悬挑梁的设计要点及事故处理对策

悬挑梁的设计要点及事故处理对策

在建筑物设计、施工乃至加固领域中，经常可遇到悬挑梁结构；因为悬挑梁在整个结构体系中的受力的特殊性，所以一旦出现质量问题，将对整幢建筑物形成极大的不安全因素。

悬挑结构常常处于室外，面对雨水、二氧化碳直接侵蚀，且其上因为用户的使用原因，荷载也存在一定的不确定性，所以一旦出现裂缝，将极有可能进一步扩展，严重的将危及建筑物的安全。

悬挑结构设计受力的合理性、设计安全储备的控制、施工质量的把握、对有质量问题的悬挑梁加固的可行性和针对性都很重要，本文将对上述问题进行深入分析与探讨。

２设计中的问题

２．１荷载的取值

按建筑结构荷载规范（ＧＢ５０００９－２００１）规定，应取活荷载标准值２．５ｋＮ／ｍ２∽３．５ｋＮ／ｍ２，而有的则取１．５ｋＮ／ｍ２，从而造成严重的设计隐患。

２．２设计计算失误

（１）砌体结构中对钢筋混凝土挑梁的抗倾覆验算中，挑梁计算倾覆点于墙外边缘的距离有如下规定，（见《砌体结构设计规范》（ＧＢ５０００３－２００１）应严格执行：

①当ｌ１≥２．２ｈｂ，时ｘ０可近似取ｘ０＝０．３ｈｂ，且不大于０．１３ｌ１；

②当ｌ１＜２．２ｈｂ，ｘ０＝０．１３ｈｂ。

式中ｌ１——挑梁埋入砌体的长度（ｍｍ）；

ｘ０——计算倾覆点到墙外边缘的距离（ｍｍ）

ｈｂ——挑梁的截面高度（ｍｍ）

因此，在计算外悬挑长度ｌ０时，应该是：ｌ０＝ｌ＋０．３ｈｂ。但有些设计却直接采用ｌ０＝ｌ，这样设计控制弯矩将严重偏小。２．３抗剪设计的失误

构造规定，悬臂梁长度大于１．５ｍ时，必须设计置一排弯起钢筋用以抗剪，如梁端遇有集中荷载时，则须配两排弯起筋。而现实中挑梁端部常因用户的需要而在梁端设有２４０ｍｍ厚围护墙的集中荷载，但设计时却可能未作考虑，因此容易忽视这个问题，从而造成质量事故。工程上很多悬挑梁质量问题往往就出在剪力不够这个问题上，而箍筋和弯起钢筋的配置是否符合要求便成为关键。

３施工中的问题

关于施工的问题，主要分为两个方面：

３．１钢筋布置不当

因为现场工人操作时容易将悬挑梁的负钢筋踩踏下去，造成梁板计算控制截面的有效高度ｈ０减小；此外，还有钢筋位置配反的情况，此种情况更加危险，拆模时就可能坍塌。

３．２混凝土强度不够及尺寸不足

这种情况亦是工程中易发生的问题，强度的不足意味着受压区面积增大而受拉主筋ｈＯ减小，主筋拉应力增大，拆模后会有较大变形及裂缝产生，从而形成日后隐患。

３．３其它原因

在施工过程中钢筋的少配或误配，材料使用不当或失误（例如随意用光圆钢筋代替变形钢筋、使用劣质水泥、未经设计或验算随便套用其它混凝土配合比等），都将影响构件的质量。

４对质量问题的处理方法

对于存在质量问题的悬挑梁，其加固方法有很多种，下面对工程中行之有效的几种方法加以探讨与分析。

４．１粘钢加固法

４．１．１粘钢加固的特点

粘钢法即采用环氧树脂建筑结构胶对原挑梁进行体外配筋，即外粘钢加固，此种方法为近年来高速发展的一项新兴技术，特点是针对性极为明确，方便适用，且现场施工简单，对原结构的损伤和扰动很小，几乎不增加原结构体积，如图１所示。

而其缺点是粘贴钢板的应力滞后现象，由于悬臂梁加固一般是在不卸载的情况下进行施工的，原梁中的钢筋中已有一定的应力存在，而所粘贴的钢板仅在后加荷载作用下才产生应力。

４．１．２粘钢加固的计算

承载力计算：ｆｃｍｂｘ＝ｆｙＡｓ＋ｆａｙＡａ－ｆｙ／Ａｓ／……（１）

Ｍｕ＝ｆｃｍｂｘ（ｈ０１－ｘ／２）＋ｆｙ／Ａｓ／（ｈ０１－αｓ／）…（２）

ｆａｙ为加固钢板抗拉强度设计值；

Ａａ为加固钢板截面面积；

Ａｓ、ｆｙ分别为原梁纵向受拉钢筋的截面面积和抗拉强度设计值；ｆｙ／、Ａｓ／分别为原梁纵向受压钢筋的截面面积

和抗拉强度设计值；αｓ／为原梁纵向受压钢筋的保护层厚度。４．１．３锚固粘结长度计算

锚固粘结长度Ｌ１是指原梁在不需要加固的截面以外粘贴钢板延伸长度。

Ｌ１≥２ｆａｙｔａ／ｆｃｖ………………………（３）

ｔａ为受拉加固钢板厚度；ｆｃｖ为被粘混凝土抗剪强度的设计值。若钢板粘结长度无法满足式（３）的要求时，可在钢板的端部锚固区粘结Ｕ形箍板，也可以钢板端锚固区增设膨胀螺栓的办法加强锚固。４．１．４斜截面受剪承载力加固

Ｖ≤Ｖ０＋２ｆａｙＡａＬＬｕ／Ｓ…………（４）

ＡａＬ为单肢箍板截面面积；Ｖ０为原构件斜截面受剪承载力设计值；Ｌｕ为单肢箍板的梁侧混凝土的粘结长度；

Ｓ为箍板轴线间距。

４．２外包改性混凝土加固

４．２．１外包混凝土加固的形式与特点

当悬挑梁承载力相差较大，刚度也不满足要求时，采用外包混凝土加大截面法加固比较有效。加固设计时，可根据原构件的受力性质、构造特点和现场条件，选用三面加厚、两面加厚或单面加厚等构造形式。

补浇的混凝土处在受拉区，它对补加的钢筋起到粘结和保护作用；补浇

的混凝土处在受压区时，增加了构件的有效高度，从而提高了构件的抗弯、抗剪承载力，增加了构件的刚度，加固效果很明显，图２就是采用三面加固的方式。

４．２．２加固计算方法

由于加固构件实际为叠合构件，主要表现在混凝土应变滞后，钢筋应力超前。

根据分析，增补钢筋的应力滞后于梁内原钢筋应力，因此对增补筋的抗拉强度设计值乘以０．９的折减系数。

即：ｆｃｍｂｘ＝ｆｙＡｓ＋０．９ｆｙ１Ａｓ１

Ｍｕ＝ｆｃｍｂｘ（ｈ０１－ｘ／２）式（１）可改写成

由αｓ查表得γｓ，从而得：……（６）

ｆｃｍ为混凝土弯曲抗压强度设计值；ｆｙ为梁中原钢筋的抗拉强度；ｆｙ１为增补钢筋的抗拉强度；

ＡＳ、ＡＳ１分别为梁中原钢筋及增补钢筋或型钢的截面面积。４．２．３混凝土施工工艺

外包改性混凝土加固方法与其它一般的加固方法比较，施工质量易于保证、加固后新旧结构共同受力比较良好。由于该法是采用改性混凝土，即混凝土内掺特殊掺合料（比如湖南大学生产的ＧＭＡ），此种混凝土具有高流动性、高强、新老混凝土面结合良好、可自流密实免振捣等特性。而在悬挑梁加固中，因为加大的截面尺寸有限，施工空间狭小，因此，对混凝土要求的正是上述性能。

在浇筑改性混凝土前，应对原构件混凝土存在的缺陷清理至密实部位，