某商城的加固改造设计
郑靖靖1 ，耿欧1 ，王希2 ，陈辞1 ，柴博士1
( 1． 中国矿业大学力学与建筑工程学院，江苏徐州221008; 2． 徐州空军学院训练部职教办，江苏徐州221000)
［提要］ 根据某商城改造工程的实际情况，对比分析了工程中常用的几种钢筋混凝土梁板构件的加固方法，重点介绍了碳
纤维加固技术具有的各种优缺点及适应性。通过计算，确定了工程中梁、板等构件的碳纤维加固方案及施工步骤，并对今后
类似工程的加固改造提出了合理的建议。
［关键词］ 钢筋混凝土; 工程加固; 改造; 碳纤维
［中图分类号］ TU746． 3 ［文献标识码］ A
Strengthening and Reconstruction for A Mall
Zheng Jing-jing1 ，Geng Ou1 ，Wang Xi2 ，Chen Ci1 ，Chai Bo-shi1
( 1． School of Mechanics and Civil Engineering，China University of Mining and Technology，Xuzhou 221008，China; 2． Vocational
Education Office of Training Department of Xuzhou Air College，Xuzhou 221000，China)
Abstract: According to the actual engineering situation of a mall transformation，several reinforced concrete beam slab component
reinforcing methods in general engineering are analyzed，and the CFRP with various advantages and adaptability is mainly introduced．
The project is established through calculation of the beam，plate of the component such as fibre reinforcement solutions and construction
procedure，and the reasonable suggestions are put forward for similar projects in the future reinforcement renovation．
Keywords: reinforced concrete; engineering strengthening; reconstruction; carbon fiber
1 工程概况
本工程位于安徽省淮北市，为钢筋混凝土框架结构，其中框架抗震等级为四级，抗震设防为丙类，结构设计使用年限为50 年，抗震设防烈度为6 度，设计地震分组为第二组，建筑物场地为Ⅱ类，建筑结构的安全等级为二级。本工程基本风压为0． 40kN /m2 ，地面粗糙度为C 类。根据原设计图纸，该建筑主体结构地上3 层，局部6 层，建筑总高度为24．02m，建筑面积约为32371m2。其标准层平面图见图1 所示。由于使用功能的改变，该结构有如下变动: ①楼面活荷载变化较大。1 层～ 2 层原设计为商铺，现改为超市，应甲方要求1 层～ 2 层楼面活荷载改为8．0kN /m2［1 ～ 3］。②楼梯位置改变。原有楼梯需拆除，增设新楼梯，原有楼梯洞口需补楼板。
2 加固方法的选择
在确定加固方案时，应根据工程的现场实际情况，从抗震性、功能性、可实施性、和美观性等方面综
合考虑，确定既安全可靠、又经济合理的加固方案［4 ～ 6］。为此，设计中对加固方案进行了以下优化
对比。
( 1) 增大截面加固法
增大截面加固法是用增大结构构件或构筑物截面面积进行加固的一种方法，可以提高被加固构件的承载能力，而且还可以加大其截面刚度。该方法采用的材料为钢筋混凝土，最大的优点是费用相对较低，缺点是湿作业工作量大，养护周期长，增加了结构重量，加大了基础负担，不利于抗震，支模工作也很困难。显然该方法不适合于本工程。
( 2) 粘钢加固法
钢筋混凝土受弯构件外部粘钢加固是在构件承载力不足区段的表面粘贴钢板，这样可提高被加固
郑靖靖，等: 某商城的加固改造设计·113·
Earthquake Resistant Engineering and Retrofitting Vol. 34，No. 1 2012
构件的承载力。该法现场无湿作业或仅有抹灰等少量湿作业，对生产和生活影响小，但加固效果在很大程度上取决于胶粘工艺与操作水平; 再者钢板不是柔性材料，粘贴时要求基面必须非常平整，否则容易出现空鼓现象，使粘贴效果大打折扣，施工质量不易得到保证，故此法亦不适合于本工程。加固设计
图1 标准层平面图
Fig． 1 Standard floor plan
( 3) 碳纤维加固法
碳纤维加固是用胶结材料把碳纤维贴于被加固构件的受拉区域，使它与被加固截面共同工作，达到提高构件承载能力的目的。除具有粘贴钢板相似的优点外，还具有耐腐浊、耐潮湿、耐用、维护费用较低等优点。碳纤维加固法主要有以下特点: ①抗拉强度高，是同等截面钢材的7 ～ 10 倍; ②重量轻，密度只有普通钢材的1 /4，加固后结构自重几乎不增加;
③耐久性好，可阻抗化学腐蚀和恶劣环境、气候变化的破坏，不需定期维护;④施工方便快捷，施工质量易于保证，对施工环境的要求不高，工期短; ⑤由于是片状卷材，柔性好，可以根据结构的形状自由裁剪; ⑥适用范围广，混凝土构件、钢结构、木结构均可采用，可大幅度提高构件的承载能力、抗震性能和耐久性能。［8］因此，从各方面综合考虑，碳纤维加固法
是适合本工程的最佳方案。3 结构设计原则及计算结果
3． 1 设计原则
( 1) 按照《混凝土结构加固设计规范》( GB50367-2006) ，确定结构改造后的设计使用年限为满足原有结构的后续使用年限，计算时按照30 年的后续使用年限确定该改造工程的相关设计参数。结构到期后，需进行可靠性鉴定来确定是否可延长其使用年限。
( 2) 按照现行规范对改造后的结构进行整体分析，对构件进行承载能力极限状态计算及正常使用极限状态验算，按照现行抗震规范对结构构件进行抗震构造补强。
( 3) 对加固改造方案进行充分的论证。在投资额、工期已定的前提下，以技术可靠、易于施工、工期
短为原则确定原结构的拆除方案、新旧混凝土结构的连接方案及整体结构的加固方案。
3． 2 整体模型计算结果
整体计算采用PKPM 结构计算程序中的PMCAD 建模，采用SATWE 模块对结构进行计算分析，根据原结构设计图纸的平面布置图建模，在不改变原有梁、柱截面的情况下，施加实际荷载，分析结构的内力及配筋情况。经过计算分析，工程存在下
列问题: ①原设计的现浇板，板底受力筋满足要求，部分板顶支座负筋的计算配筋大于实际配筋; ②比较计算结果与原设计实际配筋，局部框架柱、梁配筋小于计算结果。
4 主要加固及改造设计、对构件的加固
4． 1 板的加固
由于荷载增加，混凝土板承载能力不足，楼面板配筋不足采用粘贴碳纤维布法进行加固。粘贴碳纤维布法对加固配筋率较低的构件，如楼板等具有较好的效果。板顶碳纤维加固见图2 所示。由于建筑功能改变，原有的楼梯要拆除，原有楼梯洞口需补楼板，新增梁板钢筋通过植筋与原结构

板顶碳纤维加固

Fig． 2 Board top carbon fiber reinforced diagram连接。楼梯周边的原结构梁需进行加固。新增楼梯部位楼板需拆除，增加楼梯边梁，楼板钢筋锚入新增楼梯边梁中，新增楼梯边梁钢筋植入原结构主梁中。
图3 梁加固详图
Fig． 3 Beam strengthening maps
4． 2 梁的加固
根据计算结果，部分梁的正截面抗弯承载力和抗剪承载力不足。计算弯矩与原承载力相比，增加幅度最大约为30%。根据新旧钢筋差值核算，可得知碳纤维布需粘贴的数量［7 ～ 8］。所用碳纤维主要规格为300g /m2 ( 即厚度为0. 167mm) ，根据需要粘贴1 ～ 3 层。其中，框架梁支座配筋不足的加固是难点，具体加固详图见图3 所示。
4． 3 柱的加固
根据新旧配筋差值进行核算，得出碳纤维布需粘贴的数量。采用规格为300g /m2 ( 即厚度为0. 167mm) 的碳纤维布，宽度200mm，间距300mm，即可满足承载力要求。
4． 4 基础的加固
根据计算结果仅有一个基础承载力增加幅度约为8% ，其他基础均满足要求。为了减少投资、缩短工期，地基基础未进行加固，主要是考虑到从2005年建成到2010 年，本项目已使用了5 年时间，地基土经排水固结后承载力可提高约10%。
4． 5 施工工艺
结合本工程，施工过程应注意以下几点: ①严把材料关，所有进场材料，包括碳纤维材料和胶结材料，必须符合质量标准，并具有出厂产品合格证，符合工程加固补强设计要求，同时在现场对材料进行抽检; ②各工序的施工质量，由技术人员负责指导、监督，每一道工序完成后提请技术员检查、认可后，才能进行下道工序; ③涂料应涂刷均匀、不得漏涂，严禁在不适合气温条件下施工，添加溶剂稀释后的涂料应在规定时间内用完。施工宜在5℃ 以上环境温度条件下进行，并应符合配套树脂的施工使用温

梁加固详图

度环境。温度低于5℃ 时，应使用适用于低温环境的配套树脂或采用升温处理措施; ④碳纤维片材为导电材料，施工碳纤维片材时应远离电气设备及电源，或采取可靠的防护措施。碳纤维片材配套树脂的原料应密封储存，远离火源，避免阳光直接照射。树脂的配制和使用场所，应保持通风良好。现场施工人员应采取相应的劳动保护措施［9 ～ 10］。
5 结语
改造需对原结构进行整体可行性分析，根据分析结果确定合适的加固改造方案。加固方案需尽量不破坏原构件，尽可能减少施工难度、施工周期和减少加固改造量。加固改造必须由具有加固专项资质的单位进行施工，而且施工过程中需采取有效的措施保证加固质量。根据本工程总结出以下几点注意事项:
( 1) 结构设计首先要进行概念设计，每一栋建筑都有它自身的特点，首先要确定设计目标，以及相应的设计方法、技术措施［11］。这些方法与原则是基础性、整体性、全局性和关键性的，是安全可靠的优秀设计的基本保证。
( 2) 结构的传力应力求简洁明了，加固改造项目应注重节点细部的处理，确保实现设计理念。
( 3) 改建加固项目中，确定合理的施工工序及安全施工，是确保各受力构件按照设计意图传力的有效保障。
( 4) 改造工程中，基础的改造会涉及到土方的开挖、防水层的破坏等不利状况，因此应考虑各种有利条件，尽量采取措施不对基础进行加固，从而达到节省造价、缩短工期的效果。
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［作者简介］ 郑靖靖( 1986 ～ ) ，女，硕士研究生，研究方向: 结构耐久性