大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目 異形柱在火災(zāi)后的加固方法

張?chǎng)魏?張嘉鋮 孔海華 李淑欣 黎泉旭

（華南農(nóng)業(yè)大學(xué)，廣東 廣州 510642）

1 概述

異形柱是異形截面柱的縮略稱(chēng)號(hào)，異形截面是指異形柱的幾何形狀截面與一般普通的矩形截面相比有較大的差異。一般來(lái)說(shuō)，異形柱的幾何形狀截面多為 L形、T形及十字形，并且截面上各肢的肢高肢厚比不大于4。混凝土異形柱在受力性能上比普通的混凝土柱要好，但它的延性跟普通柱相比要遜色幾分，最重要的是異形截面柱與一般框架柱相比，它的截面面積小，可以避免室內(nèi)局部柱突出的現(xiàn)象，室內(nèi)可使用面積較大，為建筑設(shè)計(jì)及使用功能提供了更多的選擇。近年來(lái)，異形柱的研究在各大高校和研究機(jī)構(gòu)普遍展開(kāi)，對(duì)于異形柱的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及受力性能和抗火性能等的研究成果較多，這些研究成果使得異形柱的使用更加廣泛和合理，一系列研究成果也使得異形柱的優(yōu)點(diǎn)被更大程度的利用，同時(shí)也對(duì)異形柱結(jié)構(gòu)本身存在的一些問(wèn)題提供了解決和處理方法。綜上所述,異形柱憑借其突出的自身優(yōu)點(diǎn),從而在當(dāng)今的民用建筑領(lǐng)域獲得了極為廣泛的應(yīng)用和發(fā)展前景。

2 異形柱的適用條件

自20世紀(jì)70年代，國(guó)內(nèi)為了貫徹環(huán)境保護(hù)的政策，開(kāi)始在建筑業(yè)內(nèi)禁止使用燒結(jié)黏土磚，多稱(chēng)為“紅磚”，在這樣的環(huán)境下，建材改革是不可避免的，異形柱就是該改革的重要產(chǎn)物之一。鑒于其功能上的優(yōu)越性，于上世紀(jì)八十年代改革開(kāi)放初期，廣東地區(qū)的6-9層商品住宅區(qū)大量使用異形柱，取得了豐富的研究數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)成果。異形柱的大量使用在空間使用方面極大的滿(mǎn)足了人們的需求，但值得注意的是早期大部分異形柱在建造時(shí)使用的是普通的鋼筋混凝土，并未使用防火材料，經(jīng)過(guò)30多年，大部分房屋已經(jīng)老化，發(fā)生火災(zāi)的概率大幅提升，且在經(jīng)歷火災(zāi)之后，柱的結(jié)構(gòu)性能會(huì)大幅下降而對(duì)整棟建筑造成影響，尤其是異形柱本身在截面較小，保護(hù)層較薄，導(dǎo)致其性能下降更加明顯和嚴(yán)重。因此火災(zāi)后對(duì)異形柱的加固是十分有必要的。

3 加固方法

目前在加固領(lǐng)域內(nèi)，已有且較為成熟的加固方法有：鋼板加固法、CFRP材料加固法、預(yù)應(yīng)力加固法等。本文對(duì)以上三種方法進(jìn)行調(diào)研分析，對(duì)其加固施工流程、加固效果及使用范圍進(jìn)行總結(jié)。

3.1 鋼板加固

首先，柱外包鋼加固法是指將型鋼材料外包于混凝土柱的兩角或四角，將角鋼焊在扁鋼箍上，以達(dá)到使其剛度和受力性能增強(qiáng)的一種加固技術(shù)；柱外包鋼加固法施工流程：結(jié)構(gòu)面清理放線(xiàn)→打磨混凝土浮層→打磨鋼板→進(jìn)行組裝焊接→埋管注膠→養(yǎng)護(hù)→驗(yàn)收；其次，粘鋼加固法是指用特制的建筑結(jié)構(gòu)膠將鋼板粘貼在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的表面，以達(dá)到使其結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力提高的一種加固技術(shù)。粘鋼加固法施工流程：打磨處理粘貼面→準(zhǔn)備加壓固定和卸荷系統(tǒng)→進(jìn)行膠黏劑調(diào)配→進(jìn)行涂膠、粘貼→固化、卸加壓固定系統(tǒng)→驗(yàn)收。

鋼板加固方法的適用范圍：

1.此加固法適用于只受靜力作用的一般受彎及受拉構(gòu)件。

2.不宜使用此加固法加固混凝土等級(jí)小于C15的構(gòu)件。

3.加固過(guò)程使用的膠及膠黏劑需達(dá)到國(guó)家等級(jí)要求。

4.此加固法應(yīng)在溫度小于60℃、濕度小于70%環(huán)境使用，若超過(guò)此范圍，應(yīng)采取相應(yīng)的防護(hù)措施。

3.2 CFRP材料加固

CFRP是指一種新興的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer/Plastic)，它的特點(diǎn)是輕質(zhì)并且高強(qiáng)。CFRP作為最近新興的一種加固材料，它的比重小，質(zhì)強(qiáng)比大，抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到鋼筋的10倍。

在進(jìn)行CFRP材料加固之前，應(yīng)該將原結(jié)構(gòu)的部分荷載盡可能地卸去，使CFRP材料加固施工時(shí)原結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承受的荷載作用能夠降低到最低程度。CFRP材料加固施工工序?yàn)椋夯滋幚砘炷痢磕ǖ讓油苛稀M(jìn)行殘缺修補(bǔ)（用環(huán)氧膩?zhàn)樱NCFRP→進(jìn)行養(yǎng)護(hù)→進(jìn)行涂裝→驗(yàn)收。

適用范圍。適用于各種形式的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的加固補(bǔ)強(qiáng)

施工主意事項(xiàng)：

1.施工環(huán)境的溫度不宜低于5℃，環(huán)境相對(duì)濕度不宜大于85%，若環(huán)境未達(dá)到適宜，則難以取得較好的加固效果。

2.施工時(shí)應(yīng)將CFRP材料防治在遠(yuǎn)離可能放電的地方，涂料應(yīng)避免陽(yáng)光直射。

3.作業(yè)人員施工時(shí)要佩戴齊全安全防護(hù)用品，保持施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境通風(fēng)良好。

4.施工時(shí)若涂料掉落在皮膚上,應(yīng)馬上用肥皂水沖洗,若濺入眼內(nèi)則清水清洗或及時(shí)就醫(yī)。

3.3 預(yù)應(yīng)力加固

預(yù)應(yīng)力加固法是指通過(guò)采用型鋼撐桿或者外加預(yù)應(yīng)力鋼拉桿的形式，對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件或整體進(jìn)行加固的一種方法。它原理是通過(guò)加入預(yù)應(yīng)力的手段作用后使得外加的撐桿或拉桿受力，從而達(dá)到使原結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布改變和原結(jié)構(gòu)應(yīng)力水平降低的效果，可以完全消除一般加固結(jié)構(gòu)中所產(chǎn)生的應(yīng)力應(yīng)變滯后現(xiàn)象。

外加預(yù)應(yīng)力加固法工藝流程：清理原結(jié)構(gòu)表面→劃線(xiàn)確定預(yù)應(yīng)力桿需要施加→預(yù)應(yīng)力桿制作→鑿毛清理需要安裝錨具的混凝土→界面的處理→安裝連接和錨固件→相關(guān)張拉裝置的安裝→張拉力控制→完工驗(yàn)收。

預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)的適用范圍：

1.使用預(yù)應(yīng)力加固法的原混凝土構(gòu)件的截面尺不得大于一定的限值；構(gòu)件的上部荷載可能會(huì)在后續(xù)工程中繼續(xù)增加；原本的使用功能需要進(jìn)行一定的改變；原結(jié)構(gòu)構(gòu)件處于高應(yīng)力的狀態(tài)，并且上面的荷載很難卸載。

2.當(dāng)原梁、板混凝土構(gòu)件的正截面受彎承載力不足時(shí)，可選擇采用外加預(yù)應(yīng)力鋼拉桿的形式；若承載力不足的桁架結(jié)構(gòu)的也可以選擇采用外加預(yù)應(yīng)力鋼拉桿的形式。

3.宜在環(huán)境溫度小于60℃的環(huán)境下施工，否則應(yīng)采取有效措施防護(hù)。

4 結(jié)論

通過(guò)本文前面的總結(jié)，下表是對(duì)上述加固方法的直觀對(duì)比。

加固方法 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 成本分析images/BZ_312_1863_2451_2184_2495.pngimages/BZ_312_1855_2497_2193_2540.png較低images/BZ_312_1982_2543_2065_2586.png、images/BZ_312_1855_2614_2193_2657.png 較高images/BZ_312_1921_2660_2126_2703.png高、后期維護(hù)處理難度較大 較高images/BZ_312_1863_2731_2184_2774.png堅(jiān)固耐用、施工快速、鋼板加固 簡(jiǎn)潔輕巧、靈活多樣、經(jīng)濟(jì)合理強(qiáng)度高、施工方便迅速CFRP材料加固 施工空間無(wú)限制、抗酸堿、耐腐蝕預(yù)應(yīng)力加固 施工便捷、材料可以單獨(dú)進(jìn)行更換、經(jīng)濟(jì)可靠

綜上所述，異形柱框架結(jié)構(gòu)從使用層面因其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)已大量使用但從其結(jié)構(gòu)層面來(lái)說(shuō)存在一定的缺陷，從現(xiàn)實(shí)使用層面來(lái)說(shuō)現(xiàn)有異形柱需要考慮火災(zāi)后的加固。因此本文所列出各種加固方法及其施工工藝、優(yōu)缺點(diǎn)、成本。以供相關(guān)人員在充分分析實(shí)際工程特點(diǎn)后進(jìn)行選擇。