00捆绑装配式综合加固技术加固多层砖混结构探讨(20140310)

1、捆绑装配式综合加固技术加固多层砖混结构探讨The discussion of bundled assembled integrate reinforcement technology on multi-layer brick-concrete structure reinforce 住房和城乡建设部科技发展促进中心 程子韬北京筑福国际工程技术有限责任公司 鞠树森 赵恩平 谢建明摘要 捆绑装配式综合加固技术是指方形薄壁钢管混凝土构造柱、槽钢圈梁、扁钢或支托角钢拉杆综合加固多层砖混结构的技术组合。本文针对既有砖混结构多层住宅的抗震加固特点及存在问题进行研究，提出了外纵横墙采用方形薄壁钢管混凝土构造

2、柱、槽钢圈梁，内横墙用扁钢或支托角钢拉杆低预应力张拉加固方法，有效地改进了旧加固法的缺欠，提高了施工速度，增加了结构的安全性，对进一步研究和实践既有砖混结构房屋抗震加固和老旧住宅的综合改造，完善改进抗震加固方法有很大意义。本加固技术可供砖混结构的抗震加固设计施工参考。关键词：砖混结构，抗震加固，槽钢圈梁，低预应力张拉。Abstract: The bundled assembled integrate reinforcement technology is composed of square thin-walled steel tube concrete constructional colu

3、mn, channel steel ring beam，flat steel or bracket angle steel rod. This paper studies the seismic strengthening characteristics and the problems of existing multi-storey residential brick-concrete structure. Proposing the low prestress tensioning reinforcement method by using the horizontal and vert

4、ical wall with square thin-walled steel tube concrete constructional columns and steel beams, the cross wall with flat steel or bracket angle steel rod. Improve the original method shortcoming, improve the construction speed, increases the safety of the structure. The further research on existing br

5、ick-concrete structure seismic strengthening and old house comprehensive reconstruction is great significance to perfect to improve seismic strengthening method. This reinforcement technique can be used for reference in the brick-concrete structure of the seismic strengthening design and constructio

6、n.Key words: brick-concrete structure；seismic strengthening；channel steel ring beam；prestress tension.多层砖混结构房屋是我国既有建筑中的主要结构形式，约占民用建筑的百分之六十以上。然而，由于砖混结构的基本材料及连接方式决定了脆性性质，变形能力小，抗震性能差，在历次地震中震害严重。因此，砖混结构抗震加固理论和技术研究是当今结构工程学科研究的重要课题。特别是当前全国正在实施对老旧住宅进行抗震鉴定、安全节能综合改造。迫切需要研究安全、经济、节能、环保、有明显社会效益、经济效益的砖混结构老旧住宅抗震加

7、固方法。一、传统的捆绑式加固方法存在的主要问题砖混结构采用外墙加固钢筋混凝土构造柱圈梁，内横墙加钢拉杆的抗震加固方法，俗称捆绑式抗震加固技术，经过多次地震验证，此加固方法是安全可靠的，特别是抗结构倒塌能力明显提高，同时该方法不会修改水电管线走向，工程量小，施工进度快，工程造价低的优点，因此在抗震加固中常被采用。当前在老旧住宅砖混结构房屋的综合改造中，也是一种非常适宜的加固方法。但该方法也并非十全十美，还存在着一些问题，主要是：外加构造柱为现浇钢筋混凝土材料，需现场支模、绑筋、浇筑混凝土，工序复杂，而且工期较长。横墙设置钢拉杆，影响房屋使用及美观，多次发生装修时被用户剪断，严重影响加固效果，造成

8、不安全因素。还有拉杆使用中易发生锈蚀或松弛，失去承载能力，平时管理维护困难。二、捆绑装配式综合加固技术可行性分析为了加快施工进度，减少混凝土湿作业，采用钢筋混凝土装配式梁、柱替代现浇混凝土构造柱圈梁，但装配式混凝土结构构件工厂预制，因既有砖混建筑尺寸规格繁多，造成构件种类很多，装配精度要求高，构件生产模具利用率低，因而生产成本大幅提高，使抗震加固经费增加很多，而且因砖混结构自身施工误差较大，不能保证顺利实施构件装配，造成装配施工难度大。进一步研究采用钢构件代替钢筋混凝土构件较好的解决了构件的生产及连接装配问题，但钢构件截面尺寸小，易发生屈曲失稳破坏，而且受环境变化影响易发生锈蚀，同时防火性能较

9、差，维护费用增加，使采用钢构件加固砖混结构房屋也有局限性，为保证被加固结构后续使用年限的安全，规范规定用钢圈梁构造柱加固砌体结构层数不应大于3层，这项规定严格限制了用装配式钢构件，圈梁、构造柱加固砖混结构的使用范围。因而还要继续研究新的改进技术，经过我公司的深入研究和工程实践提出了采用方形薄壁钢管混凝土构造柱，槽钢圈梁，扁钢或支托角钢拉杆，并用低预应力度张拉的综合式加固技术，较好的解决了上述问题，完善及改进了捆绑式抗震加固方法，特别是对老旧住宅的综合改造有很大的实际意义。三、捆绑装配式综合加固技术特点捆绑装配式综合加固技术特点主要表现在以下几个方面：1、构造柱捆绑装配式综合加固技术的构造柱为方

10、形薄壁钢管混凝土构造柱。该加固构件通常设置在建筑物外纵墙及山墙外侧，纵、横墙相交的交点处，一般柱距不超过4米，要求有基础直到顶层屋面，上、下对中拉直设置。是约束及改善砖混结构变形，提高结构延性，增强结构抗震能力的关键构件。采用方钢薄壁钢管混凝土柱，是因为它是一种新型组合材料构件，具有承载力高，耗能性强，延性好的特点，且外形规则便于梁柱连接，易于设计为装配式结构。同时具备钢结构，钢筋混凝土结构的综合优点，克服了钢结构压弯构件易产生屈曲失稳破坏，钢筋混凝土构件节点连接困难，不易设计成装配式材料构件。同时钢管约束了混凝土的变形，提高了结构的承载力。该结构防火、防腐措施简便，施工周期短，因此在老旧住宅

11、抗震加固中有广泛的应用前景。2、圈梁捆绑装配式综合加固技术的圈梁选用槽钢做圈梁，因槽钢梁与方钢混凝土柱连接方便，与砖混结构墙拉结锚固容易。还因槽钢中可灌入豆石混凝土，能明显的提高圈梁的刚度，增加承载能力，同时有助于圈梁防火、防腐。3、横墙拉杆捆绑装配式综合加固技术的横墙拉杆也是关键的受力构件，一般采用钢筋拉杆，钢筋拉杆设置后影响房间的整体美观，有个别住宅装修时将钢拉杆剪掉，这给住宅的后续使用增加了不安全因素。再者，钢拉杆易锈蚀，还会产生徐变、松弛，增加了房屋使用中的维护、保养内容，通过研究总结提出了替代钢拉杆的方法：1）用扁钢拉杆替代传统的钢筋拉杆扁钢拉杆为去掉墙皮紧贴墙面布置。用结构胶及锚杆

12、与墙锚固，提高了协同受力承载能力，同时用新型防锈砂浆保护扁钢不受环境变化影响，提高了抗锈蚀能力。特别是安装后对扁钢拉杆施加预应力张拉，保障了扁钢拉杆与墙体协同工作，减少了应力滞后现象。扁钢拉杆采用扭矩扳手张拉。施加的预应力一般为500kg左右，而钢筋拉杆用花篮螺丝张紧，施加的张力仅为100kg左右，从保证拉杆与墙体协同工作上看，扁钢拉杆也优于钢筋拉杆。 2）用支托角钢替代传统的钢筋拉杆由实践证明，砖混结构一般横向为240mm宽承重砖墙，楼屋面预制圆孔板实际设计板长度为开间宽减去90mm，所以圆孔板每边在墙上支撑长度为（24090）/2=75mm,支撑长度75mm100mm，不满足规范规定的最小

13、支撑长度100mm的要求，因而要进行加固处理，处理方法之一就是在楼板下加支托角钢，此方法不会增加楼板荷载，施工简便，工程中采用最多。此法加支托角钢的目的就是增加支撑长度，防止地震中楼板与墙脱开，导致整体倒塌，而且支托角钢与钢拉杆设置位置一致，只是没有相互内外拉通及端部锚固，同时支托角钢的面积也远大于钢筋拉杆，还具有支撑楼板荷载的作用，并与墙的锚固连接十分可靠，支托角钢具有单一的增加楼板支撑长度，还具有对横墙的拉结，增加横墙延性和抗震承载力的作用。支托角钢作为横墙拉杆，其特点有：既要满足支撑楼板的作用，又要满足横墙拉杆的设置要求，两个作用都必须满足。四、捆绑装配式综合加固技术各构件的技术性能和构

14、造要求1、方形薄壁钢管混凝土构造柱方形薄壁钢管混凝土构造柱是将混凝土灌入方形钢管中形成的一种组合结构。由于薄壁钢管临界承载力不稳定，易发生屈曲变形而破坏，在钢管中填充混凝土，达到钢管约束混凝土，在轴心受压荷载作用下，混凝土达到三向受压，延缓了受压时的纵向开裂；另一方面由于混凝土的存在也避免或延缓了薄壁钢管过早的发生局部屈曲破坏。两种材料互相弥补了彼此的弱点，充分发挥了各自的特长，是钢管混凝土的承载力大大高于组成钢管混凝土的钢管和核心混凝土承载力之和，并且混凝土的塑性和韧性能力大为改善，对结构抗震性能提高非常有利。2、槽钢圈梁槽钢圈梁连接构造要求通过与钢筋混凝土圈梁对比，宜选用普通热轧型钢16a

15、号槽钢圈梁，截面面积As=21.95cm2,Wx=108.3cm3，相关尺寸如图1所示。图1 槽钢的截面尺寸图3、横墙拉杆横墙拉杆采用扁钢拉杆或支托角钢拉杆，扁钢拉杆材料为Q235钢，尺寸宜选用6×100。支托角钢拉杆根据满足支托楼板和横墙拉杆的双重要求，一般宜选用等边角钢L100×100×8。为了增加支托力，一般在角钢肢中每段500mm长的位置焊接6mm厚的加劲板。4、方形薄壁钢管混凝土构造柱与槽钢圈梁的连接 按设计图纸由工厂下料加工柱和梁构件。工地进行安装连接。采用柱上外加隔板支撑梁，再用螺栓及焊接连接，方形薄壁钢管混凝土构造柱与槽钢圈梁的连接节点如图2所示。

16、图2 方形薄壁钢管混凝土构造柱与槽钢圈梁的连接图5、方形薄壁钢管混凝土构造柱、槽钢圈梁与砖墙的拉结 为了保证方形薄壁钢管混凝土构造柱及槽钢圈梁与墙共同工作，必须进行可靠的锚固拉结。拉结方法为在墙上钻孔，孔径为16 mm，孔深200mm，孔距500mm，注环氧树脂结构胶，采用M10螺栓锚杆连接。1） 方形薄壁钢管混凝土构造柱与砖墙的拉结，如图3所示。图3 方形薄壁钢管混凝土构造柱与砖墙的拉结2）槽钢圈梁与砖墙的拉接，如图4所示。图4 槽钢圈梁与砖墙的拉接6、横墙拉杆的预应力张紧 若横墙扁钢（支托角钢）拉杆有松动，没有张紧，当地震时水平荷载传来，拉杆很难承受拉力，与墙体共同工作。为改善拉杆的受力情

17、况，给拉杆施加预应力，保证墙与拉杆的协同工作。预应力张紧力应使拉杆拉直，超越非线性位移区，达到弹性变形的起点拉力，使拉杆进入弹性变形区，但拉杆的弹性变形起点受力大小也不易给出明确值，根据试验及工程实践经验，一般取拉杆预期拉力值的10%20%。预期拉力值是多少？我们知道设置了圈梁、构造柱及横墙拉杆的加固结构，横墙的地震剪力值可减少15%20%。7、方形薄壁钢管混凝土构造柱柱脚构造及柱基础的处理 为保证方形薄壁钢管混凝土构造柱与砖墙共同工作，承受垂直及水平荷重，要求构造柱应设置基础。基础应能承担外加构造柱传递来的荷重，并满足构造要求同时满足与方钢管混凝土柱装配连接。通常采用螺栓连接，可设置为铰接，

18、为防止钢管基座及连接螺栓锈蚀，接头应放在室外地坪以上100mm，并实施混凝土保护，如图5所示。图5 方形薄壁钢管混凝土构造柱柱脚构造及柱基础的处理8、方形薄壁钢管混凝土构造柱中混凝土的灌注及方形薄壁钢管的对接方形薄壁钢管混凝土构造柱中灌注混凝土依据施工条件可分工厂灌注及工地灌注两种方式。混凝土选用C30豆石混凝土，适当加减水剂，增加流动性，最好选用压泵灌形式或用自密实性混凝土。钢管长度一般按二层楼高截取。工地灌注应每施工两层楼即进行灌注。钢管留注浆孔，下部留排气孔。一般依据混凝土的灌入体积检查是否灌注密实，也可用x射线仪进行检查灌注质量。 方形薄壁钢管的对接应采用外套接长方法，套管壁厚应大于4mm，套管与原钢管端口连续焊接，套管长不小于200mm。可利用接头适当调整下料及施工误差。接头部位宜放在楼层高1/4处。五、结语通过以上的探讨，捆绑装配式综合加固技术加固多层砖混结构，特别是老旧多层砖混住宅结构，具有加快施工进度，简化施工程序，而且造价低廉，社会效益显著。该技术对