新進行結構可靠性鑒定該結構是否正常工作，并定期進行檢查和維護，檢查的時間間隔為6～12年，但第一次檢查時間不應遲于6年。

六、結語

提高已有框架結構建?筑物抗震能力的方法有增設剪力墻法、柱子粘鋼法、加大柱截面法等，其中加大柱截面法即是通過對原有框架結構部分柱子截面進行加大，主要框架梁進行粘鋼加強等措施來適當提高建筑物抗震能力的一種結構補強設計方法。