上海某体育馆改造复杂梁柱节点施工技术

上海某体育馆改造复杂梁柱节点施工技
术
摘要：城市更新改造中，保证加层梁柱节点加固的施工质量是整个加固工程
质量的核心控制点之一。

本文以上海某体育馆更新改造为例，阐述了如何在尽可
能少损伤原结构柱的基础上，保证梁主筋锚固数量和锚固可靠性、保证节点混凝
土的浇筑质量以及具体施工方法。

关键字：梁柱节点、BIM、配筋优化设计、特种加固混凝土
1 工程背景
上海某体育馆是上海地标性的体育建筑，1973年开始设计施工，1975年竣
工投入使用，主体结构为圆形，采用装配式框排架结构，其中径向排架有36榀，屋面结构为网架结构，跨度为110m。

体育馆受限于当时的设计安全水准影响，未
抗震设防，结构以承受竖向荷载为主，梁柱间多为铰接节点，无侧向支撑体系，
装配式排架在环向和径向均不满足抗震构造要求。

为了满足举行国际一流赛事和大型商业活动的要求，在保持场馆原有外观风
貌前提下，对体育馆内部结构和设施进行了更新改造：在标高3.55m位置，CE轴
之间增设了设备层；在看台下方为每只座位增设了空调通风系统；同时更换了屋
顶钢结构，以适应节能、悬挂中央显示屏、舞美设备的要求。

这些改造增大了使
用荷载，造成原有柱承载力不足。

根据新增荷载和抗震设计要求，本次更新改造
对C-E轴高看台区域中36榀排架柱，进行了加大截面法加固，加大截面混凝土
强度设计等级为C50，新浇筑了3.55m标高加层相关梁板，此部分混凝土强度为
C35。

2 梁柱节点基本情况及问题
图1径向排架剖面图
为满足设备层需要，在3.55m标高设置了环向和径向梁板体系，对排架中的
C\D\E轴柱进行加大截面加固，提高其承载力，满足使用要求和现行规范。

设备
夹层最复杂的节点是D轴柱节点，柱采用向四周增加100m厚柱围套的方法，材
料采用为C50灌浆料，新浇梁板为C35混凝土。

柱四个方向均有新增楼层梁，为
保证1楼层高，梁高较矮，钢筋直径大,布置密集，同时新增D-E方向径向梁为
上翻梁。

在施工准备过程中，发现该节点存在如下问题：
a)新加混凝土梁钢筋，需要在四面植入柱中，原柱截面为450x600，在初始
设计图纸中，梁主筋数量多排布密集，不同方向梁中主筋纵横交错、互相重叠，
均需要锚入老混凝土柱，因此无法满足后锚固规范中植筋最小间距要求，老柱上
植筋钻孔数量巨大，严重影响节点核心区安全。

b)初始设计图纸中，平法表示法仅表示出梁柱钢筋数量，无法真实表示出该
复杂节点钢筋实际布置情况。

经模拟施工分析，发现该节点存在①新浇梁植筋与
老柱钢筋及柱围套新增纵筋、节点加密箍筋互相重叠冲突问题；②上翻梁底部主
筋与其它方向新加梁板上部钢筋互相重叠，造成钢筋绑扎困难、保护层厚度不足、外观尺寸难易保证。

c)根据《GB/T50550-2010建筑结构加固工程施工质量验收规范》，“当用于
普通混凝土或砌体的增大截面工程时，不得采用纯灌浆料，应采用以70%灌浆料
与30%细石混凝土混合而成的料浆”。

灌浆料混入30%的细石混凝土，现场大规
模拌合时，影响因素太多，无法保证混合后料浆的强度、和易性等基本性能，严
重影响加固质量。

d)体育馆为环形装配式排架，节点连接弱，刚度不足，且原柱截面较小，在
设计超限专家评审和改造专家评审会上，专家们的一致意见是：排架梁柱加固不
得大规模同时进行，每次只可以间隔改造2个节点。

灌浆料一般为现场拌制，细
石混凝土一般为商品混凝土，当每次只施工2个节点时，施工时灌浆料用量和商
品混凝土材料用量无法匹配。

e)上翻梁若采用高流动性的灌浆料浇筑，容易流淌，不易满足梁柱节点一次
性施工要求。

图2 初始夹层新加梁平法表示及节点三维示意
3 复杂梁柱节点优化
针对D轴节点施工问题，项目部邀请了同济大学加固专家、混凝土材料学专家，与本次改造设计师共同商讨研究节点施工问题。

（1）对于设计图纸钢筋排布问题做了如下改进：
a)增加腋梁，将环向、径向梁的部分主筋从柱侧绕过，减少植入柱中的钢筋，保证植筋的锚固间距和锚固深度。

b)因环向柱尺寸较小，新加梁主筋植筋深度接近柱宽度，①将环向梁上部6
根主筋，4根从腋梁绕过老柱，另2根由两侧分别植筋改为贯通钢筋；②环梁下
部8根主筋， 4根从腋梁绕过老柱，2根改为柱内对穿贯通钢筋，2根向上弯折。

c)径向D-E轴上翻梁底部10根钢筋，其中4根从腋梁绕过老柱与对向新浇
梁顶部钢筋贯通，2根在腋梁处锚入柱围套，2根从柱内与对向梁顶钢筋对穿贯通，2根植入老柱。

d)通过以上改进，大大减少了老柱内的植筋数量，降低了对老柱的损伤，保
证了节点整体性。

（2）针对该节点采用灌浆料无法施工的问题，根据专家建议，改用同济大
学研制的MR-SC特种加固混凝土代替灌浆料。

特种加固混凝土是以水泥、特选粗
细骨料、功能外加剂等为组份的新型材料，具有自密实、免振捣、无收缩、不泌水、不离析等优点，可以在现场拌合，施工方便。

经现场试验，特种加固混凝土
完全满足复杂节点施工，流动性好，动态匀质性好，穿过节点多层密集钢筋后，
骨料仍处于托裹状态，浆骨和易性好，与钢筋的握裹力良好，标养及同等条件养
护试块强度均满足设计要求，节点浇筑后无蜂窝、麻面、孔洞、不密实、浇不满
等现象。

（3）针对该节点钢筋布置复杂，平法不易表达的问题，项目部成立了专门
的BIM小组，对该节点建立了三维可视化模型，对保护层厚度、锚固长度、钢筋
碰撞进行检查和校核。

利用三维可视化模型进行了模拟施工预演，确定了各层各
向植筋、柱纵筋、柱箍筋、梁主筋、梁箍筋、板钢筋的绑扎顺序。

利用BIM三维
可视化模型，按不同施工阶段，形成多剖面多角度的可视化交底文件，对各工种
的工人进行可视化交底，同时通过移动端分发给施工人员，供实时查阅。

4 复杂梁柱节点实施
（1）测量放线
根据设计图纸、三维BIM模型可视化交底文件，对节点区域柱各截面进行
测量、放线，检查原柱截面尺寸偏差、垂直度偏差是否满足图纸和规范要求，如
不满足相关要求，记录并上报设计，根据设计意见对模板进行调整，保证柱围套
厚度。

（2）基层处理
原混凝土柱表面进行凿毛，凿毛均匀度、深度符合设计要求，并清洗污渍和
浮灰。

（3）钻孔及植筋
原混凝土柱植筋前，先通过BIM可视化模型检查，保证植筋在柱内部
不会重叠，然后由技术人员使用钢筋探测仪，找到钢筋位置，按BIM模型放线，
有效避免了盲目钻孔对原结构的损伤。

对于需要贯通原混凝土柱的钢筋，在孔内放入钢筋后，用结构胶将洞口两端
封堵，在洞口两端埋设导管，然后进行注浆，灌注时从一端底部导管注入，从另
一端顶部导管流出，这样可以保证贯通洞口内充满环氧树脂，对原柱结构损失做
了一定补偿。

注胶结束后，将钢筋缓慢放入，24小时内保证植入的钢筋未被扰动，保证结构胶的固化强度和植筋效果。

柱双向植筋时，每个节点一个方向的植筋注胶施工完成，固化24小时后，
再进行另一方向的钻孔和植筋工作。

（4）节点钢筋的绑扎和模板搭设
本节点柱围套浇筑采用C50高强混凝土，混凝土梁板采用C35混凝土，且存
在上翻梁，因此在实际施工中，先完成C50梁柱节点施工，然后再进行该区块梁
板施工。

该节点钢筋交错纵横，在施工过程中，首先通过BIM可视化模型确定了各钢筋、模板的施工顺序和加工尺寸。

模板搭设时，根据BIM模型节点钢筋穿出位置，预留端部封板孔洞，模板内部用收口钢丝网封堵，钢筋与模板孔洞间空隙用发泡
剂封堵死，在施工中有效防止漏浆发生。

在钢筋绑扎和模板施工过程中，根据现场尺寸对BIM数据进一步调整，做好施工记录，积累经验，保证了36个节点按期保质完成。

图5 节点钢筋、模板、浇筑现场施工
（5）节点混凝土的浇筑及养护
根据专家建议，节点浇筑选用的是MR-SC特种加固混凝土，是专门为加固设计的，以水泥、特选粗细骨料、功能外加剂组成的新型材料，具有以下特点：①强度发展快，7天可达C50；②弹性模量与钢筋、旧混凝土相近，对钢筋握裹性好，新老材料共同受力；③高流动性，自密实、免振捣；④无收缩，抗裂性能好。

在实际施工过程中，MR-SC特种加固混凝土操作比较便捷，该产品为密封袋装，拌合时仅需要控制水量和搅拌时间。

粗骨料直径按现场要求，控制在16-
20mm，，搅拌时应先加入2/3规定用水用量，待拌合料团块全部打开后，再加入剩余水量，经机械搅拌后，即可得到和易性、强度满足要求的现场拌制混凝土。

在浇筑时，随用随拌，适合本项目小用量的梁柱节点施工的特点，自密实、免振捣，可以保证钢筋密集位置的浇筑质量。

在大批量施工之前，先进行了试验性施工，选取7根框架柱（D 轴2根，E轴3根，C轴2根），进行MR-SC特种加固混凝土特种加固试验，在试验柱内埋设测温传感器，柱内温度在浇筑后第2天达到温度最高值55℃，然后开始下降。

根据试验结果，与专家一起制定了养护方案：①浇筑后带模养护2d；②拆模后立即用三层以上塑料薄膜包裹保温，同时防止水温蒸发；③塑料薄膜内无水珠后，拆除塑料薄膜，每天喷水2次，养护7d。

5 总结
在城市更新中，老建筑梁柱加固节点的施工关系着整个工程的质量和安全，在本次施工中，针对节点的复杂性和以往高强灌浆料施工的缺陷，结合设计
资料、相关规范和现场实际情况，积极采用BIM可视化模拟等先进技术，制定了
完善、符合实际的施工方法，选用可以满足施工和设计要求的新形高强特种加固
混凝土，精心施工和养护，保证了最终的施工质量和结构安全。

参考文献
[1]徐凯,胡克旭,朱景岳。

MR-SC特种加固混凝土在结构快捷加固中的工程应用,同济大学土木工程学院结构工程与防灾研究所，第十四全国建筑物鉴定与加
固改造学术会议论文集
[2] 江宇冠,吴平春,王耀,等。

BIM技术在某工程复杂节点钢筋设计中的应
用 [J]. 施工技术, 2013, 42 (24):93-96
[3] 代筠杰。

高性能钢筋混凝土梁柱节点抗震性能试验研究，华中科技大学，2013，10
[4] 混凝土结构加固技术规范GB 50367－2013，北京：中国计划出版社
[5] 特种加固混凝土应用技术规程，T/CECS 1192-2022。