四川9762国际至尊品牌专注建筑结构补强、加固施工、加固设计、咨询,以其先进的经营方针得到客户一致好评,是一家专业的建筑结构补强企业!

技术知识

某建筑结构抽柱改造设计技术的研究

标签:[db:TAG]    浏览次数:     时间:2017-10-26 11:33:37

某建筑结构抽柱改造设计技术的研究

袁成军 张颖 赵海霞 顾瑞南

摘要:本文通过对某抽柱改造工程在抽柱前后结构体系受力的变化分析,对不同加固方案进行对比,针对不同构件选择出合适的加固方案,并描述了该方案设计的过程及内容,同时提出了该加固工程的施工要点,为类似抽柱改造工程提供借鉴。

关键词:抽柱改造,预应力加固

1、工程概况

扬州某建筑的裙楼为3层框架结构,该结构的抗震设防烈度为7度,设计基本地震加速度为0. 15g,设计地震分组为第一组,Ⅲ类场地土,抗震设防类别为丙类,框架抗震等级为Ⅱ级,二层9~13/G~K区域无楼板和梁,三层梁9~13/J、9~13/H在11轴节点处标高比两端高300mm,二层层高为4m,三层层高为3.03m。工程建成后,业主要求将二层9~13/G~K区域用作大开间会议室,故需抽除二、三层柱11/H、11/J,形成24. 6m×19.2m的大空间,其平面布置图如图1所示。

A1.jpg

2、方案选择2.1受力特点

原结构为纵、横向框架混合承重体系,需拆除的柱11/H、11/J为纵、横框架最主要的交汇处。框架柱的拆除使原来的跨度由9. 6m增至19. 2m,原结构的受力体系也就变为横向框架承重为主。

由力学分析可知,单跨结构荷载保持不变的前提下,梁的跨度增加1倍,则结构中的最大剪力、最大弯矩、最大挠度会增大到原来的2、4、6倍,因此,对于拆柱后形成的19.2m跨度,如何保证原结构的安全承载力和正常使用状态非常重要。柱拆除后,原结构由纵横梁承重变为横梁承重为主,横梁所承受的弯矩、剪力和挠度由于跨度的增加而大大增大,且由梁传递至其两端柱的荷载也大大增大,构件承载能力严重不足,因此,该设计应主要考虑横向框架主梁和边柱的加固。

2.2加固方案选择

粱的抗剪、抗弯承载力加固一般采用粘贴钢板法、粘贴碳纤维布法、增大截面法、预应力加固法等。根据受力分析可知,抽柱后横梁的弯矩、剪力增幅过大,仅采用粘贴 钢板或碳纤维布的方法不能满足要求。而采 用加大截面法时,可以有效增大梁的刚度和 承载能力,但对于跨度为19.2m的梁,梁高不宜小于1.6m。由于会议室的使用要求,室内梁高度增加不宜过大。预应力加固法可以较大幅度提高梁的承载能力,减小梁的极限挠度变形,故可采用增大截面与预应力加固相结合的方式,既提高梁的刚度,又增大其承载能力,对于该工程而言是较好的选择。

预应力加固通常分体内预应力加固和体外预应力加固两种。由于本工程对空间的使用要求,室内梁高度不宜增加过大,因此在三层屋 面对横梁9~13/J、9~13/H增大截面做为反 梁,同时将梁两端的柱作为预应力筋的张拉端 和锚固端。为了保证预应力筋的耐久性,本工程采用体内无黏结预应力筋进行加固。

对横梁两端的柱而言,抽柱后由梁传递的弯矩和集中力大幅度增加。柱常用的加固方式有:增大截面法、粘贴钢板法、粘贴碳纤维布法。通过软件分析可知,抽柱后横梁两端柱仅在垂直于横梁方向的两个截面配筋不足,故可优先采用增大截面的加固方法,增大柱的刚度,提高其承载能力。由于柱在室外的一侧不宜进行加大截面施工,故该侧采用粘钢法加固,通过强度等代计算,补足其所需增加的钢筋面积。

通过以上分析可知:本工程中,横梁9~13/H、9~13/J采用加大截面与预应力加固相结合的方式进行加固;柱9/H、9/J、13/H、13、J采用加大截面与粘贴钢板相结合的加固方式。

3、结构设计

该工程加固区域为9~13/G-K轴区域,该工程为三层钢筋混凝土框架结构,横向柱距8.40m,纵向柱距19.20m。考虑到横向框架梁跨度较大,为减小梁高及变形,提高横向框架梁的抗裂度,故采用后张法无黏结预应力技术,按Ⅱ级抗裂计算。预应力框架梁的混凝土强度等级选用C30预应力筋采用高强低松驰钢绞线,每束面积为139mm2,其强度等级为fptk=1860N/mm2非预应力纵向钢筋、箍筋及其他受力钢筋均采用HRB400三级钢。原梁截面为350mm×800mm,加固后梁的截面为550×1500mm;原柱截面为600mm×600mm,加固后柱的截面为600mm×800mm。

用PKPM特种结构一预应力混凝土结构三维设计模块对加固梁进行预应力筋布置及整体框架计算分析,布筋样式及根数如图2、图3所示。

A2.jpg

A3.jpg

A4.jpg

根据预应力梁的挠度、裂缝宽度等计算结果,调整预应力筋的根数,最终当预应力筋根数为12根时,梁的各项计算结果均满足设计要求。预应力筋加固梁的布置示意图如图3所示。梁三面的预应力筋展开图如图4所示。预应力筋在梁底交叉,对梁形成合包,提高加固后梁的整体性和复合一体化作用。

A5.jpg

除预应力筋外,加固后横梁内的普通钢筋布置图如图5所示。由于原11轴纵梁传递至柱的集中力在抽柱后由横梁承担,故在横纵梁交接的接点处需要增加附加吊筋,来减小剪力作用下构件的变形及开裂。

由于需在屋顶做反梁,故室外反梁的耐久性尤其重要。在设计时,反梁顶做5%的坡度,有助于排水,同时在反梁与楼板交界处用结构胶做填充,然后再做防水层,有助由于提高梁的防水性和耐久性。梁的截面大样图如图6所示。

A6.jpg

柱的截面由原来的600mm×600mm变为60Omm×800mm。室内一侧采用增大截面法,室外一侧采用粘贴钢板加固法。增大截面部分的箍筋与粘钢区域所粘贴的角钢焊接,从而形成闭合围箍,起到提高截面承载力的作用。其加固大样图如图7所示。

A7.jpg

4、施工过程中控制要点

针对本工程的加固设计方案,施工过程中采用“先加固后抽柱”的施工方案。在柱抽除之前,先加固横梁及其两端柱,待加固构件的混凝土强度达到设计强度,且张拉预应力完成后,再对柱进行拆除施工。这种方法安全性高,且避免了突然抽除柱对原结构造或的不利影响。在柱的抽除过程中,采用静力切割工艺,减小抽除施工的作用力对节点及结构的影响。

5、结论

经过合理的加固设计和施工方案选择,该工程得以顺利完成。由上述内容可知,在条件允许的前提下,通过加大截面和增加预应力筋,可以有效地完成大跨结构的抽柱改造设计,且“先加固后抽柱”的施工方案可以有效地保证施工的安全顺利完成。

通过该项目的实施,有以下对类似工程的建议:(1)类似项目在设计时,应力避“伤筋动骨”,合理地确定需加固的构件,选择可行且有效的加固方案;(2)在设计过程中应合理、科学的运用预应力技术,使其发挥更大的作用,凸显其高效、经济且施工简便的优势;(3)在施工过程中,应将结构的变形控制在合理的范围之内,且注意室外部分的耐久性和防水、排水性能;(4)竣工后应对加固后的建筑结构进行全面检测,保证结构的正常使用;(5)建议竣工后定期对结构进行相关的检测和监控,保证建筑结构的安全使用。

本文由四川9762国际至尊品牌建筑工程公司编辑发布,转载请注明出处

本文链接:http://getfireplug.com/article/technical/564.html

联系我们

电 话:028-87650081

传 真:+86-028-87650081

手 机:18782482209 15397630801

邮 箱:345735872@qq.com

地 址:四川省成都市青羊区青羊工业园N区9栋二层

展开