摘要:介绍了厂房钢筋混凝土框架结构加固的改造要求和技术要点,对结构加固改造方案的选择和确定进行较为系统的分析讨论,阐述了该加固改造方法在技术上和经济上的优点,分析了建筑加固设计的主要过程和方案选择,以完善建筑加固设计。
关键词: 框架结构 加固 改造方案 优点 加固设计

1 概述

随着近年煤炭行业形势的好转,某公司选煤厂洗、选煤产量不断提高,有许多洗、选煤设备已经不能满足生产要求,需要进行新设备的更换、新流水线的上马和技 改项目的实施,通过对该公司选煤厂主厂房的结构进行验算,发现原有厂房的许多梁柱承载力已不能满足要求而需进行加固处理。
1.1工程概况
选煤厂主厂房1981年建成,结构形式为钢筋混凝土框架结构,建筑物总高度为28.5m,建筑总尺寸为101 m×28m,地上8层,柱下独立基础。混凝土标号:基础、梁、板、柱混凝土强度等级C20。
根据某大学建筑工程学院提供的《安全检测和评价报告》:厂房主体结构整体情况良好,检测部位钢筋混凝土承重结构系统项目可靠性等级为:大部分b级,部分c级。本工程属于由于设备更换或布局变化而对主厂房相应部位承重结构构件进行局部补强工程。
改造要求:
1)选煤厂应市场要求,在加固处理期间每次停产时间不能超过3天;
2)改造施工过程中,高低压配电间、实验室设备用房不能影响正常使用;
1.2技术要点
1) 工程加固的目的就是要通过加固施工,提高结构构件的强度、稳定性、刚度及耐久性,达到修复、补强、提高承载力、增强使用功能、满足使用要求,因此,选择加固方案要以提高加固工程质量为根本目的。
加固工程常采用的方法有加大截面加固法、外包钢加固法、预应力加固法和改变结构传力途径加固法等,采用过时的加固方法需要大量的人力、物力和时间,已不 能满足当前加固工程质量、工期、安全、经济的要求,而化学灌浆法、粘钢锚固法、碳纤维加固法应运而生,以其施工方便、施工速度快、不占用空间、技术可靠, 能取得良好的加固效果及经济效益的明显优势成为加固工程中的优选方案,广泛应用于各类加固工程中。
2)对原有高低压配电室、变电所、实验室要采取必要的保护措施。
实验室设备庞大,属于精密仪器,不得移动,严禁灰尘及较大的震动;供电用房地下、天花板处电缆交错纵横,不得潮湿见水,且要求保持清洁干燥;特殊的环境设计、施工要全力配合,需做详细周密的计划.

2 结构加固的方法

2.1预选方案
1)框架梁的加固:
经济、技术先进的加固方案当属粘钢锚固法和碳纤维加固法,前者以造价低,施工简单,占用空间小,加固效果好,明显优于加大截面法和预应力加固法,后者则 各种优势尽显其中,更具有耐湿耐潮、抗腐蚀强、自重轻、强度高、施工便捷、质量好的特点,主要表现在自重轻,材料自身几乎不增加重量;强度高,固化后的碳 纤维强度比钢材高达十几倍;劳动强度小,一个作业面只需一至两人操作即可;施工工期短,熟练工人每人每天可完成近200m2左右。
2)框架柱的加固:
较为常见的加固方法有增大截面法和外包钢加固法。
增大截面法是对需加固的柱在其周围增加断面,增加钢筋以满足计算配筋量,加大截面部分浇筑混凝土;用这种普通加固方法,费用较低,但施工周期长,拆模板后要达到设计强度所需的时间也较长。
外包钢加固法是在混凝土柱四周包以型钢进行加固,这样既不增大混凝土截面尺寸,又大幅度地提高混凝土柱的承载力,施工周期比加大截面法缩短的多。
外包钢加固法具体方法又分干法作业与湿作业法两种形式:
干式加固法是将型钢(一般是角钢)直接外包于需要加固的混凝土柱四周,型钢与混凝土之间无连接,由于与混凝土没有形成一个整体,所以不能确保结合面传递剪力。
湿式加固法一是用乳胶水泥浆或环氧树脂化学灌浆等材料,将角钢粘贴在混凝土柱上,二是角钢与混凝土之间留一定间距,中间浇筑混凝土,达到外包钢材与混凝土相结合。两种作业方法相比较,干式作业法施工更为简单,价格低,施工时间短,但其承载力提高不如湿式作业法好。
针对选煤厂的改造要求,做了详细缜密的调查研究,综合各种施工方案的利与弊,采用以下加固方法。
2.2结构加固改造措施
1)梁、板配筋不能满足受力和最小配筋率的情况。
经过建筑整体调整计算,大部分梁,板不满足使用受力要求,对于梁、板可按计算结果采用碳纤维加固措施,依据CECS 146:2003《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》,高强度类碳素纤维布相对于钢筋有10倍以上的抗拉强度,不但具有耐腐蚀、耐潮湿的优点,还有不增 加结构主体的自重、耐用、维护费较低优点,但在防火方面需要特殊的处理;此工程的碳纤维加固依据了“加固后受弯承载力的提高幅度不宜超过40 %”的原则,进行碳纤维片材一梁抗弯抗剪加固设计。
2)框架柱配筋不能满足受力和最小配筋率的情况。
根据此工程的特殊性,依据CECS25 : 90 《混凝土结构加固技术规范》, 对于框架柱加固采取了外包钢法,补足总体分析的柱配筋不足。
加固方式采用环氧树脂化学灌浆的湿式外包钢。
加固方法,计算时考虑抗震因素钢材强度乘以降低系数0.7,节点示意见图2
 
a一外包钢加固柱柱底做法;
b一外包钢加固柱楼层做法;
c一外包钢加固柱顶层做法;
d-截面
1 - 钢板;2 - 角钢;3 - 钢板与角钢焊接;
4 - 细石混凝土浇捣;
5 - 箍筋;6 - 室内地坪;7 - 基础顶;
8 - 原柱宽;9 - 楼层;
10 - 屋面;11 - 柱四角角钢
图2外包钢加固节点示意
3) 对原有高低压配电室、变电所、实验室的影响情况。
在结构计算过程中,在原有高低压配电室,变电所,实验室周边都存在需要加固的框架柱,梁,板及填充墙体;然而现场要求在施工过程中,配电室、实验室内保持清洁,周边维护不得拆除,不能影响设备正常运转(可短暂停歇)。
室内加固的部分,业主内部生产配合,可暂停使用高低压4～6 h。施工单位准备好加固材料,人力、物力。现场准备工作就绪后,严谨配合,轻拿轻放,支护、遮盖到位,最大努力缩短施工时间,按照周密的施工计划,按部就 班,有条不紊,在很短的时间内,很好地完成了特殊环境下的加固施工任务,得到业主高度评价。
以上是整个项目改造实施过程中的施工方法。目前,改造后的厂房己投入使用,反映良好。

3 结构加固改造应注意事项

对于任何一个加固改造项目,在设计任务开始之前,必须对项目的总体要有一个鲜明的认识,明确使用功能的变化,了解工艺的使用要求,且要实地进行周全的考 察,收集详细的原始地质勘探资料及项目的竣工图、计算书;除此之外还要请专门机构进行建筑物可靠性的鉴定,做为设计的参考依据。
加固改造过程中,不仅仅是使单个构件满足结构使用要求,还要在结构计算过程中,按现行规范使整体满足抗震设防要求,主体刚度要分布均匀,避免形成新的薄弱层;但有些建筑物涉及年代久远,如果按现行规范执行有些困难,具体情况应具体分析,汇集专家意见适当实施。

4 结束语

科学技术的发展,建筑加固改造的办法也越来越多,施工也变得容易实施。通过上述改造项目,给设计者们一个很大的启示。广义上讲,无论工业还是民用建筑, 设计、施工过程中,并不是简单的结构专业技术的单纯累加。要充分结合到施工现场的实际情况,采取有效合理地设计施工方案,是做出一个好项目关键。如何因地 制宜,采取合理的实施办法,值得设计、施工人员去多多的思考。

参考文献:
[1] CECS 25:90混凝土结构加固技术规范
[2] CECS146-2003 碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程
[3] GB50367-2006 混凝土结构加固设计规范
[4] 06SG311-1 混凝土结构加固改造构造图