墙柱混凝土托换补强施工技术
叶军献
(浙江省建筑业管理局 杭州 310003)
祝昌暾 黄 成
(浙江广源建设工程有限公司 杭州 310016)
詹佩耀
＊
(浙江南方建筑设计有限公司 杭州 310007)
摘 要:对某11层框架剪力墙结构住宅工程结构检测时,发现第7层部分墙柱和第8层部分梁板混凝土强度严重不足。通过采用斜向钢支撑荷载转移法实现对中柱的托换,采用剪力墙两端分批凿除后再浇捣实现对剪力墙的托换,采用增加截面法对边柱进行加固,使建筑物经托换和加固后能满足国家有关规范的要求。
关键词:斜向钢支撑 荷载转移 托换 加固
CONSTRUCTIONTECHNOLOGYOFWALL-COLUMNCONCRETEUNDERPINNING
YeJunxian
(ZhejiangConstructionProjectAdministrationBureau Hangzhou 310003)ZhuChangtun HuangCheng(ZhejiangGuangyuanEstateEngineeringCo.,Ltd. Hangzhou 310016)ZhanPeiyao(ZhejiangNanfangArchitecturalDesignCo.,Ltd. Hangzhou 310007)
Abstract:Thedetectionofa11-layersframeshearwallstructureshowsthattheconcretestrengthoftheseventhpartialwallcolumnsandtheeighthpartialbeamandfloorplateinthatbuildingareverylow.Formeetingtherelatednantionalstandardsandavoidingdemolishmentofthebuilding,theunderpinningandstrengtheningmethodsareused,withwhichtheloadsofcentercolumnareunderpinedbythediagonalsteelstrutandthecross-sectionalareasofsidepillararestrengthened,bothendsofshearwallarechiseledinturnandthenconcreteispouredagain.Keywords:diagonalsteelstrut theloadshift underpinning strengthening
1 工程概况
某工程为地下1层、地上11层的框架剪力墙结构住宅,建筑安全等级为二级,6度抗震设防,Ⅳ类场地,抗震设防为丙类,结构的抗震等级:框架为四级,抗震墙为三级。混凝土强度等级:2层以下墙柱为C35,2层以上墙柱为C30,梁板均为C30。在主体工程封顶,并且填充墙砌筑基本完成时,对结构混凝土检测发现,第7层部分墙柱和第8层部分梁板混凝土强度严重不足,最低强度等级低于C10,不满足《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB50204-2002)第7.4.1条“混凝土结构的强度等级必须符合设计要求”的规定,如不采取技术处理措施就不能作为合格工程交付使用。为此对第7层以下和第8层以上结构的混凝土强度按照“规范”(GB50204-2002)的要求进行检测,抽检了其他楼层的60个构件和第7层墙柱、第8层梁的逐个构件的混凝土强度,发现第7层以下和第8层以上构件的混凝土强度均合格,第7层墙柱混凝土强度等级低于C20的有8根,低于C25的有9根,第8层梁强度等级低于C20的有9根,检测结果与当日混凝土浇捣施工过程中因泵管堵塞时间较长导致商品混凝土超过初 37,No.5,2007106IndustrialConstructionVol.
凝时间,搅拌车违规直接加水搅拌并再次运回现场浇捣的质量事故原因分析相吻合。
由于混凝土强度严重偏低,要使建筑物满足“规范”(GB50204-2002)的要求,可采用拆除、加固和托换三种方案施工。对第7层以上结构拆除后重新施工,只要安全措施到位,风险和工程隐患最小,但很不经济,且工期也较长。对结构进行如包钢板,包碳纤维等加固,该方法施工最简单,加固后混凝土强度理论上可以提高,但难以定量,经加固后的墙柱与其他混凝土墙柱在抗震时的延性不匹配,仍然存在一定的安全隐患,并且会给用户的装修和使用带来不便。采用托换加固技术对第7层强度不符合设计要求的墙柱进行分批托换或加固,然后再对第8层不符合设计要求的梁板进行加固或凿除后重新浇筑,该方法比较经济,工期较短,但技术难度比较大,托换加固后能保证结构的安全度完全达到“规范”
＊詹佩耀同志为第三作者。
第一作者:叶军献 男 1972年2月出生 高级工程师
E-mail:yeyuchen02@163.com
收稿日期:2006-12-10
工业建筑 2007年第37卷第5期
(GB50204-2002)的要求。鉴于以上考虑,决定采用第三方案,即对墙柱进行托换加固。2 方案设计
混凝土的强度除了满足承载力的要求以外,还应满足规范要求的最低强度等级。《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)第3.9.2条规定,混凝土结构材料的强度等级对抗震等级为二～四级时不应低于C20。《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002)第7.2.1条规定,带有框筒和短肢剪力墙的剪力墙结构混凝土强度等级不应低于C25。根据构件的实测强度,采用SATWE程序对各构件原有配筋的复核结果
表明,墙柱的配筋和轴压比基本能满足强度的要求,部分梁的抗弯强度不足,因此,“规范”(JGJ3-2002)规定的抗震最低强度等级是本次托换加固的主要控制依据,因此决定把加固或托换的范围界定在根据实测强度不能满足设计要求的梁、板和强度等级低于C25的墙,以及低于C20的柱、梁、板。因此,根据工程的实际情况,对 3轴和 11轴的中柱进行托换,2对 6、 18和 12轴的抗震墙及电梯井暗柱进行部分托换,对 31 Ｈ★、 12 Ｈ★和 91 Ａ★、 12 Ａ★、 72 Ａ★、 03 Ａ★轴的边柱进行扩大截面的加固处理,平面位置如图1。这对保证工程质量同时降低施工风险具有重要的意义。
图1 7层托换加固墙柱平面布置
Fig.1 Layoutoftheunderpinnedwallcolumnsatthe7thflour
2.1 边柱加大截面加固
由于边柱的两侧或两翼有填充墙,可采用将原有填充墙部分改用钢筋混凝土加大截面加固法,使加大的混凝土截面不小于原有柱子的截面,而原有柱子仅作为强度储备。为确
保荷载的有效和直接传递,对第7层的上下各两层柱子截面均进行了加固,即加固的范围向上下分别延伸两层。加固的构造如图2。
图2 边柱加固构造
Fig.2 Detailofstrengtheningsidecolumns
2.2 剪力墙托换
由于剪力墙有一定的长度,托换加固时可以考虑保留中间部分,而对两端分批进行凿除后再次浇筑,第一批浇筑与第二批凿除的时间间隔不少于20d,且混凝土强度不低于设计强度的80%。对中间保留部分按剪力墙局部开洞进行计算复核,凿除并重新浇筑部分的长度不小于剪力墙构造边缘构件的长度,为提高该部分剪力墙的延性,除保证原有配筋外,还在暗柱内增设了型钢。电梯井部分除构造边缘构件外,对有梁搁置部位的暗柱也分批进行凿除并再次浇筑。为了不再增加钢筋的搭接接头,尽量采用原有钢筋的接头位置第8层剪力墙的凿除高度不低于原钢筋接头以上200mm,顶墙柱混凝土托换补强施工技术———叶军献,等
部浇筑面采用1∶2喇叭口,喇叭口宽度不于250mm,高出凿除面不小于200mm,如图3。
2.3 中柱斜向钢支撑荷载转移法托换
根据荷载转移法的概念,采用钢支撑将被托换柱子的第9层及以上荷载转移到邻近的墙柱和该柱子的第6层,用千斤顶对钢支撑施加预应力使柱子在凿除前卸荷至低应力或零负荷应力状态。托换前先拆除第7层以上的填充墙,内力分析的荷载取结构自重的标准值,并适当考虑部分施工荷载和风荷载,不计使用荷载和填充墙的荷载,将构件的实测强度输入,布置支撑,并取消待托换的构件,即模拟施工凿除需托换的构件时的受力条件,采用SATWE复核支撑的强度、稳
107
图3 抗震墙托换平立面
Fig.3 Theplanandelevationofunderpinnedaseismicwalls
定性。经多次试算和优化,调整支撑的截面,直到支撑的应力和柱子变形比较合理。为保证安全,支撑在强度验算时的应力与强度比控制为不大于0.5,在稳定性验算时的应力与强度比控制为不大于0.6;支撑基本确定后还应复核此时原结构的混凝土梁等强度能否满足强度要求,对强度不符合要求的构件应在柱子凿除前考虑加强。支撑钢材采用Q235钢,墙柱混凝土采用C35膨胀混凝土,经计算分析,支撑分别采用HM390×300×10×16、HM294×200×8×12。柱子托换的支撑应力根据SATWE程序计算结果并进行人工复核,结果基本吻合。内力分析结果如表1,中柱托换支撑布置如图4。
中柱支撑编号设计内力 kN
表1 中柱支撑内力分析Table1 Analysisofinternalforcesof
bracesformiddlecolumn
1号200
2号285
3号160
4号1050
5号265
6号315
支撑的节点构造和施加预应力的装置设计非常重要,它是保证柱子在凿除前有效地卸荷并传递荷载的关键。第8层楼面的外道支撑通过采用下端节点的自锁式千斤顶预应力施加装置把荷载传给边柱和电梯井的剪力墙,内道支撑的内力通过下端节点的预应力施加装置和螺栓、钢柱、第7层的节点装置和第6层的千斤顶传至下层的结构柱,在节点设计时考虑尽可能不对梁产生附加内力,节点构造如图5,为减小支撑预应力的松弛和控制预应力的大小,千斤顶均采用手动自锁式,高强螺栓均采用双螺帽,第8层6只千斤顶均配有压力传感器,第6层的千斤顶未配置压力传感器。预应力的施加以标准恒载作用下计算分析的支撑的内力作为依据,同时控制柱子的竖向位移不大于±2mm。
图4 支撑立面Fig.4 Thebracedelevation
图5 预应力施加及支撑节点构造Fig.5 Detailofbracedjointandapplyingprestress
与剪力墙的托换相同,柱子的凿除高度不应低于原钢筋接头以上200mm,新旧混凝土采用榫头状界面,顶部浇捣口采用1∶2喇叭口,喇叭口宽不小于250mm,高出凿除面不小于
200mm,如图6。3 施工措施
工业建筑 2007年第37卷第5期
108
重缺陷的结构极为不利,为平衡水平推力,增设4 25带伸缩节的拉杆。4 施工监测
采用高精度经纬仪监测加固时第八层柱的位移,用力传感器监测6根斜支撑的受力情况。本工程中,柱的托换分两次进行。第一次为 3轴中柱,第二次为 11轴中柱,在施工全2过程中,由专业人员专人监控各点位移和应力。施加预应力阶段,内力和位移均稳步增大,持续30min内力下降7.1%～12.4%,持续24h内力下降7.8%～13.2%,位移不变;柱钢筋和8层梁柱节点的梁混凝土截断,内力下降,用千斤顶调整内力后,位移增大, 3轴和 11轴中柱实测最大位移为向上2
图6 新浇混凝土中柱节点
Fig.6 Jointofnewlypouredconcretemiddlecolumn
1.6、0.6mm,其余时间支撑内力和结构位移未出现较大波动,拆除支撑后,位移减小实测最终位移为向上1.2、0.2mm。表明对内力和位移的控制是有效和合理的。
中柱的托换是本工程难度最大的部分,上部结构的荷载较大,约2000kN,距邻近的 、 轴和电梯井间距均在5～6m,梁柱中心不在同一平面,且纵向梁错位。托换时第7层柱和第8层楼面的梁柱节点都必须凿除重新浇筑,否则节点的强度就很难满足抗震设计的要求。
为确保结构在托换施工中的安全和有效控制,除主支撑外,增加了一套应急备用附加支撑,为了减小对尺寸不大的第6层和第8层柱子的结构损伤,附加支撑直接支承在第7层楼面,上部托在第10层楼面梁底,在整个托换过程中只处于松弛的接触状态,不施加应力。附加支撑构造如图7。
5 施工控制
施工流程分7步,即钢构件加工、钢支座定位划线和钢筋位置测定;锚栓植入和安装节点支座;安装钢支撑和千斤顶预紧;施加预应力;凿柱;新柱施工;支撑拆除。同时各阶段必须根据内力和位移监测情况进行施工。
千斤顶预紧宜对称作业,预紧的力度以支撑刚顶紧为宜。施加预应力应根据监测数据,控制支撑预应力值,同时要专人指挥,对称同步和上下同时分级施加,即设计值的30%、50%和60%。拆除钢支撑时,按施加预应力方法,分级放松,确认安全后,拆除支撑。
凿除前根据设计要求施加预应力,并维持24h,观测支撑轴力和位移的变化。凿除时,先采取对角凿出柱子上切口,并用千斤顶撑住,然后凿第八层相关梁节点,切断柱钢筋,待支撑轴力和位移稳定后再缓慢放松千斤顶,再凿柱子根部。
施工时要尽量避免对原有结构的损伤。锚栓施工前,必须测定钢筋位置,避开原有钢筋成孔。柱钢筋的切断和连接均选用原有位置。新浇筑的混凝土按单个构件进行验收,当同条件养护试块强度和非破损检测的实体强度均达到设计值时,方可拆除支撑,同时对柱上部新老混凝土交界面进行
图7 附加支撑Fig.7 Additionalstruts
超声波检测,必要时,进行加固处理。6 结 语
采用增加截面法对边柱进行加固和通过采用剪力墙两端分批凿除后再浇捣实现对剪力墙的托换,施工较安全。通过斜向钢支撑荷载转移法实现对中柱的托换,柱钢筋和梁柱节点梁混凝土截断时,支撑内力和结构位移有较大变化,施工时应加强监测,并采取可靠措施,确保安全。需要特别指出的是,此方法需利用周边结构,并且改变了相关结构的受力状态,因此应进行详细认真的计算,才能确保万无一失。
因为被托换的柱子基本三向有梁,每个柱子设置三向支撑,虽然梁柱中心不在同一平面,但三向支撑的合力中心与柱子的荷载中心基本吻合,在柱子无梁的方向设置一根平衡支撑,以减小钢支撑施加预应力产生的次应力。根据内力计算的结果,用千斤顶对钢斜撑施加预应力时,钢斜撑会对边柱产生一个向外的水平推力,在第8层中柱梁柱节点凿除后,水平推力将直接传给边柱节点,这对混凝土强度存在严
欢迎订阅《环境工程》杂志
墙柱混凝土托换补强施工技术———叶军献,等
109
