某体育场框架鉴定与加固设计

发表时间:2020/8/24   来源:《基层建设》2020年第10期   作者:李欢 蔡智军
[导读] 摘要:本文通过对体育场的调查、检测、鉴定,提出具体加固措施,根据项目特点,优选加固方法,提高构筑物的可靠性和使用功能。

        陕西金钼建设工程有限公司  陕西西安  714000
        摘要:本文通过对体育场的调查、检测、鉴定,提出具体加固措施,根据项目特点,优选加固方法,提高构筑物的可靠性和使用功能。
        关键词:鉴定;评级;加固
        1 工程概况:
        该体育场坐东朝西,平面形状为矩形,其南北方向(1~12轴线)长49.2m,东西方向(A~M轴线)宽52.5m,二层看台最高处9.97m,为无盖开敞式体育场。项目1986年建成投入使用,迄今已30年。为了提升体育场的使用功能,公司拟定对体育场增设屋盖并维修。因此,必须对原结构进行鉴定,根据结论采取必要的加固和维修措施。
        2 体育场建筑结构鉴定:
        2.1设计资料调查。
        根据原设计资料,体育场看台为钢筋混凝土框架结构(图1),体育场看台为钢筋混凝土不规则框架结构,其±0.000~+3.970、+3.970~9.970范围结构布置图2。
        柱基础采用钢筋混凝土独立基础,基础设计混凝土强度等级为C13,基础置于碎石或卵石层,原设计取其地基承载力标准值为250kN/m2。现浇看台梁、板、柱设计混凝土强度等级为C18,部分预制板设计混凝土强度等级为C23。填充墙采用MU7.5普通机制红砖和M2.5水泥砂浆砌筑。

        图1 体育场看台空间构架
        2.2 工程现状调查。
        2.2.1结构体系调查。
        该建筑物所处环境为当地正常自然环境;结构形式为框架结构,结构布置为矩形;主体结构完工后未进行过改造,本次改造主要为体育场加屋盖。建筑已使用多年,现场检查基本未发现室内外地面与主体结构之间出现明显的相对位移,上部结构中未出现因地基不均匀沉降所引起的倾斜、变形、裂缝等缺陷,该建筑地基基础无静载缺陷,地基基础现状基本完好。现场检查,该结构平、立面布置规则,其结构体系,构造措施和平面布置情况均与设计图纸相符。
        2.2.2建筑现状调查。
        现场检查发现,框架梁、柱外抹灰层较厚,仅发现少数纵向连梁出现锈胀裂缝外、保护层脱落,其余承重构件基本完好。
        台阶砌体部分因长期冻融作用,造成砌体疏松、强度降低;台阶板因环境长期作用,造成钢筋锈蚀、混凝土保护层锈胀或剥落。
        工程处于山区,年平均冻融循环次数较多。体育场看台台阶漏雨,填充墙砌体吸水性较好,使框架填充墙常年处于潮湿状态,填充墙砌体冻融作用明显,造成体育场框架填充墙冻损严重,引起填充墙体疏松、面层剥落和强度退化严重。

        图2 体育场看台±0.000~+3.970范围结构布置
        2.3  建筑构件检测。
        2.3.1构件混凝土强度检测。依据《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》《建筑结构检测技术标准》、采用回弹法对该砌体结构中的部分混凝土构件现龄期强度进行检测,结果见表1。检测结果表明,该建筑物所抽检混凝土构件的抗压强度推定值为20.57MPa(即C18)。
        2.3.2 钢筋位置、数量及保护层厚度检测。依据《混凝土中钢筋检测技术规程》对该结构进行钢筋位置、数量及保护层检测,检测结果见表2。检测结果表明:抽检构件的钢筋直径、数量、间距及混凝土保护层厚度与原设计基本相符。
        2.3.3 混凝土构件框架柱、梁截面尺寸检测。依据《混凝土结构验收规范》对构件尺寸进行测量,截面尺寸偏差在+9mm~-3mm之间,柱、梁轴线尺寸偏差小于8mm,均满足规范要求。
        表1混凝土构件抗压强度检测结果

        表2梁、柱纵筋直径、数量及保护层厚度检测汇总表

        2.4 结构承载性能验算
        2.4.1验算原则和计算参数。该体育场抗震设防烈度为7度,基本地震加速度值为0.15g,场地类型为II类。看台结构构件截面尺寸以图纸为准,看台活荷载标准值取3.5kN/m2,雪荷载标准值取0.35KN/m2,材料强度按评定值取用。
        2.4.2 受力性能结果分析。体育场结构横向框架KJ-1~KJ-6实配钢筋与计算配筋比值见图12~17。验算表明,除KJ-1、KJ-3个别截面需通过措施提高其实配钢筋与计算配筋比值。
          
        图12 KJ-1实配与计算钢筋比值图13 KJ-2实配与计算钢筋比值
        
        图14 KJ-3实配与计算钢筋比值图15 KJ-4实配与计算钢筋比值
                
        图16 KJ-5实配与计算钢筋比值图17 KJ-6实配与计算钢筋比值
        3 结构可靠性评级与鉴定结论、建议
        3.1 可靠性评级
        3.1.1安全性评级。
        体育场横向框架(KJ-1~KJ-6)基本完好,其柱和梁混凝土强度等级及配筋符合原设计要求;纵向连梁基本完好,其混凝土强度等级及配筋符合原设计要求;
        经对结构进行受力性能分析,体育场横向框架(KJ-1~KJ-6)可靠性级别为bu级,纵向连梁可靠性级别为du级,结构安全性等级为Csu级。
        3.1.2使用性评级
        体育场部分台阶因长期冻融与雨水作用,造成砌体疏松、强度降低;部分台阶板因钢筋锈蚀、造成混凝土保护层锈胀或剥落。体育场框架填充墙经长期冻融作用,填充墙冻损严重,造成墙体疏松、面层剥落和强度退化严重。综合评定体育场结构使用性等级为Cas级。
        根据安全性和使用性评定结果,公司体育场结构可靠性不满足现行标准要求,可靠性等级为III级。
        3.2 鉴定结论与建议
        3.2.1 鉴定结论
        通过对体育场现场破损检查、强度检测、计算分析与可靠性评级,得到如下结论:(1)该体育场横向框架(KJ-1~KJ-6)基本完好,其柱和梁混凝土强度等级及配筋符合原设计要求;纵向连梁基本完好,其混凝土强度等级及配筋符合原设计要求;
        (2)因长期冻融作用,体育场框架填充墙冻损严重,造成墙体疏松、面层剥落和强度退化严重,需拆除重砌;部分台阶因长期冻融与雨水作用,造成砌体疏松、强度降低,需对其进行更换;部分台阶板因钢筋锈蚀、造成混凝土保护层锈胀或剥落,需对其进行更换或加固;
        (3)原设计未考虑地震双向作用,经计算分析,部分框架及连梁不满足安全性要求,需对部分梁柱进行加固处理。
        3.2.1 处理建议
        体育场台阶、台阶板和填充墙长期受雨水和冻融作用,造成砌体疏松、面层剥落和强度退化严重,为此建议;对破损的台阶和填充墙进行更换;对钢筋锈蚀、保护层开裂和剥落的台阶板进行加固或更换;为了改善体育场使用功能,防止台阶渗水或漏水,建议对体育场增设屋盖,对不满足安全要求的框架柱和连梁进行加固。
        4 框架结构加固
        根据鉴定结论,原设计未考虑双向地震作用,部分框架梁、柱存在安全性问题,需要加固处理。
        4.1 加固方案的选择。
        加固方案要遵循、安全、经济、快捷、施工方便的原则。优秀的加固方案体现在,施工作业方便,施工技术先进、经济效果好、加固质量高等四个方面的特点。粘钢加固法和碳纤维加固法,以施工简便、占有空间小、加固效果好而优先选用。碳纤维加固法优点是强度高、劳动强度小、工期短;但是,应用在负弯矩部位加固效果不如钢板好。
        4.2  框架柱的加固。
        依据计算结果,框架短柱存在承载力不足,需加固。考虑到柱截面偏小,刚度不足,对框架柱采用截面加大法加固比较适宜,共需加固三类柱24个。采用截面加大法,柱断面每侧加宽100,新增主筋植筋锚入基础,C30灌浆料浇筑。
        截面加大法,该法施工工艺简单、适应性强;但现场施工的湿作业周期长,且对加固的净空有一定的影响。加固施工时,应拆除或大部分卸除作用在结构上的荷载;要凿除构件表面的粉刷层至混凝土基层,做好新旧混凝土界面的处理,凿毛、充分湿润,并使用界面剂保证新旧混凝土的可靠结合。
        植筋前应采用钢筋探伤仪,探测混凝土中钢筋分布情况,避免施工时打断钢筋,影响结构安全。按照设计的孔位、孔径、深度钻孔,并清理孔内浮沉;注胶采用粘胶灌注器,边注边拔;钢筋应除锈、调直,缓速插入孔道内,使植筋胶均匀附着在钢筋表面及缝隙中。插好的钢筋不可扰动,直到植筋胶养护期结束后,方可进行钢筋的焊接、绑扎等其他工作。
        4.3  框架梁的加固。
        该项目,对配筋不足的框架梁,采用碳纤维布和钢板加固。可尽可能减少加固带来的空间减少,且施工方便、工期短,经济效益好。钢板加固用于梁负弯矩处,效果比碳纤维好。
        4.3.1 碳纤维加固。
        改法加固,优点是施工快捷、无湿作业,净空影响小,另外还具有耐腐蚀、耐潮湿、几乎不增加结构自重、维护费用低等优点,但是需要专门的防火处理,适用于各种受力性质的混凝土构件及构筑物。
        对梁底和两侧采用碳纤维加固,保证梁的抗弯及抗剪满足安全要求。碳纤维施工的主要工序是,基层处理、整平胶料的找平、胶结剂的配置、涂刷与碳纤维粘贴、面层处理等。
        基层处理时应将混凝土表面,剥落、蜂窝、腐蚀等劣化的部位应于剔除,较大面积的应用聚合物水泥砂浆进行修补。用角磨机或砂轮进行打磨,去除混凝土表面的浮尘、油污等杂质,将混凝土构件表面打磨平整,并用丙酮擦拭混凝土表面。胶结料的配置应按比例称重,应搅拌均匀,最后加入固化剂;用特制光滑夜子,在碳纤维布表面沿同一方向,反复液压至胶料渗出纤维布表面,使胶液充分浸润纤维布,多层粘贴时,下层布应带待上层布干燥为宜,最外层碳纤维布表面应涂一层粘贴胶料。表层防护一般采用砂浆防护。
        4.3.2粘钢法加固。
        该法施工快捷,湿作业较少,生产生活影响小,对净空影响小,但加固效果很大程度取决于黏胶工艺与操作水平;适用于承受静力作用或受拉构件的加固。
        首先要将混凝土和钢板表面处理,对脏、旧严重的混凝土表面先用硬毛刷,沾高效清洗剂清洗、后用水冲洗油污及污物;其次,对粘合面进行打磨、除去2-3mm表层,露出新面和平整面;钢板要除锈、喷砂、打磨、是钢板出现光泽、并用丙酮擦拭干净;胶液配置应按比例,控制固化剂数量,粘贴要饱满、密实,固化过程不能对钢板有任何扰动。
        5 结语
        建筑结构在改变使用用途、使用条件和使用要求时,按照规范要求应对原结构进行检测鉴定。通过检测、鉴定,复核原有结构材料强度、尺寸及配筋真实情况,通过计算受力性能和承载力复核,结合现状病害(裂缝、漏筋等),综合评定结构的可靠性、安全性及适用性,为加固与维修提供基础理论依据。结构加固的具体方法很多,应结合构筑物的具体情况和计算结果综合确定。加固的原则是安全、经济、施工方便;优秀的加固方案体现在施工作业方便、施工技术先进、经济效果好、安全可靠几个方面。
        该体育场通过周圈加设框架结构及屋盖系统,改善了体育场使用功能。此外,通过对看台框架的加固,提高了整体结构的安全性、可靠性及适用性。项目造价经济,经过几年使用来看,效果良好,达到预期目的。
 

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