鋼框架結構商砼攪拌樓高位糾偏加固研究

摘 要：糾偏技術是既有建筑工程結構糾偏加固的主要工程技術之一。文章以蘭州地區某商混站鋼結構高位頂升糾偏加固為背景，分析發現該鋼框架結構商砼攪拌樓C軸較E軸沉降變形大，C軸向E軸方向傾斜變形，傾斜變形與沉降變形方向相反，故提出應力釋放法對該樓進行高位頂升糾偏，最大頂升糾偏值為365 mm，該方法既可以消除因應力集中引發的工程事故，也可以糾偏到建筑物變形范圍內使之正常使用，且工期短、經濟、安全可靠。糾偏后經半年的變形觀測數據分析結果，未發現明顯繼續變形，加固效果良好；該成果可為類似既有鋼框架結構建筑物高位頂升糾偏加固提供經驗依據。

關鍵詞：傾斜變形；沉降變形；既有鋼框架結構；高位頂升；糾偏加固

中圖分類號：TU472.99 文獻標志碼：A

*基金項目：甘肅省高等學校創新基金項目“糾傾加固過程對基于黃土邊坡上框架結構安全性的影響及糾傾的施工工藝優化研究”（2022B-404）。

作者簡介：楊黨團（1990-），男，大學本科，工程師，主要研究方向：工程結構檢測、鑒定、加固研究。

△通信作者：汪過兵（1993-），男，博士，助教，主要研究方向：工程結構檢測、鑒定、加固設計研究。

0 引言

建筑物糾偏技術在20世紀前半葉開始發展。20世紀中葉意大利Fondedile公司首次研究出了樹根樁技術，隨后得到廣泛應用，20世紀后半葉得到迅速發展，日本和美國等國家對建筑物糾偏和加固比較重視，加之計算機水平較為先進，糾偏和加固的計算機設計和分析比較成熟[1]，20世紀80年代歐美國家已經制定了建筑物糾偏技術規范和標準[2]。與此同時，國內專家也開始投身于建筑物糾偏技術的研究，經過不斷地創新研究和工程實踐，糾偏技術在不斷地發展，糾偏方法也越來越多。

近30年以來，既有建筑結構糾偏加固技術逐漸得到了空前的發展，然而既有鋼結構建筑糾偏加固的相關規范規定僅在某些方面給出了一些原則性的指引，設計人員還難以按規范規定來完成具體項目的設計工作[3]，特別是在國家西部大開發、 “一帶一路”等政策下，西部地區工程建設得到了空前的發展。而中國西部地區地處黃土高原，分布著大量的濕陷性黃土，許多建筑建造于濕陷性黃土地基上。建筑物在長期使用過程中可能會出現地基承載力不足、地基土松軟及不均勻沉降等現象，再加上不合理的勘察設計或地震等自然災害會引起樓房的傾斜[4]。針對工程病害問題，汪楊[5]、茍衛強[6]、孟雄飛[7]對于既有建筑結構的糾偏技術進行總結和應用。理論方面，劉祖德[8]自1989年提出“地基應力解除法”以來，利用該方法對140余座建筑物進行了成功糾偏[9]。隨后，部分學者對地基應力解除法進行完善、推廣和應用[10-13]。近年來，汪過兵等[14-17]、裴先科等[18]對濕陷性黃土地基上的建筑結構糾偏進行了加固研究。但目前對于高位糾偏加固未見涉及。

文章以蘭州市某村某商混站鋼結構高位頂升糾偏加固為背景，提出應力釋放法對該樓進行高位頂升糾偏，該方法既可以消除由于應力集中引發的工程事故，又可以糾偏到建筑物變形范圍使之正常使用，為既有鋼框架結構建筑的高位頂升糾偏加固積累經驗。

1 工程概況

該商砼站攪拌樓位于甘肅省蘭州市某村，2014年底竣工，地上3層鋼支撐框架結構?？傞L度（軸網尺寸）為11.478 m，總寬度（軸網尺寸）為5.649 m，總高度為12.63 m（檐口至室外地坪標高）。鋼柱鋼梁為焊接工字鋼，采用螺栓剛接連接，鋼材牌號為Q235。二三層墻體采用雙層彩鋼巖棉夾心板，樓面為密肋（次梁）鋼鋪波紋鋼板，屋面板為雙層彩鋼巖棉夾心板。二層為攪拌機械設備間、三層為其他設備操作間設備，其設備位置如圖1—圖4所示。建筑物基礎形式為泥漿護壁鉆孔灌注樁基礎，樁長約為15 m，持力層為雜填土，糾偏加固后續使用年限為15 a，攪拌樓的抗震設防類別為丙類建筑。

2 變形損傷分析研究

2.1 變形研究

采用全站儀對建筑物的相對沉降和傾斜情況進行觀測，觀測結果見圖5。通過分析觀測結果，相鄰柱基相對沉降差最大值為235 mm，房屋的水平方向最大側向位移值為237 mm，沉降和傾斜已不滿足相關規范和規定的要求。

2.2 損傷分析

根據該樓場地的實際鉆取芯樣分析，雜填土層含水率隨著深度而增大，攪拌樓區域呈飽和狀態，導致該攪拌樓樁基礎出現不均勻沉降。通過該樓的沉降和變形觀測分析結果，該攪拌樓樁基礎不均勻沉降觀測結果顯示C軸較E軸沉降變形大，傾斜觀測結果該樓C軸向E軸方向傾斜變形，傾斜變形與沉降變形方向相反。根據變形觀測結果及鋼構件和支撐現場調查結果綜合研究分析結果，發現（4-6）/C軸、（C-E）/6軸、（6-8）/C軸、（4-6）/E軸柱間支撐彎曲變形嚴重。同時還發現大部分鋼柱鋼梁節點以及鋼柱與柱間支撐節點螺栓銹蝕嚴重。梁柱節點連接采用摩擦性高強螺栓連接，螺栓松動銹蝕。

針對該工程損傷現狀，經過研究論證分析決定采用應力釋放的方法進行高位頂升糾偏加固研究，主要加固內容如下：①對該攪拌樓進行高位頂升糾偏加固，高位頂升糾偏加固布置如圖5所示；②對攪拌樓上部已經變形的鋼斜撐進行拆除更換；③對抗震承載力不滿足要求的第三層鋼柱進行加固處理；④對鋼柱鋼梁節點以及鋼柱與柱間支撐節點螺栓進行重新防腐防火涂裝處理。

3 高位頂升糾偏加固研究

由于建筑物梁柱節點固結，所以頂升技術性強、施工組織難度大。鋼柱頂升施工過程中建筑物的不均勻沉降會使建筑物的梁板產生附加內力，過大的附加內力將導致梁板破壞，繼而威脅建筑物的安全；鋼柱頂升過程中，基礎的前期沉降會導致頂升梁隨樁基一起下沉，千斤頂加荷、原有樁基破壞還會使頂升梁產生一定撓度。過大的變形不僅使頂升梁本身破壞，還會導致上部建筑物的破壞。為確保上方建筑、周邊環境安全及施工安全，根據相鄰柱子測量控制目標在2‰要求，經過研究分析，決定針對柱子荷載值計算研究分析結果采用多臺50 t液壓千斤頂對柱子進行高位頂升糾偏加固，本體高度625 mm，行程500 mm。高位頂升糾偏示意圖見圖6—圖9。

3.1 高位頂升糾偏施工順序

（1）搭設鋼管支撐體系。先搭設鋼管支撐架，支撐立桿鋼管型號Φ48 mm×3.5 mm，原有鋼柱四周立桿間距加密為450mm，步距1200mm，上部自由端不大于500mm，布置如圖6、圖7所示，每個軸線位置加豎向剪刀撐，頂部加水平剪刀撐，再設置Φ219 mm×4 mm的格構式鋼管支撐柱如圖8、圖9所示，其頂部焊接鋼板厚20 mm，上方再放置千斤頂，且鋼圓管支撐柱與立桿支撐牢固拉結成整體支撐體系的。

（2）搭設鋼管支撐架對攪拌樓進行支撐后，澆筑型鋼混凝土柱，混凝土摻入早強劑，按照標準養護，再安裝千斤頂，暫時停止攪拌樓生產，切斷鋼柱與二層鋼結構連接，再頂升二層鋼結構，達到頂升要求后，預留板式橡膠支座安裝空間后，如圖6、圖7所示，再澆筑頂升高度柱子內混凝土，按照標準養護7 d后，安裝板式橡膠支座，完成頂升糾偏。

（3）頂升控制：先頂升8/C、8/E軸線的2個點，待6/C、6/E軸線的2個點與8/C、8/E軸線的2個點水平高度接近時，再同時頂升這4個點，達到與4/E軸的點水平高度接近時，再同時頂升這5個點，鋼柱頂升數值如圖8、圖9所示，其中最大頂升糾偏值為365 mm。

頂升中應嚴格檢測原結構節點處的變化情況，嚴禁一次頂升過大而產生次生破壞。頂升過程中，應隨切斷柱的不斷上升及時進行支撐，以防液壓千斤頂傾斜或引起活塞突然下降而造成事故。

3.2 高位頂升糾偏技術研究

（1）千斤頂采用統一的供油和控制系統，頂升時分級進行，將千斤頂安放在指定位置，上下均安裝 20 mm 厚的鋼板墊塊，千斤頂活塞桿預先伸出20～30 mm，使千斤頂對牛腿施加30%的頂升力。保證千斤頂平穩、豎直。

（2）每級頂升量嚴格控制，并保證各點位同步，頂升分級不宜過大，第1級最大頂升量可為1～2 mm。

最大頂升速度0.5 mm/min。頂升時應加強各部位監測，分析監測值與理論值的差異，在有可靠保證的情況下，每級頂升量可逐級適當增加。

（3）頂升時要同步，按下列程序進行：按預設進行加載和頂升→各個觀察點及時反映測量情況→各測量點認真做好測量工作并及時反映測量數據→比較實測數據與理論數據的差異→針對數據偏差進行分析與調整→確認當前工作狀態，決策下一步操作。

（4）每級頂升結束后，應立即采用鋼板將縫隙塞實頂緊，并保持15～30 min。在此期間可對頂升系統、監測系統進行調整，對建筑物整體傾斜情況各水準點位進行觀測。頂升過程中鋼墊板要做到隨頂隨墊，各層墊塊位置應準確，相鄰墊塊應進行焊接，確保墊塊與承臺間隙≤1 mm，如果薄鋼板墊塊超過3塊時，應立即更換為厚鋼板墊塊。

（5）高位頂升糾偏前應布置監測點對該建筑物進行全面高位頂升糾偏過程檢測。

4 結論

糾偏技術是既有建筑工程結構基礎加固探索的主要工程技術之一。該樓（4-6）/C 軸、（C-E）/6軸、（6-8）/C軸、（4-6）/E軸柱間支撐彎曲變形嚴重；C軸較E軸沉降變形大，傾斜觀測結果該樓C軸向E軸方向傾斜變形，傾斜變形與沉降變形方向相反。針對該工程損傷現狀，通過該樓的高位頂升糾偏研究得出以下主要結論：

（1）通過先頂升8/C、8/E軸線的2個點，待6/C、6/E軸線的2個點與8/E軸線的2個點水平高度接近時，再同時頂升這4個點，達到與4/E軸的點水平高度接近時，再同時頂升這5個點，其中8/C點為最大點，最大頂升糾偏值為365 mm。

（2）采用應力釋放的方法高位頂升糾偏加固研究，既可以消除該建筑物應力集中引發規程事故，又可以糾偏達到建筑物變形范圍使之正常使用，該方法工期短且經濟安全可靠。

（3）通過高位頂升糾偏加固完成半年后的變形觀測數據分析結果，未發現明顯繼續變形，加固效果良好，目前已經正常使用；在正常維護的前提下可保證后續使用年限內正常使用，研究成果為濕陷性黃土地區既有鋼框架結構建筑物高位頂升糾偏加固和施工提供理論科學依據。

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Study on High Level Corrective Reinforcement of Commercial Concrete Mixing Building with Steel Frame Structure

YANG Dangtuan 1 ， WANG Guobing 2 ， HUA Meiling 3，4 ， WANG Zhijun 3

（1.Gansu Jiaoda Engineering Testing Technology Co.， Ltd.，Lanzhou Gansu 730010，China;2.Geotechnical Engineering Research Institute， Xi′an University of Technology， Xi′an Shaanxi 710048，China;3.Gansu Building Materials Research and Design Institute Co.，Ltd. Design and Professional Technical Service Research Institute，Lanzhou Gansu 730020，China;4.School of Civil Engineering， Xi′an Petroleum University，Xi′an Shaanxi 710061，China）

Abstract：Correction technology is one of the main engineering techniques for correcting and strengthening ex?isting building structures. The paper is based on the high-level lifting correction and reinforcementof steel structure in a commercial mixing station in Lanzhou，the C-axis of commercial concrete mixing building of the steel frame structure has a larger settlement deformation than the E-axis， the C-axis is inclined to the E-axis， and the inclined deformation is opposite to the settlement deformation. The stress release method is proposed to correct the deviation of the high lifting of the building， and the maximum value of jacking is 365 mm， this method can not only eliminate the engineering accidents caused by stress concentration，but also correct the building within the deformation range so that it can be used normally， and the construction period is short， economic， safe and reliable. After half a year of deformation observation data analysis， no obvious continued deformation was found， the reinforcement effect was good.The results can provide an expirical basis for the similar existing steel frame structure buildings to be rein?forced by high level jacking and deformation correction.

Key words：tilt deformation; settlement deformation; existing steel frame structures; elevated jacking; correc?tive reinforcement