工程中框架柱置换混凝土加固设计施工

工程中框架柱置换混凝土的加固设计与施工

摘要：依据工程实例，阐述了框架柱置换混凝土的加固设计与施工的流程和应注意的问题。以供同行参考!

关键词：混凝土；柱置换；加固设计

1 工程概况

某楼盘41#楼，结构形式为21层框剪结构，主体结构已完工。根据现场实体检测，发现该楼七层的剖分柱、剪力墙混凝土强度未达到设计强度亡30的要求。七层柱，剪力墙回填数据及标准轴力数据详见图1

为了保证该楼的结构安全，须要对其进行加固处理。

2 加固设计依据

(1)我院设计的41#楼图纸及计算数据。

(2)当地建筑工程质量监督站检测试验室提供的混凝土强度报告。

(3)应采用的规范、规程、标准：

①《建筑结构荷载规范》gb50009-2001(2006年版)；

②《钢结构设计规范》gb50017-2003；

③《混凝土结构加固设计规范》gb50367-2006；

④键筑工程施工质量验收统一标准》gb50300-2001：

⑤佣凝土结构工程施工质量验收规范》gb50204-2002。

(4)土建施工单位证明节点部位的混凝土与柱身、墙身分批浇筑，节点部位的混凝土强度符合设计要求。因此，柱与梁交接的节点部位不予加固处理。

3 加固方法

根据现场柱、墙混凝土的实际强度采用不同的方法进行加固，具体如下：

(1)混凝土强度在c25-c30之间的柱、墙采用粘贴碳纤维的方法进行加固处理。(本文不做详细介绍)

(2)混凝土强度在c25以下的柱、墙采用置换混凝土的方法进行加固。新浇筑的材料采用c40的高流动性混凝土灌浆料。为了安全和保证加固效果，必须对置换的构件进行有效的卸载，使七层柱完全退出工作，再进行置换。卸载时，通过在构件周围设置钢管架及钢支托，将八层柱(墙)的轴力直接传递至六层的柱(墙)。具体详见图2：

卸载时，通过千斤顶顶紧钢管架，使钢管架充分进入受力状态。同时应在钢管上贴应变片，进行应变测量以控制钢管的应力，从而确定钢管的轴力。各道钢管的轴力值不应小于七层柱(墙)顶的标准轴力的等分值。七层柱(墙)顶的标准轴力应根据结构在实际的荷载状况下确定(八层以上未砌分隔墙、未做建筑装修、上部正常施工，七层至二十一层悬挑式外墙脚手架荷载)。

卸载完毕后敲除柱的原先混凝土，清理垃圾，整理原钢筋，包模板，浇筑c40的高流动性混凝土灌浆料。混凝土的界面必须凿毛并刷界面剂处理。

对于混凝土墙，分段间隔置换，每段长度约lm,待第一段的混凝土灌浆料约达到75％的设计强度后，再凿除第二段进行第二次置换。(本文不做详细介绍)

4 柱置换加固计算

在七层柱周围设置钢管支撑，支撑的上部顶住八层柱底，下部顶住六层柱顶，并通过千斤顶卸载，使七层柱完全退出工作，再进行置换。

因此，须要对钢管支架及钢支托等进行验算。

4．1钢管支架验算

置换柱的最大组合标准轴力约2063kn，设计值约2292kn。在柱四边设置支撑，每边受到轴力约2292／4=573kn，钢管采用中219x6的无缝钢管。

钢管按轴心受压构件考虑，其整体稳定性计算：

根据欧拉公式临界力为：

属于粗短杆，实质就是材料的强度问题。

钢管压应力：

钢管支撑符合要求。

4，2钢板支托计算：海边设置了四块立板，以钢牛腿考虑牛腿

支托处受剪力fv=573kn，轴力偏心e=210mm。此处牛腿受弯矩m=573xo．2l=120．33kn／m螺栓的验算，采用a级5．6级m22螺栓。

m22单栓抗拉承载力设计值：

可以确定，牛腿在弯矩作用下绕底排螺栓转动，顶排螺栓的最大拉力：

由于锚板用结构胶粘与柱上，因此锚板和螺栓共同承担剪力。锚板承受剪力(混凝土所承担的剪力)

螺栓验算安全，符合要求。

4．3在弯矩；剪力作用下，牛腿立板直角焊缝的验算

牛腿立板高425，焊缝为8mm角焊缝，e43焊条，单块立板的受力情况为：fv=573／4=143．25kn，m=120．33／4=30．08kn／m

为了计算方便，只计算立板的承载力。

焊缝面积：

因此，牛腿立板焊缝符合要求。

4．4其它验算

梁混凝土压应力：

满足要求。

5 柱置换混凝土施工工序

施工工序；支撑卸载→凿除混凝土→清理垃圾，整理修补铡

筋→包模板→浇筑灌浆料→后期养护。

5．1支撑卸载

5．1．1准备工作

施工所用的机械设备进行检测和调试，施工材料满足需求

施工作业人员到位。

5．1．2钢支托安装

按图2要求在柱上钻锚栓孔，钻孔孔径为d+4，d为锚栓直径。钻孔时应探明钢筋的位置，避免钻孔时伤及钢筋。钻孔完毕用无油型工艺除尘器除去孔内灰尘，并做好成孔保护。按柱上的实际孔间距，在锚板上钻孔，孔径略大于锚栓直径；焊接钢支托，焊接完毕后进行整体安装，安装时为了防止支托滑移，可在柱上设置适当的膨胀螺栓，钢锚板的孔位和柱上孔位对齐后，将钢锚板与膨胀螺栓点焊。然后植入锚栓，对钢锚板进行注胶，等胶葡化后拧紧螺栓，螺帽与锚板间设一8x60x60的钢垫片。

四个柱面的钢支托安装应分批进行。即在一面的支托完全安装完毕后在进行另一面支托的钻孔、安装操作。

5．1．3钢管架及千斤顶安装

钢支托制作安装完毕后进行钢管及千斤顶的安装，钢管的上下位置必须对齐，可利用在楼板所的钻孔洞进行吊直。四根钢管可在适当位置设置连杆。钢管与垫板连接部位点焊连接。

5．1．4卸载

在每个钢管上贴3片应变片并连接静态应变仪。缓慢摇动千斤

顶，各千斤顶应同时、同幅摇动，同时注意应变仪的数值变化。当应变仪的数值达到控制值的30％时暂停千斤顶，记录应变仪数据。计算各钢管的平均应变，并比较各钢管的平均应变的偏差情况，若偏差大于5％，则在下次加载中调节各千斤顶的顶升速率，十均应变较大的钢管顶升慢，平均应变较小的钢管顶升快。按以上步骤反复进行，直至扦钢管的平均应变值接近应变控制值为止，误差控制在±5％以内。

卸载结束l-2h候对被卸载朴的周边结构进行仔细观察，若没有出现裂缝及其它不良反应，则可开始凿除柱混凝上。柱混凝土全部凿除后1-2h后再次对其周边结构进行：进行：仔细观察，若没有出现裂缝及其它不良反应，则可包模板、浇筑灌浆料。以上阶段仍应注意应变仪的数值变化，若数值的变化幅度超过：10％，则应对千斤顶进行回落或顶升操作。

应变控制值确定：

ε为钢管的应变控制值；

n为钢管所受轴力，其值为七层柱顶的标准轴力的等分值：

a为钢管截面面积，a=4015mm：

e为钢材的弹性模量，e=2．0x10°mpa。

各钢管的轴力根据七层柱顶的标准轴力的等分值确定。七层柱顶的标准轴力根据该建筑的原始建筑设计模型确定，但在模型的荷

载输入中将七层以上的墙体荷载删除，楼板的装修恒载删除，楼面活荷载改为施工活荷载(1．5kn／m2)。同时考虑七层至二十一层的悬挑式外墙脚手架荷载。

5．2凿除混凝土

混凝土凿除时要控制力度，以防止凿伤不需要置换部位的混凝土，并保留原柱钢筋。同时凿除混凝土时严禁扰动钢管架支撑。

5．3清理垃圾、整理修补钢筋

清理凿下的混凝土，交界面部位用钢丝刷清除已松动的混凝土，清除垃圾后用清水冲洗干净。

整理和修补钢筋。凿除混凝土时对钢筋造成移位的应对其进行整理，造成钢筋损伤的应在损伤部位补焊新钢筋，新钢筋规格同原钢筋。双面焊接长度5d，单面焊接10d。

5．4模板工程

(1)本工程的模板情况较为复杂，模板包设后留出的用于浇注混凝土的空间较小。因此模板在包制时必须留出喇叭口，以利于混凝上入料和振捣。

(2)模板必须满足刚度，强度、稳定性要求，能可靠承受所浇灌浆料的重量，侧压力及其它施工荷载。

5．5浇筑灌浆料

灌浆料施工操作丁艺：

(1)浇灌浆料操作前，必须对模板作一次全面检查，模板内杂物

和建筑垃圾必须清理干净，模板缝隙超过2mm的应堵塞，模板及老混凝土必须浇水湿润。

(2)由于灌浆料具有自流性，浇筑时可不用振捣。由于灌浆料具有早强性，前期的水化热较大，为了避免产生不良影响，在灌浆料中掺入20-30％的碎石，碎石应洗净并准确称量。搅拌时采用小型专用搅拌机具搅拌。

(3)浇筑砼时观察钢筋、模板等有无位移或堵塞情况，发现后应立即停止浇筑并应在已浇筑的灌浆料初凝前修整完毕。

6 后期养护

灌浆料在浇筑3-5h后即可拆模。拆模后必须加强养护，第一天15min／次，第二天1h／次，第三大以后2h／次，共养护7d。同时对原结构上山施工所造成的孔洞用灌浆料进行修补。7柱置换次序

在柱置换施工中，应把握分批进行、分散施工、优先劣后的原则。

即柱子分批置换，每次置换不多于4根，相邻的柱子不同时置换，先置换受力较小的柱子后置换受力较大的柱子。

7 结束语

该加固工程现已完工，改造后达到设计预期效果。用置换混凝土加固方法，不影响施工进度，可以在加固施工中推广使用。

注：文章内所有公式及图表请用pdf形式查看