龍?jiān)ㄔO(shè)集團(tuán)股份有限公司 上海 200434

1 工程概況

地處上海浦東新區(qū)的某制藥有限公司舊辦公樓，建筑總面積約10 500 m2，標(biāo)準(zhǔn)層平面呈長(zhǎng)方形，長(zhǎng)約65 m，寬約30 m，層數(shù)6 層，層高4.925 m和3.85 m，總高24.5 m。結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土框架-剪力墻體系，基礎(chǔ)為承臺(tái)+樁基，圓形柱截面為φ450 mm和φ550 mm，梁主要截面為350 mm×1 000 mm和800 mm×600 mm。底層為建筑地坪，其余樓層均為現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板。結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防烈度為Ⅵ度?，F(xiàn)因使用功能的提升和內(nèi)部重新裝修，需要變更平面分隔，增加隔墻、設(shè)備、屋面綠化覆土及玻璃幕墻等荷載，進(jìn)行部分柱梁板等加固，并需按照現(xiàn)行國(guó)家抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行抗震加固。

2 抗震鑒定

1）經(jīng)抗震驗(yàn)算發(fā)現(xiàn)，按新的結(jié)構(gòu)布置計(jì)算出的第一振型為純扭轉(zhuǎn)振型，位移比超限，說(shuō)明結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生局部振動(dòng)，對(duì)抗震極為不利。

2）電梯井、樓梯井、管道井四周均為鋼筋混凝土墻體，在抗震計(jì)算中不能忽視其剛度的影響，故須按剪力墻考慮；而原結(jié)構(gòu)中墻體又未按照剪力墻構(gòu)造設(shè)置邊緣構(gòu)件，一旦遭遇地震，這些墻體將會(huì)吸收大部分地震力，其端部和轉(zhuǎn)角處可能會(huì)因抗震構(gòu)造不完善而發(fā)生破壞。

3）經(jīng)對(duì)原結(jié)構(gòu)驗(yàn)算，雖大部分梁、板和柱配筋能滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，基礎(chǔ)承載力也能滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求；但由于新建筑圖中局部使用功能變化、隔墻位置變更及屋面增加覆土荷載等因素的影響，部分柱、梁、板需進(jìn)行加固。

4）原結(jié)構(gòu)中多處出現(xiàn)樓面梁與厚180 mm墻體平面外連接，而墻體中并未進(jìn)行構(gòu)造處理；梁內(nèi)受拉鋼筋錨固長(zhǎng)度無(wú)法滿足要求，且墻體在樓面梁作用處局部強(qiáng)度不滿足承載要求。

3 主要加固工程施工技術(shù)

3.1 粘貼碳素纖維布加固混凝土柱、梁、板

3.1.1 材料要求

本工程加固鋼筋混凝土柱、梁、板的碳素纖維布采用高強(qiáng)度1級(jí)材料，每平方米質(zhì)量300 g，單層厚度為0.167 mm。加固鋼筋混凝土剪力墻的碳素纖維板采用高強(qiáng)度1級(jí)材料，單條寬度為50 mm，單層厚度為1.2 mm（圖1）。

圖1 粘貼碳素纖維布加固梁板示意

粘貼碳素纖維布加固混凝土柱、梁、板結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)采用基層與碳素纖維布有良好匹配性的A級(jí)黏結(jié)劑（包括浸漬膠，底膠和修補(bǔ)膠）。

3.1.2 施工要求

粘貼碳素纖維布加固的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其粘貼部位的表層含水率不應(yīng)大于4%；粘貼碳素纖維布加固結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)先卸掉結(jié)構(gòu)上的活荷載；粘貼碳素纖維布加固受彎、受剪結(jié)構(gòu)構(gòu)件時(shí)，該結(jié)構(gòu)件的實(shí)際混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C15；遇碳素纖維材料沿其纖維方向圍繞結(jié)構(gòu)構(gòu)件陽(yáng)角粘貼時(shí)，該結(jié)構(gòu)件陽(yáng)角曲率半徑應(yīng)≥20 mm；碳素纖維是導(dǎo)電材料，施工時(shí)應(yīng)與電氣設(shè)備和電源保持一定距離；施工中，碳素纖維材料應(yīng)成卷放置，并應(yīng)避免彎折；施工中，粘貼碳素纖維材料的膠體原料應(yīng)密封儲(chǔ)存，遠(yuǎn)離火種，不被陽(yáng)光照射；施工環(huán)境溫度不低于5 ℃，否則應(yīng)對(duì)操作空間采取加溫、保溫措施。

3.1.3 主要施工工藝

1）基層面整修：鑿除被加固構(gòu)件混凝土表面碳化、疏松、蜂窩和凸出5 mm以上部位，露出堅(jiān)實(shí)混凝土面；對(duì)凹陷30 mm以上部位用C20混凝土補(bǔ)平，凹陷30 mm以內(nèi)部位用1∶2水泥砂漿分層修嵌平整；對(duì)于寬度小于0.3 mm裂縫用環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行表面封閉，寬度大于等于0.3 mm裂縫，用環(huán)氧樹(shù)脂漿液灌縫；清除干凈混凝土表面灰塵、殘漿和油污，保持表面干燥；對(duì)于陽(yáng)角粘貼處打磨成圓弧，曲率半徑≥20 mm。

2）基層面彈線：按設(shè)計(jì)間距要求與布寬，在需粘貼碳素纖維布的部位彈出墨線。

3）對(duì)粘貼基層面磨平：用金剛石磨砂機(jī)對(duì)需粘貼碳素纖維布處混凝土表面進(jìn)行磨平，打磨時(shí)要做好防灰塵污染和工人勞防措施。再用鋼絲刷清除基層面灰塵，用丙酮刷洗干凈表面。

4）涂刷底膠：用專用滾筒將黏結(jié)底膠均勻滾涂在粘貼基層表面上。

5）刮找平膩?zhàn)樱簩⒄移侥佔(zhàn)优c硬化劑按供應(yīng)商提供的配合比進(jìn)行混合攪拌均勻。待底膠指觸干燥后，用鋼制刮刀將找平膩?zhàn)庸文ㄔ谡迟N處混凝土表面，進(jìn)行找平、壓光，使整個(gè)粘貼處基層面平整度在±5 mm內(nèi)。陽(yáng)角處用找平膩?zhàn)诱蕹蓤A弧，半徑≥20 mm。找平膩?zhàn)又赣|干燥后即可進(jìn)行下道工序。

6）涂刷頭層黏結(jié)膠：待找平膩?zhàn)痈稍锖?，將配制好的黏結(jié)膠均勻涂抹于所要粘貼布的基層面，不流淌、不露底。

7）粘貼頭層碳素纖維布：涂刷頭層黏結(jié)膠后，即刻粘貼頭層碳素纖維布，纖維向搭接長(zhǎng)度≥150 mm，用專用滾筒順著纖維方向多次滾壓或用刮板擠壓，排出氣泡，使黏結(jié)膠充分浸透纖維布，布平整、無(wú)空鼓。滾壓時(shí)不應(yīng)損傷碳素纖維布。

8）粘貼多層碳素纖維布：當(dāng)多層粘貼時(shí)，待上一層布手觸干燥后，重復(fù)上述涂刷黏結(jié)膠和粘貼碳素纖維布工藝。各層碳素纖維布搭接位置應(yīng)相互錯(cuò)開(kāi)。

9）表面整修，施工保護(hù)層：在最后一層碳素纖維布粘貼完成后，對(duì)翹邊、空鼓超限處等缺陷進(jìn)行整修后，在其表面均勻涂刮1 層專用面膠，并即刻撒1 層細(xì)砂；待面膠干燥后，分2 d先后2 次粉刷厚20 mm的1∶2水泥砂漿保護(hù)層。

3.1.4 質(zhì)量保證措施

1）碳素纖維布沿纖維方向的搭接長(zhǎng)度，柱應(yīng)不小于150 mm，梁、板不小于200 mm。當(dāng)采用多層碳素纖維布加固時(shí)，各層碳素纖維布之間的搭接位置應(yīng)相互錯(cuò)開(kāi)，外層布的裁斷位置應(yīng)從內(nèi)層布裁斷處向內(nèi)收200 mm以上。

2）對(duì)梁、板加固時(shí)，碳素纖維布應(yīng)延伸至支座邊緣，梁加固布端處應(yīng)設(shè)U形箍布和壓條布。U形箍布寬度不小于150 mm，間距小于梁高1/2。壓條布寬一般為150～250 mm，長(zhǎng)度一般為1.0～1.3 m。板加固布端部也應(yīng)設(shè)壓條布，寬度一般有200～250 mm，以防止粘貼的碳素纖維布端部在受力狀態(tài)下逐步翹起，影響承載能力。

3）當(dāng)滿粘貼碳素纖維布時(shí)，2 條布帶之間的搭接寬度一般為5 mm左右。

4）滾擠壓碳素纖維布時(shí)要用力適當(dāng)， 不得來(lái)回反復(fù)滾擠壓，以免損傷碳素纖維布。

5）施工完畢后，嚴(yán)禁在加固的碳素纖維布上大面積鉆孔，以防減少碳素纖維布有效面積而削弱抗拉能力。

3.2 屈曲約束鋼支撐

3.2.1 屈曲約束鋼支撐構(gòu)造

由BRB鋼連桿、下和上節(jié)點(diǎn)鋼連接板和內(nèi)鋼框架組成，內(nèi)鋼框架又由下和上H型鋼梁、左和右H型鋼柱組成，如圖2所示。

圖2 樓兩端抗震加固屈曲鋼支撐立面示意

3.2.2 屈曲約束鋼支撐制作要求

為盡可能減少吊裝單件質(zhì)量和方便現(xiàn)場(chǎng)安裝，宜在鋼結(jié)構(gòu)制作廠內(nèi)將H型鋼下橫梁與下節(jié)點(diǎn)鋼連接板組裝成一件，單根H型鋼柱與相應(yīng)上節(jié)點(diǎn)鋼連接板組裝成一件，H型鋼上橫梁和BRB鋼連桿各自獨(dú)立成件。

3.2.3 安裝程序

完成支撐下新增鋼筋混凝土基礎(chǔ)梁、支墩及預(yù)埋鋼板→ 測(cè)定原鋼筋混凝土柱梁框架（含新增基礎(chǔ)梁）內(nèi)側(cè)同一垂面近似中心線 → 彈出H型鋼柱和上下橫梁內(nèi)側(cè)面中心墨線 → 安裝H型鋼下橫梁和下節(jié)點(diǎn)鋼連接板 → 安裝左H型鋼柱和相應(yīng)上節(jié)點(diǎn)鋼連接板 → 安裝右H型鋼柱和相應(yīng)上節(jié)點(diǎn)鋼連接板 → 安裝H型鋼上橫梁 → 安裝BRB鋼連桿 → 鋼結(jié)構(gòu)防火防腐施工

3.2.4 安裝工藝

1）按照設(shè)計(jì)圖紙規(guī)定，對(duì)首層屈曲約束鋼支撐下新增基礎(chǔ)梁和支墩進(jìn)行挖土、化學(xué)植筋、綁扎鋼筋、安裝模板、預(yù)埋鋼板和澆筑混凝土，做到基礎(chǔ)梁、支墩軸線和標(biāo)高正確、表面平整和水平。

2）對(duì)新增基礎(chǔ)梁和原鋼筋混凝土柱梁框架內(nèi)側(cè)面測(cè)定同一垂面近似中心線，彈出墨線，同時(shí)對(duì)屈曲約束鋼支撐內(nèi)鋼框架的H型鋼柱梁內(nèi)側(cè)翼緣板彈出中心墨線。

3）采用汽車吊結(jié)合手拉葫蘆將H型鋼下橫梁和下節(jié)點(diǎn)鋼連接板垂直向上吊運(yùn)、就位至基礎(chǔ)梁或原鋼筋混凝土框架梁上，進(jìn)行軸線位置校正，務(wù)使H型鋼下橫梁和下節(jié)點(diǎn)鋼連接板內(nèi)側(cè)中心墨線與新增基礎(chǔ)梁或原鋼筋混凝土框架梁柱內(nèi)側(cè)面近似中心墨線重合，并用水平尺校正H型鋼下橫梁水平度，用鋼板墊片墊平，其誤差應(yīng)控制在相關(guān)規(guī)范允許范圍內(nèi)。然后將H型鋼下橫梁兩端翼緣與支墩上預(yù)埋鋼板用電焊滿焊牢，焊時(shí)需間隔焊、對(duì)稱焊，防止焊接變形超限。接著對(duì)H型鋼下橫梁中部種植M16化學(xué)錨栓，使支撐鋼梁與混凝土梁牢固連接。

4）采用汽車吊結(jié)合手拉葫蘆分別將支撐左右H型鋼柱和相應(yīng)上節(jié)點(diǎn)鋼連接板垂直向上吊運(yùn)、就位至原鋼筋混凝土柱邊，并即刻在H型鋼柱上端、上節(jié)點(diǎn)鋼連接板下方架設(shè)雙12#槽鋼方管斜支撐。鋼斜撐與H型鋼柱夾角為30°。接著進(jìn)行軸線位置和雙向垂直度校正，務(wù)使H型鋼柱和相應(yīng)上節(jié)點(diǎn)鋼連接板內(nèi)側(cè)中心墨線與原鋼筋混凝土上梁和H型鋼下橫梁中心墨線重合，雙向垂直度正確，其誤差應(yīng)控制在相關(guān)規(guī)范允許范圍內(nèi)，然后對(duì)H型鋼柱種植M16化學(xué)錨栓，使支撐H型鋼柱與原鋼筋混凝土柱牢固結(jié)合。待H型鋼上橫梁安裝完成后，將H型鋼柱上下端與H型鋼上、下橫梁用電焊焊牢，拆除鋼斜撐。

5）在H型鋼上橫梁兩端下方設(shè)置1 000 mm×600 mm四腿鋼管支架平臺(tái)，四腿下用雙木對(duì)拔榫墊平，用于臨時(shí)擱置、滑移、就位H型鋼上橫梁用。用汽車吊將H型鋼上橫梁垂直向上吊運(yùn)，擱置在四腿鋼管支架平臺(tái)上，再用手拉葫蘆和鋼撬棒將鋼上橫梁水平滑移至原鋼筋混凝土上橫梁底就位，進(jìn)行軸線和標(biāo)高校正，務(wù)使H型鋼上橫梁底面中心墨線與兩端H型鋼柱內(nèi)側(cè)中心墨線重合，并用鋼墊片墊平該鋼梁。其誤差應(yīng)控制在相關(guān)規(guī)范允許范圍內(nèi)，然后兩端與H型鋼柱焊牢，中部種植M16化學(xué)錨栓，使支撐H型鋼上橫梁與原鋼筋混凝土上橫梁和兩端H型鋼柱牢固連接。最后敲掉鋼管支架平臺(tái)四腿下的木榫，移開(kāi)鋼管支架平臺(tái)。

6）BRB鋼連桿在制作時(shí)，預(yù)先對(duì)其兩端焊好吊耳，供作現(xiàn)場(chǎng)吊裝吊點(diǎn)用。在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)BRB鋼連桿上下面彈出中心墨線。采用汽車吊結(jié)合手拉葫蘆逐根將BRB鋼連桿垂直向上吊運(yùn)、就位，校正其上下面中心墨線，使之與上下節(jié)點(diǎn)鋼連接板中心墨線重合，其誤差應(yīng)控制在相關(guān)規(guī)范允許范圍內(nèi)。然后先將上端接頭用電焊固定，再將下端接頭用電焊固定。

7）按照設(shè)計(jì)圖紙規(guī)定，由專業(yè)單位對(duì)屈曲約束支撐鋼結(jié)構(gòu)按照專項(xiàng)施工方案，進(jìn)行防火防腐施工。

3.2.5 質(zhì)量要求

1）本抗震加固用屈曲約束鋼支撐中的BRB鋼連桿，外觀尺寸為350 mm×400 mm和350 mm×450 mm，芯板厚度為25 mm。制作廠應(yīng)提供產(chǎn)品論證報(bào)告和質(zhì)量合格證。

2）BRB鋼連桿制作廠應(yīng)進(jìn)行芯材性能試驗(yàn)，其強(qiáng)屈比不應(yīng)小于1.2，伸長(zhǎng)率應(yīng)大于25%，應(yīng)具常溫下27 J沖擊功。

3）BRB鋼連桿制作廠應(yīng)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)，并提供相關(guān)試驗(yàn)報(bào)告，確保屈曲支撐部件具有穩(wěn)定、可重復(fù)的滯回性能。其主要設(shè)計(jì)指標(biāo)誤差和衰減量不應(yīng)超過(guò)1%，且不應(yīng)有明顯的低周疲勞。

4）單元屈曲約束鋼支撐、上下層屈曲約束鋼支撐之間的軸線位置應(yīng)一致，并應(yīng)在同一垂直面內(nèi)，這對(duì)確保屈曲約束鋼支撐的抗震性能十分重要。

3.3 屋面鋼結(jié)構(gòu)加固

屋面檁條加固采取增加鋼斜拉條、鋼直拉條和鋼壓桿（圖3）。屋架加固采取增加對(duì)角鋼拉條（圖4）。

圖3 屋面檁條加固局部平面示意

圖4 屋架加固平面示意

4 結(jié)語(yǔ)

本工程通過(guò)粘貼碳素纖維布加固柱梁板[1-4]，增設(shè)屈曲約束鋼支撐以提高抗震能力，對(duì)屋蓋增設(shè)鋼斜拉條、鋼直拉條、鋼壓桿，以及對(duì)角鋼拉條，提高了屋蓋承載、抗風(fēng)荷載和抗震能力，滿足了新的使用功能要求、豎向承載要求和抗震設(shè)計(jì)新規(guī)范要求，取得了理想的效果，順利通過(guò)了工程質(zhì)量驗(yàn)收。