H型钢加固混凝土梁技术改造旧大厦

　　作为整体而共同工作的一种结构形式，钢筋混凝土组合梁充分利用了钢和混凝土两种材料和结构特性。但是由于该种组合梁的低承载力和极易受拉的钢材，再加上施工时需考虑受压时的稳定性，工程技术和有关科研人员越来越重视对现有钢筋混凝土结构的补强和加固。目前最常用的是结构胶粘接钢板加固技术，该技术具有所需原材料重量较小、所占空间小、施工周期短等优点，但是也由于该技术对粘结钢板数量的限制而缩小了应用空间。因此，为了大幅度提高加固后梁的抗剪和抗弯承载力，本文提出了一种 H 型钢加固混凝土梁技术，采用该技术不仅增强了组合梁的变形能力、延性和承载能力，而且具有重要的理论意义和工程价值。

　　1、 工程概况和加固方案

　　1． 1 工程概况

　　某大厦工程为太原市的旧改工程，由住宅楼和主楼组成，主楼 2. 3万平方米，住宅楼 0. 72 万平方米。主楼分地下一层和地上二十层，地下一层为框剪结构，楼板为现浇混凝土板。该工程始于 1997 年，2001年收工，后来由于资金链断裂，导致该工程一直无法完工而成为烂尾楼。直到 2007 年才有新业主打算对该工程进行改造，重新利用，改造目的主要是对该大厦部分结构的使用功能进行改变。改造对象主要是大厦的第三层，大约 500 平方米。该层以前欲用来作为设计办公室，目前想将其变为车库。最终经过计算和验证，原来活荷载为 2KN/m2，现在需要将其提升至 12KN/m2，才能满足承载力增加后的新使用条件。

　　最终经过鉴定分析和计算，可得出以下结论: (1) 承载能力提升后，剪力墙仍然可以承受改造后的实际载荷，但是柱子受到影响，如果经过加固处理仍然满足改造后的需要; (2) 部分楼板无法承受增加后的抗弯承载力和刚度，混凝土框梁和次梁同样达不到使用的要求。根据以上鉴定，需对板、梁结构进行重点加固处理。

　　1． 2 加固方案

　　活荷载提升后，梁和板的承载能力和刚度也需要大幅度提升，有以下几种方案可供选择: 方案一，采用后浇混凝土叠合层技术; 方案二，采用粘贴碳纤维、绕丝或者钢丝绳网技术; 方案三，重新对混凝土进行浇注; 方案四，H 钢加固混凝土梁技术的使用。以上方案大体可分为直接加固和间接加固法，前三种方案均属直接加固法，方案四为间接加固法。

　　方案一可以使得梁和板的承载力和刚度都得到大幅度的提高，并且安全耐用。缺点是，不仅施工周期长，养护困难，并且还会改变整体外观的尺寸和形状。方案二是被经常采用的一种技术，但是该技术只能是在有限的承载能力提高的范围内，承载能力提高最多不超过40%，并且对于截面刚度无法改变。除此之外，耐高温性和耐久性也比较差，而且造价高，该技术只适用于小工程的改造。方案三不仅影响原结构，而且造价成本高，浪费也大，最主要是无法充分利用原结构承载能力。

　　方案四不仅可以改变板和梁的承载能力和刚度，而且改造周期短、养护周期也短，并且施工量小、成本适中。

　　2、 加固设计和实施

　　2． 1 加固设计

　　在加固、改造之前首先要分析板和梁在增加承载能力后所受到的影响，经分析、鉴定发现框主梁和次梁都未破损，部分梁和现浇板有裂缝，这与混凝土硬化缩合有关，但不降低其承载能力。

　　单向楼板尺寸为 6m ×3m，将在楼板下增设 H 钢以增强其刚度和承载能力，布置图如图 1 中的 GCL 所示。

　　由图 1 可知，2 根 H 型钢和一根混凝土次梁共同支撑取代了原来位于两主梁之间楼板一根次梁的单独支撑。板的跨度与之前相比缩小了二分之一，该跨度的降低，使得楼板的承载力进一步提高，混凝土楼板的负荷由新 GCL 有效分担。楼板通过加固后完全可以满足改建后的新使用需要。

　　原来的混凝土框梁截面为 200 × 500，沿混凝土梁轴线底部增设 H钢，利用 H 钢加固混凝土结构进行改造以提高该结构的承载能力和刚度，并且对截面抗剪要求也要满足，平面布置图如图 1 中的 GL 所示。

　　2． 2 加固实施

　　图 1 中 GCL 尺寸为 H350 × 200 × 8 × 14，Q235 材质。以粘钢技术处理 H 钢与混凝土楼板的交界处，节点板固定上部。在端梁与框架梁连接的地方各设置一 400 ×400 的钢垫板，板厚 16mm，化学锚栓固定其两端，锚栓规格为 M22，垫板焊接钢板，钢板再与 H 钢连接，连接方式为高强螺栓固定。加固混凝土框梁，沿混凝土框梁轴线处设置一 H 型钢，其规格与 GCL 等同，为保工作质量和减少改造周期，在 H 钢两端各设置一端梁，长度为 0. 5m。焊接短梁一端与节点板，另一端采用高强螺栓与 H 钢拼接，然后以化学锚作为抗剪连接件以保证 H 钢与混凝土梁的协同效应。

　　3、 加固分析

　　3． 1 楼板加固分析

　　作为连续单向的楼板的新增支撑新 GCL，楼板跨度减小了 1. 5m，按照《钢结构设计规范》(GB50017———2003) 计算方法进行分析，以 1m板带宽度计算，由塑形理论可得出楼板抗弯承载能力前后变化。结果显示，虽然楼板活荷载由加固前的 2. 0KN/m2增加到加固后的12. 0KN /m2，但是由于楼板跨度缩小一半，承载弯矩与原来设计弯矩相比减小了二分之一，加固后楼板完全满足承载能力增大之后的新使用要求。

　　3． 2 次梁加固计算分析

　　新 GCL 支撑楼板所分担荷载等同于次梁分担荷载，采取楼板加固分析方法对次梁加固进行分析计算，结果显示，新 GCL 可以对混凝土楼板载荷进行有效分担。混凝土次梁与新 GCL 加固后的抗弯承载、抗剪等能力都得到加强，皆满足结构抗力的要求，并且安全储备良好，不仅如此，跨中扰度同样符合承载加强后的新要求。

　　3． 3 框梁加固计算分析

　　以截面尺寸为 200 ×500 度为 6 米的框梁跨为例进行计算分析其承载能力和扰度，计算方法与上述计算等同，新 GL 有效提高了框梁的抗弯、截面刚度以及抗剪承载能力，而且加固后的框梁达到了结构抗力的相关要求。

　　4、 结 语

　　旧大厦改造利用 H 型钢加固混凝土梁技术，可以对楼板跨度进行有效缩减，并且对次梁的承受载荷进行分担，在很大程度上提高了梁、楼板的承载力与刚度，使得加固后的梁和板都满足载荷增加的使用要求，除此之外，H 型钢加固混凝土梁技术的使用，也是符合我国大规模工程改造与基本建设要求的，而且彰显了该技术的经济效益和社会效益，对未来的加固技术发展都具有理论意义和借鉴意义。

　　参考文献：
　　［1］李砚波，方超，刘洪立． 钢 － 混凝土组合结构在加固工程中的应用［J］． 建筑结构，2007，37(1) : 71 －74．
　　［2］何嵘． H 型钢加固混凝土梁技术在工程结构改造中的应用［J］． 工程设计，2013，28(8) : 48 －50．
　　［3］李砚波． 型钢加固混凝土组合梁弯剪作用下的试验研究和理论分析［D］． 天津，天津大学建筑工程学院，2007．