高层建筑钢筋混凝土柱的置换加固措施与方案探

　　摘要：随着人们对建筑用途多元化的追求及对新旧建筑可靠性、安全性的更高要求，民用及工业建筑改造加固工程的日益增多。钢筋混凝土结构的高层建筑，混凝土的强度是保证建筑安全的关键之一。文章结合工作中的具体实例,重点阐述混凝土加固的几种主要方法以及与混凝土结构加固改造配套使用的技术,同时介绍了技术安全措施与注意事项。

　　关键词：高层建筑;混凝土结构;加固方法;稳定性;施工

　　Abstract: with the people to use the pursuit of building diversified and new and old buildings to the requirement of reliability, security, civil and industrial buildings of the reinforcement engineering is increasing. Reinforced concrete structure of the high-rise building, the strength of concrete is the key to ensure the construction safety of one. Combined with the example in the work of the specific, focuses on several important methods of reinforced concrete and concrete structure reinforcement and reconstruction of supporting the use of technology, and introduces the technical security measures and the matters needing attention.

　　Keywords: high building; Concrete structure; Reinforcement method; Stability; construction

　　中图分类号：TU97 文献标识码：A 文章编号：

　　混凝土结构在建筑工程施工过程中，由于施工质量不满足设计和规范要求，建筑使用功能改变，大量混凝土结构老化以及水泥质量、施工方法、配合比等因素的影响，难免有时会造成混凝土强度偏低。如果弃之翻工会造成很大的经济损失，因此，必须采取一些措施对混凝土结构进行补强加固、改造、维护。如施工中混凝土强度等级与设计要求相差较小，加固问题比较容易处理。本文介绍了因施工质量问题造成混凝土的强度等级与设计要求相差较大时，如何对框架柱的混凝土进行置换加固处理。

　　1 加固措施

　　⑴ 加大截面加固法

　　这是较为常用的加固法，技术措施可靠，施工较为简便。但因原混凝土强度等级与设计要求相差太大，加固后的柱子与不需加固的柱子相比，截面尺寸增大较多，影响建筑外观(特别是边柱、角柱)及使用功能，加固施工期间上部结构施工要停工，可能影响商品房销售。

　　⑵ 外包型钢加固法

　　外包型钢加固对柱截面增大影响较小。但梁柱节点处的构造处理较为复杂，柱内力在梁柱节点处的传递往往不太明确，且复杂的型钢构造处理也同样影响建筑外观及使用功能，加固施工期间上部结构也必须停工。

　　⑶ 置换混凝土加固法

　　本方法仅需将不合格的框架柱混凝土剔除干净，重新浇筑满足设计要求的混凝土。采用这一方法，相当于仅将不合格的混凝土彻底返工，使建筑物完全满足设计及规范要求，置换加固施工期间，上部主体结构可继续施工。经济损失相对整栋建筑拆除返工要小得多，并不会造成不良社会影响。

　　置换混凝土加固法与其他加固法相比，加固费用基本相当，但不影响建筑物的外观及使用功能，加固施工期间其他楼层不停工，对商品房不会造成不良影响而妨碍其销售。

　　2 置换混凝土加固施工的方案

　　采用置换混凝土加固法处理不合格的钢筋混凝土框架柱，对混凝土的剔除和重新浇筑，技术难度不大，而难点在于混凝土置换过程中要有一套可靠的结构支撑系统，用以卸除该柱上部结构传来的荷载，保证上部结构不变形、不开裂。同时在置换加固施工过程中，要考虑上部结构继续施工增加的荷载，保证整个建筑结构的安全和稳定性。要做到这些，就要求结构支撑系统在每一个施工受力阶段，一是要有足够的支承能力，二是要有可靠的稳定性，三是要考虑建筑结构本身的传荷支承能力和结构局部受压承载能力。

　　当不合格框架柱上部楼层较少(如5层以下)，所承受的荷载较小时，结构支撑卸荷系统较为简单，技术难度较小，比较容易实施。但是，当上部楼层较多(8层甚至10余层以上)，不合格混凝土柱已承受的荷载较大时，技术难度就大多了。本文介绍针对承受巨大荷载的框架柱，整根柱置换混凝土加固施工中的支撑卸荷和施工技术方案。

　　2.1 支撑卸荷系统在施工中的结构方案

　　由于高层建筑下面几层柱承受的轴向压力巨大，一般处于轴心受压或小偏心受压状态，置换加固施工期间钢支撑上、下两端又处于铰接状态，支撑卸荷的计算仅考虑竖向压力即可。

　　如图1所示，先在需置换的框架柱四周梁端设置2根(角柱)或3根(边柱)或4根(中柱)钢管支撑，支撑上安装自制螺旋千斤顶，千斤顶顶紧上、下梁端，利用此钢管支撑可卸除柱的部分荷载。

　　钢管支撑能卸除的荷载按下列计算方式确定: ①单根钢管支承能力，按《钢结构设计规范》GB50017—2003 计算;②自制螺旋千斤顶支承能力，自制螺旋千斤顶焊接固定在钢管支撑上，其承载能力按《钢结构设计规范》计算;③梁端混凝土斜压抗剪承载能力，按《混凝土结构设计规范》GB50010—2010计算，混凝土强度等级按现场实

　　际确定。以上三者中取较小者，作为梁端钢管支撑承载力。

　　由于柱上已建好多层楼层，或梁跨度较大，柱承受的荷载巨大时，仅靠柱边钢管支撑远远不能卸除框架柱的荷载，还必须进行下列步骤的卸载处理。

　　⑴ 剔除柱内第1部分混凝土

　　当柱边的梁端支撑安装顶升完毕后，柱的荷载已部分卸除，此时可将柱按图所示分为4等份，并将其中的1/4人工剔除，截断该部分箍筋，保留纵向主筋。如图2a所示。

　　此时支撑系统的支承能力由两部分组成:①剩余L形柱的支承能力，根据《混凝土结构设计规范》按素混凝土柱计算。②柱边钢管支撑支承能力。以上两者之和应大于此时柱所承受的实际荷载。

　　⑵ 柱内设置第1根型钢支撑

　　如图3a所示，柱内型钢支撑一般用大型角钢制成，支撑上、下端焊制厚钢垫板，其中一端焊接安装螺旋千斤顶，支撑上、下端钢垫板与混凝土柱的接触面用A级结构胶砂浆找平，待结构胶砂浆硬化后，螺旋千斤顶顶紧柱上、下端卸荷。钢支撑的支承能力按《钢结构设计规范》计算。

　　⑶ 剔除柱内第2部分混凝土

　　柱内第2部分混凝土也用人工剔除，切断箍筋，保留纵筋，如图2b所示。此阶段支撑系统支承能力由以下3部分组成。①剩余半边矩形柱的支承能力，按素混凝土柱计算;②柱边梁端钢管支承能力;③柱内第1根型钢支撑的支承能力。以上3部分支承能力之和，必须大于此阶段柱实际承受的荷载。

　　⑷ 柱内设置第2根型钢支撑

　　第2根型钢支撑的规格、型号与第1根相同，也按同样的方法制作安装，如图3b所示。

　　⑸ 剔除柱内第3分混凝土

　　按图2c所示，人工剔除柱内第3部分混凝土时切除箍筋，保留纵筋。

　　此阶段支撑系统支承能力由以下3部分组成。

　　①剩余1/4截面柱的支承能力，按素混凝土柱计算;②柱边钢管支撑支承能力;③柱内已设置的2根型钢支撑支承能力。以上3部分支承能力之和，必须大于此阶段柱实际承受的荷载。

　　⑹ 柱内安装第3根型钢支撑

　　柱内的第3根型钢支撑与前两根相同，也按同样的方法制作安装，如图3c所示。

　　⑺ 剔除柱内最后一部分混凝土

　　人工剔除最后一部分混凝土，仅保留柱内纵筋，如图2d所示。

　　此阶段支撑系统的支承能力由以下两部分组成: ①柱边钢管支撑支承能力;②柱内第1根和第3根型钢支撑的支承能力。以上两部分钢支撑支承能力之和，必须大于此阶段柱实际承受的荷载。

　　此阶段是支撑系统受力最不利阶段，计算时只考虑柱边钢管支撑和柱内第1，3根型钢支撑的支承力，支撑系统受力明确，结构对称，计算结果可靠。由于是支撑系统受力最不利阶段，为充分利用柱内支撑，应按图2d 所示焊接缀板形成格构式缀板柱，柱内第1，3根型钢支撑的支承能力按《钢结构设计规范》中的缀板柱设计计算。缀板与型钢支撑用坡口焊焊接。柱内第2根支撑的支承能力计算时不考虑，作为安全储备。

　　当框架柱为边柱或角柱时，柱内支撑的设置次序，也要考虑最不利阶段支撑系统结构的对称性和有利性。

　　⑻ 设置柱内第4根型钢支撑

　　如图3d所示，在剔除的最后一部分混凝土位置设置第4根型钢支撑。第4根型钢支撑安装顶升完成后，与柱内其他支撑用缀板焊接形成缀板柱，缀板的设计按现行《钢结构设计规范》。第1，3根柱内支撑与钢管支撑之间的缀板截除。

　　此阶段支撑系统的支承能力由柱边4根钢管支撑和柱内的缀板柱组成。其支承能力远大于柱内第4部分混凝土剔除后，支撑系统受力的最不利阶段。即使建筑物上部还在继续施工，荷载还在增加，该支撑系统的支承能力已足够。

　　2.2 技术安全措施与注意事项

　　⑴ 施工步骤按支撑系统的设计次序进行，为保证钢支撑与混凝土的接触面处混凝土的局部抗压承载力，钢支撑的钢垫板厚度须≥14mm，与混凝土的接触面必须用A级结构胶砂浆找平，待结构胶砂浆硬化后才顶紧钢支撑。

　　⑵ 每一阶段剔除柱内混凝土时，剔除截面应尽量小，不得超过柱截面的1/4，以刚好安装下钢支撑为度，尽量使剩余柱的混凝土截面大一些，确保安全。

　　⑶ 螺旋千斤顶顶升操作由专人和专用工具进行，顶紧千斤顶。千斤顶顶升支承力要大于钢支撑支承能力，有利于安全，也有利于钢支撑支承能力充分利用。

　　⑷ 在柱内混凝土全部剔除，钢支撑全部安装完毕后，虽支撑系统的支承能力远大于最不利阶段，但为加快加固工程施工进度，保证整个建筑结构的稳定性和安全性，要尽快重新设置箍筋，恢复钢筋骨架，支好模板，浇筑比原混凝土强度等级高一级的微膨胀混凝土。拆模后必须用麻袋包裹，浇水保证100%的湿度养护不少于7d。当混凝土强度达到设计值的70%以上时，可拆除柱边钢管支撑。

　　⑸ 当需要置换混凝土加固的框架柱为许多根时，绝不能所有的柱同时进行置换加固施工。为保证建筑结构的稳定性和安全性，多根柱的置换顺序按以下原则进行: ①同一横轴线上一般只能有1根柱在置换，只有当该根柱新浇筑的混凝土强度等级达到C20以上时，才能进行同一横轴线上第2根柱的置换加固施工。②纵轴线上可以有2 根或2根以上的柱同时置换，但要间隔进行。

　　⑹ 置换加固施工期间，必须对所置换柱进行严密的结构监控。采用百分表和固定水准仪24h双重监控的方法，一旦发现柱顶结构有明显变形，应立即暂停施工，查找原因，及时处理。在笔者实施的10余个工程项目中，还未发现任何异常现象。

　　3 结语

　　对出现质量存在缺陷的工程,应本着质量第一的原则,选择恰当的加固施工方法，科学组织施工,合理安排施工进度,搞好工序衔接, 对每道工序的质量,以高标准严格把关,这样才能保证加固工程的质使用量。文章介绍的高层建筑钢筋混凝土柱整体置换加固方法，已经多次使用，并在多个工程项目中成功应用，取得良好的技术经济效益和社会效益。本方法同样适用于各种建筑物、构筑物中承受巨大荷载的钢筋混凝土柱的置换加固，是承受巨大荷载的钢筋混凝土柱对混凝土加固的又一首选优良方案。

　　参考文献:

　　[1]林文修.混凝土结构加固方法与实施要点.中国建筑工业出版社.2008.2.

　　[2]卜良桃.混凝土结构加固设计规范算例.中国建筑工业出版社.2008.2.

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　　[4] 北京钢铁设计研究院.GB50017—2003钢结构设计规范[S].北京: 中国计划出版社，2003.

　　[5] 四川省建设科学研究院.GB50367—2006混凝土结构加固设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社，2006.

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文章名称： 高层建筑钢筋混凝土柱的置换加固措施与方案探

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