钢绞线在旧教学楼中抗震加固改造应用

浅谈钢绞线在旧教学楼中抗震

加固改造应用

江清卿 福建三建工程有限公司

摘 要：对旧教学楼进行抗震加固改造是一项非常重要的工程，用钢绞绳可以很好的加固旧教学楼。本文主要通过校安工程实例来论证钢绞绳在旧教学楼中抗震加固的作用，把旧教学楼中的钢筋混凝土梁当做试验对象，论证校安工程中钢绞绳加固梁的施工工艺以及极限荷载、破坏形态、屈服荷载、开裂荷载与破坏形态的情况。论证得出结论，运用钢绞绳加固的旧教学楼具有很好的抗震加固效果。另外，本文还提出了用于极限受弯承载力的计算公式。

关键词：钢绞绳；旧教学楼；抗震加固；改造应用

引言

目前，中国正在进行的一项重要民生工程就是旧教学楼的改造，而旧教学楼的改造重点就是抗震加固改造。[1]运用钢绞绳加固旧教学楼的方法在国内外都是一种很好的方法。校安工程主要指的是对中小学的校舍建筑进行抗震加固改造。本文通过校安工程的实例，结合理论分析，论证钢绞绳在旧教学楼中抗震加固改造中的应用，并检验其效果，从而得到加固梁极限受弯承载力的计算公式。

1 校安工程实例

某校安工程的教学楼是一栋 4 层的砖混结构房屋，每一层的层高都是 3.6 米，教学楼的总高度是 14.4 米，面积接近于3600m2。该教学楼运用的是 01 系统规范，抗震设防烈度是7度，基本加速度是 0.15g，设计的地震分组是第一组。柱、梁、板混凝土强度等级都是 C20，墙体用的是机制 MU10 粘土砖，1、2层用的是 M10 混合砂浆，3、4层用的是 M5.0 混合砂浆。根据相关部门的检测结果，该教学楼拥有几处质量问题，需要进行抗震加固改造。

2 校安工程加固设计与施工工艺

2.1 加固设计

钢绞线加固校安工程教学楼的承载力计算，与钢筋混凝土增大截面法加固有些相似，只不过钢绞线代替了钢筋，聚合物砂浆代替混凝土。考虑到加固结构具有二次受力的特点，钢绞线的抗拉强度应该设计一个适当的值。[2]基于原有结构的截面尺寸、材料强度、配筋以及构件的内力，可以先计算出聚合物砂浆的厚度，从而确定钢绞线的用量。选取该教学楼的 8 根钢筋混凝土试验梁，并且把这 8 根试验梁命名为对比梁 A1，加固梁 H1-1，加固梁 H1-2，加固梁 H1-3，对比梁A1，加固梁 H2-1，加固梁 H2-2，加固梁 H2-3。用钢绞绳加固之前的梁的每个参数都是一样的，跨度 L=3200mm，截面尺寸为 h×b=300mm×150mm，净跨 L

=3000mm，旧教学楼的混凝土保护的厚度是 25mm。钢绞线在校安工程旧教学楼加固中需要的设备主要有钢绞线、聚合物砂浆、加载反力梁、百分表、分配梁、油压数显千斤顶、混凝土纸基、胶基应变片、配套转换箱以及 YJ-33 应变仪等等。

2.2 施工工艺

施工前一定要做好准备工作，先要认真阅读施工设计图，基于教学楼的砖墙体与混凝土以及施工现场的实际情况，制定适当的施工计划于施工方案，施工需要使用的钢绞线、锚具、聚合物砂浆以及界面剂等等，一定要在施工前做好准备工作。钢绞线运用的是Φs3.6 镀锌的钢绞线，它的抗拉强值设定为 970N/mm2，实际测量的抗拉强度最大可以达到1432N/mm2，抗拉强度标准值是 1370N/mm2，钢绞线柔韧性很好，而且还有一定的防腐功能。在对旧教学楼进行抗震加固的改造中，需要把钢绞绳适当的张拉。防腐砂浆主要是在普通的水泥砂浆中投入丙烯酸酯共聚乳液调和而成，丙烯酸酯共聚乳液的浓度是 25％到 30％。和一般的砂浆相比，加丙烯酸酯共聚乳液砂浆具有很多优势，例如，抗拉强度提升了1.35 到 1.5 倍，极限拉伸率提升 1 到 3 倍，抗拉弹模显著降低，收缩也很小，抗裂的性能得到极大提高，和老砂浆、混凝土面以及钢板的粘结强度可以提升到 4 倍以上，2d 的吸水率可以降低 10 倍，抗渗水性提升 1.5 倍，抗氯离子渗透的能力提高 8 倍以上。它们的使用寿命长短几乎一样，但是加丙烯酸酯共聚乳液砂浆成本低，施工方便、几乎无毒性，而且还具有密封的作用，这样就可以有效的预防老混凝土的碳化，从而达到减缓钢筋腐蚀的速度，抵御腐蚀破坏的目的。

做好准备工作后，就要进行钢绞线网片现场下料，在下料的时候一定要充分考虑每个节点处的延伸长度与锚固。

构件表面的处理。混凝土结构表面有腐蚀、脱落、蜂窝以及疏松等劣化混凝土时，一定要清除，让混凝土结构层露出来，如果有很大缺陷的地方，用修复材料进行平整修复。

用清水把需要加固构件喷洒湿润，把锚固螺栓打到加固

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3.1 高层建筑防火安全体系构成

高层建筑防火安全体系是指“人- 机(物、设备等) - 环境”系统相互协调的一个最佳“秩序”状态。要想真正地实现这一体系的构成，就要求我们一方面, 在技术上采取措施, 使“机(物、设备等) - 环境”系统具有保障安全状态的能力; 另一方面, 在管理上协调人的自身及人与“机(物、设备等) - 环境”系统的关系。将技术和管理相互结合，这样才能达到一个协调的效果。高层建筑防火安全工作,需要我们从火灾放生前的预防和火灾发生后的控制两方面做起。遏制火灾, 就必须遏制火源、可燃物、助燃物的相遇，当它们已经碰在一起造成火灾发生时,我们就必须控制好“环境”条件,防止火势的扩大。从避免和降低建筑火灾损失看, 首先要在时间和空间上控制好人的生命和财产的火场暴露; 其次要约束火灾过程中的致灾因素。

因此, 高层建筑防火安全对策具有过程性,将技术和管理相结合，通过相关工作者正确的计划、组织、监督、协调等工作,使技术设施和每个环节的工作都能发挥自身作用, 共同为建筑物的防火安全服务。

通过改进、完善建筑安全管理，可以防止火灾的发生。火灾的发生是与建筑物、建筑物的使用者、火灾发生的三个条件相互关联的。因此对这几个方面同时进行管理，也是必不可少的。

3.2 高层建筑防火安全对策

在我国对于安全防火相关条文还不太完善的前提下。建立以管理为纲、技术为手段的建筑防火安全体系, 将技术与管理相结合, 是符合当前国情和切合实际的现代防火安全观。对于现代城市建筑物,我们如果想以最小的投入获得最大的安全效益, 就必须以安全系统为目标, 完善相应的安全设施和管理规定, 并且在防火过程中，对救火工作人员和一般群众进行火灾求生演习和防火安全教育。如果我们能够在每一个时期、每一个环节都做到完善、做到最好,使人们都了解高层建筑安全体系的构成,那样就能避免火灾的发生了，同时这也是高层建筑防火安全的最好的方法, 因此, 高层建筑防火安全对策,需要我们加强“三同时”; 即加强相关人员安全管理及培养相关人员安全意识; 健全火灾应急预案; 建立完善的救火系统。另外,带领居民一起演习火灾逃亡办法, 是火灾发生时, 减少人员伤亡的最好方法。

4 结 论

以“安全第一, 预防为主”的原则, 了解高层建筑物及其发生火灾特点, 分析高层建筑火灾致因因素并通过建立高层建筑防火安全评价指标体系, 从“人- 机(物、设备等) - 环境”即技术(硬件) 和管理(软件) 的思路入手,将技术与管理相结合，是防止火灾发生的重要措施。本次通过对高层建筑的设计、防火安全评价和应急预案制定等方面的研究，对我国的高层建筑防火管理必定将起到积极的作用。

参考文献：

[1] 石金柱. 高层民用建筑电气防火设计[ J] . 武警学院学报, 2009, 25 ( 2): 48- 49.

[2] 黄玲, 苏永强. 高层建筑的环境安全分析与评价[ J].环境科学与技术, 2007, 30 ( 4): 67- 69.

构件的一侧，用拉环把网片的一边固定，在钢绞线端部安装拉环，安装好后一定要仔细检查，发现有脱离或者松动的情况，一定要及时更换。

把钢绞线网片拉到预紧状态，也就是钢绞线绷紧的时候，安装固定另外一侧的锚固螺栓，加固砖混墙体的时候，锚固螺栓应该要布置在砖砌体上。在加固构件的表面，根据设计的要求，采用梅花形来布置锚固螺栓，并且采用钢丝卡具对网片进行固定。

运用相同的方法来安装其他方向的网片。根据产品说明书的配制比，配制界面剂，均匀的喷洒或者涂抹在钢绞线网片以及加固构件的表面。安装网片的时候，一定要保证加固构件表面和网片之间有 4—5mm 的间距，可以根据实际情况来放置垫块。根据产品说明书，配制聚合物砂浆，分层涂抹在已经挂了钢绞线网片的构件表面，涂抹到设计的厚度，在用水喷洒在砂浆层，保持砂浆层的湿润状态达三天以上。

3 校安工程验收

钢绞线网片安装好后，先进行自检，自检合格之后，向相关检查部门申报验收，根据检查要求与设计图纸邀请检查部门验收，验收确认之后再进行之后的施工，同时还要根据监理单位的要求，进行制作试块、取样、养护以及送检。

加固材料的验收，钢绞线网片、水泥、界面剂、聚合物砂浆、水等原材料合格证以及完整的报告资料。校安工程的验收，抗震加固改造的每一个步骤的质量都要满足设计的要求，并且要有完整的施工技术资料。用钢绞线加固旧教学楼，可以提升教学楼的开裂荷载、屈服荷载以及极限荷载。

4 极限受弯承载力公式

如果钢绞线达到设计的强度，那么一般的钢筋早就屈服了，拉区的混凝土也大部分都不工作了，压区的混凝土达到极限压应变。[3]我们假设在平截面之下，那么M

u

=f

y

A

s

（h

-

x/2）+ηf

wy

A

w

（h

+Δ-x/2）。其中，fy 代表的是钢筋抗拉强

度的设计值，A

s

代表的是受拉钢筋的截面面积，A

w

代表的是受拉钢绞线的截面面积，Δ代表的是钢绞线的中心离钢筋中

心的距离，Δ=1.5Φs+as，Φ

s

代表的是钢绞线的直径，η代表的是钢绞线和原梁的工作系数，一般在 0.8 到 1.0 之间。根据这个公式，我们可以计算出 H1-1，H1-2，H1-3 的极限弯矩是 34.7kN.m，实际测量的分别是 35.4,33.6,35.4kN.m。

5 结语

通过校安工程的实例证明，采用钢绞线加固旧教学楼，加固后梁的极限抗弯承载能力可以提升一倍或者几倍，还可以显著的提升梁刚度。假如加固梁被破坏，钢绞线也可以屈服，钢绞线的高强性能还是可以得到充分发挥。把钢绞线运用到旧教学楼的抗震加固改造中具有良好的效果，它耐高温，耐久，耐腐蚀性好，可以显著提升刚度，而且对原有结构的自重与外观影响很小。另外它施工比较方便，工效高，价格相对比较便宜，具有很好的经济性。

参考文献：

[1] 史国忠.浅谈建筑结构加固改造技术[J].山西建筑，2010，（05）

[2] 刘卫东，赵治广，杨文东.丙乳砂浆的水工特性试验研究与工程应用[J].水利学报，2005，（08）

[3] 聂建国，王寒冰，张天申等.不锈钢绞线网-渗透性聚合砂浆抗弯加固的试验研究[J].建筑结构学报，2005，（10）

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