浅谈某工程框支柱的加固设计方案

浅谈某工程框支柱的加固设计方案

区王生

广西建工集团第五建筑工程有限责任公司530000

摘要：框支剪力墙结构中的框支柱是对结构安全极为重要的竖向构件，承担着上部转换结构的荷载。开始框支柱加固方案时，应由概念设计着手，提出多个方案进行对比分析，根据实际条件选择安全经济的方案进行框支柱加固设计。

关键词：框支柱；结构加固设计；增大截面法；粘钢加固法

一、工程概况

某位于南宁市的商住楼工程共18层，采用框支剪力墙结构，底层商铺，在第2层进行框支转换，转换柱混凝土设计强度为C50，框支柱布置图详见图1。2011年开始施工，因为种种原因，施工至3层后，在2011年底停工。该工程2018准备重新开始施工，在监管单位要求进行的检测中发现，转换梁混凝土强度不足，低于45Mpa；且南宁市建筑抗震设防烈度已由6度（地震加速度0.05g）变更为7度（地震加速度0.10g），框支柱轴压比限值已由0.70变更为0.60。经用软件验算，框支柱轴压比（计算结果0.83，大于限值0.60）、配筋等已不满足现行的规范要求。本工程需进行加固设计，主体加固至满足现行规范后，方可进行下一步的施工。本文就其中框支柱的加固设计方案提出探讨。

图一框支柱平面布置图

二、加固方案

一般来说，柱子加固有多种方法。就本工程而言，因为是框支柱，碳纤维加固法效果远不如粘钢加固法，故首先排除；其次，预应力加固法可以解决配筋不足问题，但对于轴压比不足，难以奏效，故第二个排除。就本工程的框支柱配筋及轴压比同时不满足的的情况下，主要考虑了下面几种柱子加固方案：

1、粘钢（外包型钢）加固法

此方案优点是在提高承载力的同时，柱子截面增加幅度不大。对柱子加固而言，通过外包型钢（主要是角钢，中部设置缀板拉结），可以提高框支柱的受弯、受剪能力，还可以小幅度减小框支柱轴压比（其原理是通过外包型钢，对混凝土柱产生一个三轴约束的效果，提高了其受压承载力）。通过试算，由于模拟的地震加速度增幅较大（从0.05增加到0.10），上部结构的地震作用增大较多，没有完全解决轴压比的问题，故不宜单纯采用外包型钢加固法。

2、置换混凝土加固法

置换混凝土加固法是通过凿去原来不满足设计要求的混凝土，做好支撑，改用计算后的满足现行规范的高等级混凝土重新浇筑柱子混凝土，待其达到龄期后再进行上部施工。优点是不增加截面，保证使用空间；不损坏（或损伤不大）原有柱、梁钢筋。但本工程已施工至3层，也有以下不足：

（1）全部凿去某些（或某一区域）原来框支柱的混凝土，相关区域的荷载作用仍然很大，支撑难以满足施工期间的安全要求。即使不至于倒塌，支撑对框支梁的挠度变形也难以保证达到理想效果。

（2）凿除柱混凝土过程中，由于框支梁的钢筋较多，损伤、移位难以避免，锚固长度或搭接效果必然受影响，从而降低框支梁的承载能力。

（3）重新浇筑框支柱的混凝土，与框支梁、楼板的原来混凝土难免形成一个界面，那样转换层的整体性必然大大降低，从而对转换结构很重要的一个因素——应力重分布的理论传力途径将出现变化甚至突变，这样将极大降低转换结构的安全系数。

考虑到以上因素，否决了置换混凝土加固法的方案。

3、增大截面法

本方法虽然有影响使用空间的缺点，但采用此方案既增加了混凝土截面，也相应增加配筋，对于本工程而言，框支柱轴压比超限、配筋不足的问题将同时得到某种程度上的解决。

经对各方案对比考虑，并与各方协商后，为了影响使用空间，同时增大安全系数，决定采用增大截面+外包型钢的综合处理方案。

三、加固方案的实施

通过计算分析，将各框支柱b、h向各向增加100mm~200mm不等的截面，并增加配筋，采用比原混凝土高一强度等级的混凝土浇筑，待框支柱增加截面混凝土达到龄期后，进行外包型钢的施工。（详见图二）

图二框支柱加固大样图.

最终，本工程的框支柱的加固按增大截面+外包型钢的综合处理方案进行设计及施工。施工完成后，由检测单位对框支柱进行了混凝土缺陷探伤、裂缝及沉降定期观测，均无发现问题，满足设计及现行规范的要求，说明对本工程的框支柱的加固达到了预期效果，取得良好的社会效益。

三、结语

增加截面法、粘钢（外包型钢）加固法等均可作为对框支柱（或普通框架柱）进行加固，但对具体工程应细读图纸、仔细分析，根据要解决的问题（加固目标），选取安全合理加固设计方案，以达到较好的加固效果和社会效益。

参考文献

[1]GB50011—2010（2016），建筑抗震设计规范[S].

[2]JGJ3—2010，高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[3]GB50367-2013，混凝土结构加固设计规范[S].

[4]杜毅某商住楼框支柱加固设计[J]山西建筑2011.37（23）.