混凝土框架結構加固改造方法分析

許文宗 （安徽建工集團股份有限公司建筑設計研究院，安徽 合肥 230031）

1 前言

如今建筑房地產行業形勢嚴峻，由于開發商資金鏈脫節、市場定位不準等原因，導致國內涌現大量爛尾樓項目。爛尾樓的出現不僅對城市形象產生了一定的影響，而且還浪費土地資源，同時也給居民生活帶來諸多不便。如今爛尾樓的繼續建造與完善問題亟待解決，然而針對此類項目的加固與改造仍缺少大量實際工程經驗。

2 工程概況

某工程位于安徽省宿州市埇橋區宿馬現代產業園區，該項目目前有一棟一層廠房已建成并投入使用，剩下一棟主要墻面與內部未施，該主樓為四層現澆混凝土框架結構，基礎形式為柱下獨立基礎。建筑性質為多層公共建筑（辦公樓），建筑面積為2431．57m2，建筑總高度為16．40m，主體結構于2017 年2 月開始建造，同年5 月上部結構主框架基本完工后停工至今，在改造方面應業主方要求，建筑使用功能保持不變，現場整體狀況如圖1所示。

圖1 現場整體狀況

2.1 現狀檢測結果

經安徽省建院工程質量檢測有限公司提供的《結構安全性鑒定》報告表明，地基基礎部分未發現因地基基礎不均勻沉降或承載力不足導致的建筑物上部結構的沉降裂縫、變形和位移。因該工程目前只有主體結構施工完成，外圍護結構尚未施工，因此并未對圍護結構進行鑒定。上部承重結構部分，雖然既有結構構件滿足承載力要求，但一層頂板9-10/A-C、二層頂板11-13/B-C 均存在蜂窩麻面，如圖2所示；三層頂梁8/A-C、四層頂梁12/D-E、11-13/D、11/C-D 等均存在露筋等現象，如圖3 所示。

圖2 樓板蜂窩麻面現狀

圖3 樓層梁露筋現狀

檢測單位通過對建筑物的柱、梁構件現齡期混凝土強度、碳化深度、構件截面尺寸、箍筋間距及樓板厚度進行檢測，提供了結構檢測報告。此報告表明，以原設計所提供的數據作為依據，在構件截面尺寸、構件強度等方面的檢測中發現，所抽檢的構件基本滿足設計要求，但部分構件如若按照原設計荷載進行復核，其強度有所欠缺，針對以上問題需對原結構實施相應的加固措施。

2.2 主體改造要求

另外，現如今根據業主方要求及現行建筑規范規定，需對該辦公樓進行增設墻體、水箱、電梯、屋面構架層等改造，如圖4、圖5 所示，圖4 為原建筑平面圖，圖5為改造后建筑平面圖。現建筑在1～3 軸增設電梯，在建筑四周增設外掛空調板，對衛生間內功能布局進行調整，并在屋面增設水箱。一系列的改造措施對原有結構布置具有一定的影響，因此需對結構進行重新計算，并對不滿足安全要求的構件進行加固。

圖4 原建筑三層平面圖

圖5 現建筑三層平面圖

3 加固設計

3.1 加固方式

目前對于混凝土結構構件的加固方法主要包括粘貼碳纖維法、包鋼加固法、增大截面法和水泥砂漿修補法。

粘貼碳纖維法大多是利用環氧樹脂或是特定的結構膠將碳纖維布粘貼在混凝土結構構件表面，從而讓有裂縫缺陷的構件形成一個整體的受力構件，以保證其合理的受力特性，因其具有操作簡單、施工工期短等優勢被廣泛使用；包鋼加固法主要是利用特定的鋼板或角鋼包裹在受損構件表面，對于豎向構件，包裹在四周的鋼板或角鋼主要起到約束混凝土的作用，從而提高豎向構件的抗壓強度，而對于水平構件，包裹在構件表面的鋼板或角鋼主要承擔類似構件內抗拉壓鋼筋的作用，鋼板與混凝土構件共同承擔外部荷載作用，從而達到提高構件承載力的目的；增大截面法主要是在混凝土構件外部包裹鋼筋混凝土，對于受彎構件，一般在受壓側包裹混凝土，在受拉側增加鋼筋量，從而使得構件的有效截面高度增加，受拉區鋼筋量增大，從而提高構件的斜截面抗剪、正截面抗彎的能力；水泥砂漿修補法主要是利用高標號水泥砂漿對混凝土構件表面有缺陷的部位進行修補，經常用于混凝土構件出現蜂窩、麻面、孔洞、露筋等缺陷處，對于修補完成的混凝土構件，其受力性能得到提高，大大降低構件在受力時出現應力集中、脆性破壞的現象。

根據以上的加固方法，對不同工況、不同構件采取相應的加固方法，以達到安全、耐久、高效、經濟的加固目的。

3.2 原結構缺陷加固

針對原結構存在的蜂窩麻面、露筋等安全問題分別采取以下加固措施。

對于蜂窩麻面情況，當麻面程度較小時，考慮到構件表面孔洞小，石子很難附著，因此選擇采取水泥砂漿抹平壓實處理；當麻面程度較大時，應鑿去薄弱松散顆粒，此時構件表面孔洞較大，沖洗干凈后，用比原構件混凝土強度高一級的細石混凝土填塞搗實。

對于露筋情況，加固措施分為以下四個步驟：對舊混凝土進行鑿毛處理，以保證新混凝土與基底混凝土具有良好的粘結力；對外露銹蝕鋼筋進行噴砂除銹處理，并涂刷鋼筋防銹劑，降低鋼筋的氧化速度；用高壓水槍將混凝土表面碎屑、灰塵沖洗干凈，并使表層混凝土達到飽和狀態且表面無明水，同時在工作基面上涂刷聚合物界面改性劑；待界面劑用手摸感到似粘非粘時，應及時并快速壓抹高延性混凝土。另外，針對不同修補厚度應采取相應修補措施，當修補厚度超過3cm 小于5cm 時，應分層施工，層與層之間應間隔4h 進行施工；當修補厚度大于5cm 時，應先采用聚合物混凝土進行修補，養護3～5d 后，再壓抹高延性混凝土。

3.3 改造加固設計

由于建筑改造導致原結構發生局部變化，因此首先需對結構安全進行計算。本工程采用YJK4．3．0 版軟件進行結構計算，結構建模以原結構尺寸為基準，只在局部改造處對模型尺寸進行調整，以保證模型的真實性以及計算結果的準確性。結構模型如圖6 所示，通過計算發現，結構的扭轉位移比大于1．5，為了盡量減少加固構件數量，采取增大角柱尺寸來增強結構的外圍剛度，使得結構整體指標均符合規范要求。

圖6 結構模型

由于現行規范荷載分項系數、地震作用分項系數增大以及部分原結構構件強度有所降低等，導致結構構件不能滿足設計安全要求。為了避免對原結構進行大面積改動，將原設計煤矸石磚改為蒸壓加氣混凝土板（ALC板）。ALC板是一種新型綠色環保建筑材料，其密度小，作為墻體材料可大大降低墻體荷載，使大部分構件滿足設計安全要求。同時，ALC 板具有施工方便、工期短等特點，是一種良好的新型墻體材料。改造時利用此材料，不僅可以增加結構安全儲備，而且在一定程度上可以降低施工成本。

3．3．1 梁、柱、基礎加固

梁、柱、基礎是框架結構的主要受力構件。由于增大截面法相對于粘貼碳纖維法、包鋼加固法具有更好的耐久性，因此出于保證結構的設計工作年限以及安全性的考慮，主樓改造后，梁、柱、基礎構件剛度、強度不滿足設計安全要求的，采用增大截面法進行加固。如圖7 所示，圖7（a）、圖7（b）、圖7（c）分別為梁、柱、基礎加固大樣。

圖7 梁、柱、基礎加固大樣

梁下凈高在滿足建筑設計要求的情況下，梁加固首先考慮加大梁高。本工程在與建筑師溝通后，最終選擇通過增大梁底高度的方法來加固不滿足設計安全要求的結構梁，如圖7（a）所示。采用增大截面法對梁進行加固時，首先在模型中進行結構計算，在保持原結構梁截面不變的情況下，計算出梁實際所需配筋值。之后將計算梁底縱筋全部置于新增截面的底部。對于新增截面的箍筋，在滿足計算要求的情況下，宜增設同原結構相同間距、相同直徑的箍筋，且與原結構箍筋進行焊接連接。

對于結構柱的加固，本工程結構柱強度基本滿足設計安全要求，但結構扭轉位移比不滿足規范要求，因此選擇增大角柱的方式對原結構進行加固。在對結構柱進行加固時，首先在結構模型中調節出所需柱截面，之后再進行配筋計算，在調節柱截面時應盡量沿著較少的方向進行尺寸加大，以避免對原結構柱產生較大改動，從而達到在滿足結構安全的情況下縮短工期、節約成本的目的。

對于基礎的加固，由于建筑改造時增加了隔墻、消防水箱等荷載，從而導致原結構部分基礎不能滿足承載力的要求，需要增大基礎截面。另外，對于柱截面增大的位置，基礎也需要相應增大截面。在對基礎進行加固時，應在模型中計算出基礎所需寬度及高度，以保證基礎滿足承載力和抗沖剪的設計要求，之后再計算出基礎所需配筋值。

當采用增大截面法對混凝土構件進行加固時，還應注意以下兩點。

①水泥材料應采用強度不低于32．5級的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥；加固時所用混凝土強度不得低于C20 級，并且應比原結構構件混凝土強度提高一級。

②在加固應注意對原構件表面進行鑿毛、除銹等處理。

3．3．2 板類構件加固

從檢測報告及模型驗算結果中得知，主樓板類構件損傷較小，只有在增設隔墻、電梯井周邊等處出現強度不足的情況。因此出于節約成本的考慮，本工程對板類構件強度不滿足設計要求的，采用粘貼碳纖維法進行加固。

當采用粘貼碳纖維法對構件進行加固時，應注意以下四點：在進行粘貼碳纖維片材前，首先對需要加固的結構板面進行清除松散顆粒、找平膠修補處理；其次碳纖維片材應沿受力方向進行粘貼，搭接長度不應小于200mm，碳纖維布之間搭接長度也不應小于200mm；最后在粘貼好的碳纖維布表面涂抹20mm 厚的1:3 水泥砂漿作為保護層；在后期使用方面，應避免外物直接損壞碳纖維布，并禁止在加固板面處開設洞口。

4 結論

筆者通過某爛尾樓改造加固項目，對混凝土框架結構在加固過程中所遇到的問題及解決方法進行論述，具體表現為以下三點：

①對于原結構出現的蜂窩麻面、露筋等缺陷進行相應的加固措施，以保證原結構自身的強度安全；

②當對結構進行改造時，應盡量采用較輕質的材料，從而達到減少荷載的目的，減少加固構件的數量，提高加固結構的安全儲備，并能實現資金成本的節約；

③碳纖維的使用年限短、安全儲備小，故建議對于梁、柱、基礎構件的加固采用增大截面法，而對于加固較少的板類構件采用粘貼碳纖維法進行加固。