某体育馆钢筋混凝土柱加固方案的比选分析

某体育馆钢筋混凝土柱加固方案的比选分析

韩威

福建闽能勘测设计有限公司  福建福州  350000

摘要：随着时间及环境的变化，建筑结构的安全性、耐久性、使用功能均会逐渐衰减，是一个不可逆的过程，建筑加固技术可以最小的代价使建筑物焕发新的生机。本文通过对现阶段应用较为广泛的建筑加固技术的论述及比较，依托某体育馆钢筋混凝土柱的加固项目，借助PKPM计算软件，从多个方面对比了套箍加固技术与钢筋-钢丝网砂浆加固技术的优缺点，结果表明两种加固技术均可满足现阶段的功能要求，但钢筋-钢丝网砂浆加固技术更为经济合理，且可操作性强。

关键词：钢筋混凝土柱、加固技术、方案比选

1引言

我国是一个人口众多且土地资源极其稀缺的国家，人均耕地面积低于世界平均水平；特别是近年来，我国东部沿海地区经济水平发展迅速，城镇化水平提高，导致可利用土地资源更加趋于紧张，旧建筑的改造可节省部分土地资源。其次，随着城市人口生活水平的提高，部分早期建筑物已无法满足现有的使用功能，需要进行必要的结构改造，以提高原有建筑物的经济性及安全性。另一方面，我国处于环太平洋地震带及欧亚地震带之间，地震活动频率高、震源浅、破坏性大，处于地震带上的建筑物一旦经历地震灾害，势必会降低建筑物的耐久性及安全性，出现安全隐患。因此，对旧建筑、使用功能欠缺的建筑及地震损伤的建筑物的加固改造是节约土地资源、降低施工造价及延长建筑使用寿命的有效措施。

在建筑物的加固技术方面我国学者及工程人做了较多的研究，90年代初就相继颁布了《建筑抗震加固技术规程》、《混凝土结构加固设计规范》等一系列相关规范。随着科学技术的发展，新材料新技术被广泛应用于混凝土结构的加固工程中，现阶段应用较多的加固技术有：增大截面积法[1-2]、增设支点法[3]、型钢或碳纤维加固法[4-5]等等。本文在分析及比较各类钢筋混凝土结构加固方法的基础上，针对某体育馆的钢筋混凝土柱的加固项目，比较了套箍加固技术与钢筋-钢丝网砂浆加固技术的经济技术指标，并根据比较结果确定最终的加固方案，对类似工程项目具有一定的借鉴意义。

2钢筋混凝土结构加固设计

2.1钢筋混凝土结构加固原则

    既有建筑物的加固设计及施工比一般的新建工程要复杂和繁琐，需要在理解原来设计意图、参数、荷载等条件的基础上，采用新的标准对原设计资料进行复核，还需要重点考虑新的使用功能要求、新旧结构的和谐均衡、加固改造造价等问题。由于既有建筑物加固设计的特殊性，在进行加固设计时既需要对原建筑物的安全性、功能性及现阶段的工作状态有明显的认识，也需要结合现阶段的使用要求尽可能的较少对原结构的破坏，避免改造过程中对周围结构的损坏；因此，需要设计及施工人员，在深入理解原始资料及改造目标的基础上，结合建筑物特点综合考虑进行设计及施工，尽可能的利用原有结构。

2.2钢筋混凝土柱加固方案比较

钢筋混凝土柱是房屋建筑工程、桥梁、水工结构中重要的承重构件，对建筑结构的安全性及稳定性尤为重要，对钢筋混凝土柱的加固改造也是建筑物改造过程中的主要环节，现阶段钢筋混凝土构件的加固技术方案较多。

锚喷加固技术：锚喷加固技术是一种通过高速旋喷机械增加钢筋混凝土柱外包层或增加钢筋层提高配筋率以达到增加受力截面面积的加固技术，其技术成熟，工艺简单，施工速度快，是最为常用的加固技术。但锚喷加固前对原构件的处理要求及锚喷设备要求较高。

外贴型钢加固技术：外贴型钢加固技术通过混凝土柱表面黏贴的型钢与原混凝土结构共同承受建筑物的荷载，增加了构件的抗压及抗剪能力，是一种增加体外配筋的加固技术。外贴型钢加固技术现场施工方便、周期短且不影响原建筑物的外观及空间；但该加固技术的用钢量较大，施工成本高；且黏贴材料及使用环境直接影响到加固成败；一般在酸碱度较大的使用环境下，该加固方法不适用，维护成本高。

套箍加固技术：套箍加固技术是在混凝土柱外侧新增套箍的形式增加横向约束并限制其横向变形，充分发挥柱的抗压能力；有实验表明，通过增加柱套箍的形式可抑制构件内部裂缝的展开，降低裂缝处的应力强度因子。套箍加固技术适用性广，是一种应用较多的增加截面加固技术，且在施工过程中并不影响建筑物的正常使用。

钢筋-钢丝网砂浆加固技术：钢筋-钢丝网砂浆加固技术通过钢筋网砂浆与高强钢绞线网砂浆共同加固，具备了高强钢绞线网砂浆耐久性好、强度高、耐老化的优点，也克服了钢丝网加固承载力方面的局限性；该加固方法不仅可显著提高加固构件的延性，而且大大提高了混凝土柱的抗压性，改善抗震性能。

碳纤维复合材料加固技术：该技术是近些年逐渐兴起的新技术，碳纤维复合材料强度高，质量轻，且耐腐蚀、可加工性好，对环境的要求较低，对原结构的影响较小，但碳纤维材料弹性模量小、缺乏延展性，不适用于受力不均、轴压比不够及提高强度较高的混凝土构件。

3钢筋混凝土柱加固案例分析

3.1工程概况

    根据上述钢筋混凝土构件加固方法的比较，依托某体育馆混凝土柱的改造加固施工项目，经过加固方案的前期比选，对套箍加固技术与钢筋-钢丝网砂浆加固技术进行经济技术比较。该体育馆占地面积约15200平方米，由于原设计观众席较少，现需扩建，原结构设计中观众席位置钢筋混凝土柱承载力已无法满足现在的荷载要求，需对其进行加固。

3.2加固方案比选研究

根据原设计文件，借助PKPM软件对需要加固的柱配筋进行验算，原配筋面积为4559.28mm2；在柱截面尺寸不变的情况下现阶段满足使用功能需要的配筋面积为11074.1mm2。若采用套箍加固技术，综合考虑箍筋保护层厚度及箍筋间距,加固后的柱截面由原来的500*500变成550*550，需要的实际配筋面积为9970mm2；因此，可采用Ф10@100的箍筋进行加固可满足现阶段配筋要求。若采用钢筋-钢丝网砂浆加固技术，综合考虑钢丝网与钢筋之间砂浆的厚度及保护层厚度，加固后的柱截面由原来的500*500变成600*600，可在受力最大的两对称面上采用2根Ф16的三级钢，外围采用一级钢的钢丝网，亦可满足新的功能要求。分别从加固后柱的尺寸、承载力、钢材用量及施工方案四方面对两种加固技术方法进行比选，对比结果见表1:

表1  钢筋混凝土柱加固技术方法的比选

    根据对比结果，钢筋-钢丝网砂浆加固技术方案虽然截面尺寸增加较多，但从经济角度而言，其用钢量仅为套箍加固技术的12%，且加固后柱截面的抵抗压力及抵抗弯矩均较套箍加固高，综合而言，钢筋-钢丝网砂浆加固技术方案更加合理且经济。

4结论

    随着城市功能的不断提升，既有建筑物的加固技术的应用进一步提升了建筑物的使用功能，安全性及减少新建筑的建造成本，避免了资源的浪费。对现阶段的加固技术进行了论述及比较，针对某体育馆钢筋混凝土柱的加固项目，借助计算机软件从多方面对比了套箍加固技术与钢筋-钢丝网砂浆加固技术在该项目中的加固效果。计算结果表明，两种方法均能满足新的使用要求，但从经济性及可操作性上来看，钢筋-钢丝网砂浆加固技术方案更为合理。

参考文献：

[1]卓尚木.钢筋混凝土结构事故分析与加固[M].中国建筑工业出版社,1997.

[2]郭健.钢筋混凝土结构加固改造方法的研究与工程应用[D].湖南大学,2004.

[3]蔡新江,田石柱,王大鹏.FRP加固桥梁RC短柱拟静力及网格拟动力试验[J].建筑结构学报,2009,30(2):125-135.

[4]纪莘斌.混杂纤维复合材料的合理匹配及其在混凝土结构加固中的应用研究[D].汕头大学,2003.

[5]周长东.玻璃纤维聚合物加固混凝土柱的力学性能研究[D].大连理工大学,2003.