浅析外包型钢法结构加固技术设计及施工要点

浅析外包型钢法结构加固技术设计及施工要点

摘要：天建实业结合一则工程实例探讨湿式外包型钢加固法的设计及施工要点。该方法能较好地解决钢筋混凝土工程中的加固问题，可达到优化设计和减少投资的目的，通过实例分析表明，该方法施工简便、受力可靠、值得推广应用。

关键词：结构加固；外包型钢法；房屋建筑；施工要求

根据《GB50367-2013混凝土结构加固设计规范》，常用的结构加固方法有增大截面加固法、置换混凝土加固法、体外预应力加固法、外包型钢加固法及粘贴纤维复合材料（FRP）加固法等。其中外包型钢加固法是对钢筋混凝土梁、柱外包型钢及钢缀板焊成的构架，以达到共同受力并使原构件受到约束作用的加固方法。相比于其他钢筋混凝土结构加固法，具有结构构件截面尺寸增加少、能提高原构件承载力和延性、受力可靠、施工简单工期短等优点，广泛应用于钢筋混凝土建筑的结构加固。以下主要介绍轴心受压柱湿式外包型钢加固法的设计与施工要点。

工程实例：本工程为三层框架结构，建筑面积为1310.52m2，抗震设防烈度为八度，原设计结构高度11.7米，屋面有一半为坡屋面，在按照设计院图纸施工到二层时，业主提出变更，抬高坡屋面高度约1.5m，故需对变更后的柱子承载力和抗震能力进行核算，以下为核算及施工过程。

1轴心受压柱湿式外包型钢加固计算方法

1.1原结构承载力评定

对建筑的原结构承载力及抗震能力进行结构验算，找出结构承载力及抗震能力不能满足要求的构件。根据《民用建筑可靠性鉴定标准》，钢筋混凝土结构构件承载能力分级标准见表1。其中，au级能正常承载，不必采取措施进行处理；bu级尚不影响整体承载力，一般不采用措施，但可能有少数构件应采用措施进行处理；cu级影响正常承截，应采取措施，且个别构件必须立即采取措施进行处理；du级不能正常承载，必须立即采取措施进行处理。

注：R为结构构件验算抗力，S为作用效应验算值，γ0为结构重要性系数。

1.2节点破坏模式分析

节点的破坏模式可以归结为以下五类，如图1：（l）梁塑性铰破坏；（2）节点区域混凝土剪切破坏；（3）梁和节点混合破坏（梁塑性铰与节点区混凝土剪切破坏同时发生）；（4）节点区混凝土承压破坏；（5）柱塑性铰破坏。本例的梁柱节点始于柱塑形铰破坏，故需要对验算后承载力和抗震能力达不到要求的柱子进行加固。

1.3加固后轴心受压柱承载力计算

根据《混凝土结构加固设计规范》，构件加固后轴向压力设计值N需满足：

N≤0.9（fc0Ac0+ y0 s0+ a a a）

其中，为受压构件稳定系数；fc0为原构件混凝土轴心抗压强度设计值；Ac0为构件截面

积；y0为原构件内纵向钢筋抗压强度设计值；s0为原构件内受压较大边纵向钢筋面积；a 为角钢轴压承载力折减系数，当缀板间距不大于300mm时，取a=0.85~0.90；a为新增型钢抗压强度设计值，应按现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017的规定采用；a为全部受压肢型

钢的截面面积。

2材料性能指标

2.1无机类高性能灌浆料

湿式外包型钢加固法的其中一个原理是通过角钢与构件之间用乳胶水泥浆等无机类高性能灌浆料将角钢粘结在构件上，以保证结合面传递剪力。因此，应确保乳胶水泥浆性能符合要求。其中，乳胶水泥浆中的乳胶含量不应少于5%。具体性能指标应符合表2要求。

2.2角钢和缀板

一般采用3号钢，角钢厚度一般≥3mm，边长≥75mm；缀板截面应≥25mm*3mm，间距s≤22r（r为单根角钢截面的最小回转半径）。

经过计算，决定对二层及三层短边中柱采用∠125*10角钢加固，其余需要加固的柱子采用∠100*10角钢，缀板均使用4*100*500规格与角钢焊接，缀板净间距200，柱上及柱下加密区净间距为100，缀板与原柱体间的空隙使用无机类高性能灌浆料灌缝。设计钢材规格如图2所示（∠100*10角钢）。

3施工步骤及注意事项

3.1工序流程

表面清理→表面打磨→放线→钢材表面处理→组装焊接→封边→注灌浆料→检查验收→外粉砂浆。

3.2施工工艺

1）表面清理：将柱子表面原有抹灰及附着物清理干净。

2）表面打磨：在混凝土包钢位置测放打磨控制线后，采用角磨机进行打磨，打磨掉混凝土浮层，直至完全露出坚实新结构面。

3）放线：待打磨工作完成后补加粘钢位置线。

4）钢材表面处理：除去钢材内外表面铁锈，用角磨机打磨钢材粘结面，直至露出金属光泽，打磨纹路应与钢板受力方向垂直，用棉球蘸湿酒精后将表面擦拭干净。

5）组装焊接：根据图纸要求并结合现场实际情况对钢材进行组装焊接，角钢与原结构柱贴紧，竖向基本顺直，如原结构柱出现较大垂直偏差，应进行顺直处理，缀板与角钢搭接部位剖口对焊，焊缝应符合设计及《建筑钢结构焊接规程》的要求。

6）用修补胶埋设灌浆嘴并封边：焊缝检验合格后，用环氧砂浆沿钢材边缘封严，若需埋管结合现场实际情况确定埋管位置及间距。

7）灌浆料配置：严格按照灌浆料说明书提供的配比配制，搅拌均匀后方可使用。一次配制量不宜过多，以40~50分钟用完为宜。

8）检验：灌浆料固化后用小锤轻轻敲击钢材表面，从音响判断粘接效果，如果有个别空洞声，表明局部不密实，须再次高压注浆方法补实。

9）砂浆防护：外包钢结构检验合格后，在所包钢的表面抹水泥砂浆防护，砂浆层厚度为25mm。抹灰前验收合格的加固效果如图3。

4结语

天建实业通过在工程加固施工实践中对外包型钢加固法进行了运用尝试和体会。设计阶段主要应遵循现行混凝土结构加固设计规范和外包型钢加固技术资料，其计算结果与试验结果吻合较好，施工质量能可靠保证并可供设计与施工技术人员参考。施工阶段主要是柱结构转角打磨及灌浆过程的工艺要点控制。但应指出的是影响结构极限承载力的因素很多，加固方法也多种多样，是否选用外包型钢加固法，应对结构进行可靠性鉴定，并经多种方案比较后选择确定。

参考文献：

[1]陈彪.外包型钢加固法应用[J].建筑科学，2008，22（3）：60-61.

[2]伍卓强.试析房屋安全检测与加固方法及其在工程中的应用[J].建材与装饰，2014，（21）：247-248.

[3]张益多，刘荣桂.混凝土结构加固技术研究及应用综述[J].江苏大学学报，2009（6）：2-6.