既有框架结构基于构件的抗震加固细部构造研究_顾夏英.pdf

202212Building Construction2956既有框架结构基于构件的抗震加固细部构造研究顾夏英 冯军艇 孙 杰 朱 海苏州中固建筑科技股份有限公司 江苏 苏州 215152摘要：为解决既有框架结构基于构件的抗震加固时钢筋过密、混凝土浇筑不密实、抗剪不足、纵向受力钢筋锚固不足等节点区出现的问题，提出节点区扩大、节点区打开、节点区预制包钢、节点区新增柱帽等措施，以提高框架结构节点区抗震能力，技术简单易实施，能有效解决框架结构抗震加固中细部构造难问题，对同类的既有框架结构抗震加固具有较大的借鉴意义。研究结果表明：框架结构节点区细部构造被大大简化，且明显提高了抗震能力，满足现行规范。关键词：抗震加固；框架结构；节点区；细部构造中图分类号：TU746 文献标志码：A 文章编号：1004-1001(2022)12-2956-03 DOI：10.14144/ki.jzsg.2022.12.042Study on Detail Structure of Component-based Seismic Strengthening of Existing Frame StructuresGU Xiaying FENG Junting SUN Jie ZHU HaiSuzhou Zhonggu Building Technology Co.,Ltd.,Suzhou,Jiangsu 215152,ChinaAbstract:To solve the problems in the joint area of the existing frame structure during the component-based seismic reinforcement,such as over dense reinforcement,non-dense concrete pouring,insufficient shear resistance,and insufficient anchorage of longitudinal force-bearing reinforcement,the measures such as expansion of the joint area,opening of the joint area,prefabrication of steel cladding in the joint area,and addition of column caps in the joint area are proposed to improve the seismic capacity of the joint area of the frame structure.The technique is simple and easy to implement,which can effectively solve the problem of difficult details in the seismic strengthening of frame structures,and has great reference significance for the seismic strengthening of similar existing frame structures.The results show that the detail structure of the joint area of the frame structure is greatly simplified,the seismic capacity is significantly improved,and the current specifications are met accordingly.Keywords:seismic strengthening;frame structure;joint area;detail structure增加建筑的结构抗力，第2种是改变结构的抗震自身参数，第3种是减小建筑承受的地震作用。上述3种加固方案，使用频率较高的是第1种：提高结构抗力法。而最为常见是基于构件的抗震加固方法，通过加大结构构件的抗震承载力来抵抗地震力作用。这种基于构件的抗震加固方式又可分为增大截面加固法、粘贴碳布法、外包角钢加固法等，但细部构造问题往往难以解决。随着规范的变更及城市抗震设防烈度的变化，既有框架结构的抗震等级已不满足现有规范要求，当进行改造时，节点区是一个抗震解决难点，对于梁柱节点区的抗震研究目前较少。节点是框架梁柱的交接点，也是结构的受力核心区。该处破坏的主要形式是节点核心区剪切破坏和钢筋锚固破坏，严重的会引起整个框架的倒塌。框架结构抗震加固时，往往会出现以下难点：节点区钢筋过于密集新增钢筋困难、混凝土浇筑不密实；节点区抗震箍筋达不到规范要求，且节点区无法新增箍筋；节点区纵向受力钢筋锚固长度无法满足新抗规要求；基于构件的加固往往是有损加固，这也很难避免。针对上述难点，研究提出几种实用节点抗震加固技术，有效解决框架结构体系抗震加固时的细部构造问题。长三角地区地震较少，但是苏州新规明确提高了抗震设防烈度，因此当涉及改造加固时，往往需要对既有建筑进行抗震加固1-4。然而从设计角度、施工角度、经济角度看，现在抗震加固多采用常规加固方案，如增大截面法、粘贴碳纤维布法、外包钢加固法，但这些方案往往对于构件的加固效果较好，但节点区、整体延性方面的抗震性能往往得不到改善。因此，对于既有建筑抗震加固的节点区及整体性抗震加固亟需进行研究，提出更好的解决办法。1 既有框架结构抗震加固方法及难点既有建筑抗震设计往往需要秉持先鉴定后加固的原则，一般流程：先对既有建筑进行抗震鉴定，再根据抗震鉴定进行下一步方案设计，这一步涉及抗震方案的选择。抗震加固方案从不同原理角度出发，可分为3种。第1种是作者简介：顾夏英（1989），女，硕士，工程师。通信地址：江苏省苏州市相城区黄埭镇聚民路66号（215152）。电子邮箱：收稿日期：2022-07-25改扩建工程RECONSTRUCTION&EXPANSION PROJECT建筑施工第44卷第12期29572 钢筋过密节点区抗震加固法既有的节点区本就是钢筋密集区，而在梁柱增大截面或新增梁时，新增纵向受力钢筋往往会出现打架现象，无法实现纵向钢筋可靠锚固。钢筋过密的节点区，混凝土浇筑也往往出现不密实、空鼓等病害。节点区作为关键区域，一旦有病害，对建筑安全将会带来严重危险。因此当梁柱节点区钢筋过密，又因为改造加固需要增大梁柱截面或新增梁时，为保证梁柱节点区形成可靠连接满足抗震要求，可以采用下述2种技术实现钢筋过密节点区的抗震加固。2.1 扩大节点区抗震加固法当梁柱都需增大截面时，节点区可采用如图1所示的构造。在梁的4个面设置钢围套，钢围套之间用钢板连接，纵向受力钢筋穿过钢围套，钢围套上预制抗剪钢筋，以此形成扩大节点区。施工流程：梁柱表面凿毛设置钢围套纵筋、抗剪钢筋植筋钢筋笼绑扎隐蔽验收支设模板混凝土浇筑拆模检查验收。梁4个方向增设钢结构围套，并采用连接钢板将围套焊接成整体，保证原梁在节点位置4个方向力的传递，增加传力路线，增大梁端的截面刚度，加固件的节点抗变形能力有了十分明显的提高。柱竖向角部钢筋设置于钢围套斜板内侧，钢围套对其起到围箍的效应，解决此处钢筋绑扎难题。节点核心区围套结构钢板厚度参数对加固构件的最大承载力、极限强度及变形能力等性能指标有较大影响，经综合考虑，钢板厚度在2025 mm较佳。优点：对于梁柱截面都要增大且节点区本来就钢筋过于密集的工况，具有较好的适用性；节点区混凝土浇筑密实度也得到了较大的保证；钢围套加工快。缺点：梁柱纵向受力钢筋需穿斜板，位置的准确性要求较高。2.2 节点区打开技术既有建筑既要实现改造又要满足抗震要求，就需要解决新增梁与既有柱形成的节点区抗震性能问题，此时扩大节点区的办法就不再适用。因此当新生成一个节点时，可利用置换技术打开此节点区，再进行新增节点的施工。图2是局部置换体系立面图。利用置换体系，先在新形成的节点区上下处新增一个置换平台，在上平台与下平台间用4根短柱相连接（图3）。在平台内部不仅要绑扎斜向钢筋笼，还需要增加型钢，上述措施都是为了提高平台的抗剪能力。当浇筑的混凝土达到设计强度就可以绑扎钢筋浇筑新节点，最后无损切除置换体系。施工流程：既有结构节点区一定范围内相接触表面处理抗剪件制作与安装托换平台钢筋植筋托换平台及四角柱子钢筋笼绑扎托换体系模板支设托换体系灌浆料浇筑分段对称剔除连接区混凝土连接界面处理钢筋整理、修复新增节点区钢筋绑扎支设模板连接区 浇筑密实钢围套密集钢筋斜板原梁增大截面柱中心区域200 mm200 mm混凝土保留板筋抗剪件环箍环箍新增梁底筋高度范围内柱部分混凝土人工凿除，钢筋保留200200150150300300300112211图1 钢筋过密节点区3D示意 图2 局部置换体系立面纵筋箍筋箍筋柱中心200 mm200 mm区域保留350350350350350新增梁上下穿钢筋区域，柱部分混凝土人工凿除斜向暗梁大样3-3350350100100200200 200纵筋纵筋板筋抗剪件板筋1-1350100100200200 20033333333图3 局部置换体系剖面 无收缩混凝土浇筑切除托换体系检查验收。1）变形监测措施：施工前对上段柱、下段柱贴应变片，施工过程中不间断地监测结构变形情况，一旦变形超过预警值，应立即停工并做好相应措施。2）沉降监测措施：一旦沉降值超出设定值，立即停工并采取相应措施。3）植筋间距控制措施：临时支撑化学植筋较多，需注意保证植筋间距，多个方向钢筋重叠时上下错位。4）当置换体系的混凝土强度达到100%后，可进行打开步骤，打开此处的柱子，重新绑扎形成新节点区。5）置换体系的切除：当新增节点区绑扎好，并浇筑混凝土后，待混凝土强度达到设计要求，即可将置换体系通过无损静力切割切除。优点：对于新生的节点区具有很好的适用性；能保证该区域的箍筋满足抗规要求，且新增梁锚固长度也能如新建一般满足新规要求；节点区混凝土浇筑密实度也得到了较大的保证。缺点：需要等置换体系形成后才可进行新节点的施工，需等新节点强度达到要求后才能切除置换体系，整个过程都是湿作业，工期较长且有置换体系的浪费现象。3 箍筋不足时节点区加固法苏州等地新抗震规范实施后，抗震烈度得到了提高。对于没有按抗震烈度7度设计的既有框架结构体系，当进行改造加固时就需要进行抗震加固，往往节点区抗震箍筋是不满足新规要求的。通过研究提出如下方法，可以解决仅箍筋不足时框架结构节点区的抗震加固问题。3.1 新增柱帽法提高节点区抗剪能力当仅是抗剪不足时，节点区扩大法和打开法都不再适顾夏英、冯军艇、孙杰、朱海:既有框架结构基于构件的抗震加固细部构造研究202212Building Construction2958用，可采用新增柱帽法来提高节点区抗剪能力，节点做法如图4所示，将节点做成一个多边形柱帽。植筋纵筋AA-AA梁上钻孔注结构胶（余同）灌浆孔 100单面焊10d焊接封闭箍46 10植筋 18120等代箍筋穿梁互焊焊接封闭箍10200图4 多边形柱帽平面图施工流程：梁上钻孔箍筋穿梁箍筋焊接形成闭合环抗剪拉结筋植筋固定隐蔽验收开灌浆料浇筑孔洞模板支设浇筑灌浆料拆模合格验收。如图4所示，围绕柱子新增抗剪箍筋，箍筋形成多边形封闭环。封闭环箍筋靠设置拉结钢筋来保证定位，并提高新增混凝土的抗剪能力。楼板顶新开1个直径100 mm灌浆口，用于浇筑灌浆料。新增柱帽为多边形，如果采用传统的木模板，木板拼料多，不仅耗费人工，拖长工期，还有浇筑漏浆风险。可采用预制成品模板，同时加工支托架等配件，将4个角部模板组合形成一体。梁、柱开口处用角钢加强，为便于工人安装，在每个角部模板侧面都预制把手。为保证模板的安全性，在模板底面安装脚撑。预制的模板，安装简单，当加固节点数量大且具有统一模数时，具有很好的经济效益