已有RC受弯构件的增大截面加固设计方法研究

王文龙

(山西水利职业技术学院，山西运城 044004)

0 引言

钢筋混凝土受弯构件是工程结构中应用最为广泛的结构构件，其典型代表是梁和板.当前的一些钢筋混凝土梁、板，因建成时间长、出现功能性改变、受到外力破坏、设计时配筋不足、施工质量控制不严，以及业主提出了新的使用要求等原因，需要对已有钢筋混凝土(简称RC)受弯构件进行加固.对于钢筋混凝土受弯构件加固而言，主要是因为承载力不足的加固.梁、板类结构构件的承载力不足的外观表现是:构件挠度偏大，裂缝开展过宽、过长，钢筋严重锈蚀或受压区混凝土有破碎现象.加固方法有多种，不同的加固方法，各有其针对性.本文仅对已有民用建筑结构中的钢筋混凝土受弯构件的增大截面加固设计加以分析.

1 加固设计依据及计算基本条件

1.1 加固设计的依据

(1)《建筑结构荷载规范》(GB50009－2001)，以下简称《荷载规范》;

(2)《混凝土结构设计规范》(GB50010－2002)，以下简称《设计规范》;

(3)《混凝土结构加固设计规范》(GB50367－2006)，以下简称《加固规范》;

(4)《民用建筑可靠性鉴定标准》(GB50292－1999)，以下简称《鉴定标准》.

1.2 计算基本条件

(1)加固设计的使用年限:应结合检测报告结果，由业主和设计单位商定，一般情况下，宜按30 a考虑.

(2)建筑结构的安全等级:加固改造后的结构安全等级，应根据结构破坏后果的严重性、结构的重要性和加固设计使用年限，由业主和设计单位商定，一般情况下，安全等级按二级考虑.

值得注意的是，未经技术鉴定或设计许可，不得改变结构的用途和使用环境［1］.

1.3 荷载标准值的确定

(1)已有构件的荷载标准值，按照构件实测尺寸和材料单位自重的标准值计算确定;

(2)新增构件的荷载标准值，根据《荷载规范》的规定进行取值.

1.4 计算基本原则

(1)钢筋混凝土结构、构件的加固设计，在一般情况下，应采用线弹性分析法计算结构的作用效应.

(2)结构、构件的尺寸，对原有部分应采用实测值;对新增部分可采用加固设计文件中给出的名义值.

(3)原结构、构件的混凝土强度等级和受力钢筋抗拉强度标准值:当原设计文件有效，且不怀疑原结构有严重的性能退化时，可采用原设计的标准值;当结构可靠性鉴定结果认为应重新进行现场检测时，应采用检测结果推定的标准值;当受实际条件限制而无法取芯时，可采用回弹法进行检测，但要对检测强度值根据混凝土龄期进行修正.

2 加固设计计算步骤

(1)根据鉴定评估的目的，按国家现行有关规范的要求，确定具体的现场检测内容和部位.

(2)由有资格的专业技术人员，按照《鉴定标准》的要求对原有结构构件分步进行鉴定，判断原结构构件已有的使用年限和所具有的承载能力，包括静承载力和抗震承载力、细部构造和耐久性等是否能满足改造后的性能要求［5］.评估鉴定的结果有两种:①主体结构改造目的不可能实现;②主体结构改造的目的可以实施或加固改造后可以实施［7］.如果鉴定结果是通过加固可以实现业主的目的，则按下述步骤进行.

(3)按照检测报告和原施工图设计资料等提供的设计基本参数，采用线弹性分析方法对原结构构件进行计算复核，得到最不利组合下的内力图.结构计算分析，采用符合国家现行规范要求的标准结构计算软件和有限元软件.

(4)判断出哪些受弯构件需要加固.

(5)根据原截面的设计参数及第一步计算结果所得到的内力图，选择合理的加固方法，重新进行内力及配筋计算，计算结果应满足现行《设计规范》的要求.

3 增大截面加固的优缺点

增大截面加固法，又称外包混凝土加固法，是增大原构件截面面积或增配钢筋，以提高其承载能力和刚度的一种直接加固法［3］.它是通过增大构件的截面尺寸和配筋量，来提高构件的承载力、刚度、稳定性和抗裂性.该方法具有施工工艺简单，适用范围广等特点，可用于梁、板、柱、基础等混凝土构件的加固.增大截面法的技术特点是:在设计构造方面必须注意解决好新加部分与原有部分的整体受力问题.该方法要求的现场湿作业工作量较大，养护时间较长，对生产和生活有一定影响，对结构的外观和净空间也有一定影响.

4 增大截面加固的构造规定

(1)新增混凝土的强度等级不低于C20，且宜比原构件设计的混凝土等级提高一级.

(2)新增混凝土的最小厚度，采用人工浇筑方式时，在板中应不＜40 mm，在梁中应不＜60 mm;采用喷射混凝土施工时，不应＜50 mm.

(3)加固用的钢筋应优先选用HRB335级热轧带肋钢筋，或采用HPB235级热扎钢筋;板内的受力钢筋直径不应＜8 mm，梁内的受力钢筋直径不应＜12 mm.

(4)新增受力钢筋原受力钢筋的直径的净间距不应＜20 mm，并应用短筋或者箍筋与原钢筋焊接.

(5)梁内的新增纵向受力钢筋，其两端应可靠锚固.

(6)对于加固后为整体工作的板，在支座处应配负钢筋，并与跨中分布钢筋相搭接;分布钢筋直径应采用Φ＞4 mm、间距≤300 mm的钢筋网，以防止产生收缩裂缝.

(7)混凝土的最大粒径不宜超过新浇混凝土最小粒径的1/2及钢筋最小间距的3/4.

5 计算案例及分析

5.1 某T形截面梁增大截面的加固算例

某钢筋混凝土楼盖T形截面梁跨度L=8 m，简支于砖跺上.T形梁截面尺寸为b=200 mm，b'=400 mm，h=600 mm，h'f=80 mm，混凝土强度等级C20，主筋4Φ20，箍筋 Φ6@250，其断面结构见图1.该梁承受恒荷载为 gk=8 kN/m，活荷载为 qk=12 kN/m，由于改变使用功能，实际活荷载为qk=16 kN/m，要求进行加固处理.

图1 某楼T形截面梁断面图

(1)原梁承载力复核验算

截面有效高度:h01=600－35=565 mm

当翼缘全部受压承受弯矩所需相应的受拉钢筋应为:

实际钢筋面积:As=1 256 mm2＞1 024 mm2

因此，中和轴在截面腹板内:

梁能承受的最大弯矩:

Mu=Mu10+Mu20=80.60+113.00=193.60 kN·m＜M=256.00 kN·m

因此，正截面受弯承载力，不满足要求.

因此，斜截面承载力，也不满足要求.

(2)加固梁正截面受弯承载力验算

加固设计基本条件如下:加固层厚度为60 mm，h=660 mm，Δh=60 mm，C25改性混凝土，箍筋Φ6@250，与箍筋焊接，αs=0.9，h0=660 －35=625 mm，fy=360 N/mm2.

实配钢筋 As=1 256 mm2，需补加纵向钢筋370.96 mm2，实配 As=402 mm2(2Φ16).

(3)加固梁斜截面受剪承载力验算

所以，加固梁截面能满足承载力要求.

5.2 楼板增大截面加固算例

(1)工程概况

某楼板为多跨单向板，板厚80 mm，混凝土强度等级C20，跨度为2 m，跨中配筋Φ6@150，支座配筋为Φ8@180，现欲改会议厅为康乐室，活荷载为6 kN/m2，要求对楼板进行加固处理.

(2)加固设计计算

①按最小配筋率验算(整体式)

原配筋Φ6@150，As=189 mm2.按最小配筋率0.2%的要求，楼板厚需为95 mm.

恒载:

楼板自重(0.08+0.015)×25=2.35 kN/m2;

面层 0.65 kN/m2;

底层 0.35 kN/m2;

合计 3.38 kN/m2;

活载6 kN/m2.

第一跨跨中最大弯矩为:

不能满足要求，改按分离式设计，板面加厚90 mm，混凝土强度等级为C25，施工时，板底加支撑.

②原结构跨中承载力计算

板厚80 mm，混凝土为C20，跨中配筋Φ6@150(每米As=189 mm2).

查表得 γs=0.97，则

现浇混凝土叠合板厚90 mm，板自重为2.25 kN/m2.

查得 γs=0.969，则

现浇混凝土叠合板配筋Φ6@100(As=283 mm2).

6 结语

(1)面对一栋需要改造的建筑，必须以建筑的安全使用为基点，对主体结构的现状进行科学的检测和严格的鉴定评估后，才能确定其是否适应改造的目的.

(2)当钢筋混凝土梁、板设计与实际承载力相差较大且其刚度也不能满足要求时，采用增大截面的加固方法较为有效.

(3)在原混凝土构件与新混凝土粘结部位的表面应凿毛，在梁表面的不平度应≥6 mm，在板表面的不平度应≥4 mm，用水冲洗干净后，涂覆丙乳水泥浆，再浇筑混凝土.

(4)加固时应保证加固用钢筋或角钢有足够的保护层厚度;加固改造前应采用烷氧基类或氨基类喷涂型阻锈剂对钢筋进行除锈;可采用高强度灌浆料，以增加混凝土的密实性.

［1］中华人民共和国建设部.GB50010－2002混凝土结构设计规范［S］.北京:中国建筑工业出版社，2002.

［2］中华人民共和国建设部.GB50009－2001建筑结构荷载规范［S］.北京:中国建筑工业出版社，2002.

［3］混凝土结构加固设计规范.GB50367－2006混凝土结构加固设计规范［S］.北京:中国建筑工业出版社，2006.

［4］四川省建设委员会.GB50292－1999民用建筑可靠性鉴定标准［S］.北京:中国建筑工业出版社，2002.

［5］戴国莹.现有建筑加固改造综合决策方法和工程应用［J］.建筑结构，2006，36(11):1 －4

［6］吕西林.建筑结构加固设计［M］.北京:科学出版社，2001.

［7］陈 瑜，王 琦.混凝土主体结构改造的评估鉴定和加固补强［J］.建筑结构，2004，34(9):28 －29.