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摘要：针对老旧砖混结构房屋构造柱缺失较多的现状，对构造柱加固的迫切性与必要性进行了分析，对现有常用的构造柱加固方法进行了系统的分析与比较，提出了各种加固方法的选用原则供工程技术人员参考。
关键词：砖混结构；砌体结构；构造柱；加固
0引言
上世纪后期所建房屋，受到当时社会经济水平发展的制约，砖混结构房屋占到了相当大的比重。而且由于当时设计水平所限、设计规范混乱、施工质量较差等历史原因，以现行的抗震设计要求衡量这些建筑，其中很大一部分存在较大的问题，抗震性能较低。
现行的构造柱加固方法不尽相同，目的都是为了保证建筑物的连接性与整体稳定性，在进行构造柱加固时我们究竟应该选择哪种加固方法?哪一种加固方法既能满足加固要求而经济效果又好?哪一种加固方法更适应于哪一种缺失情况?这是工程技术人员进行加固设计时非常关心的一些问题，本文将进行此方面的一些探讨。
1构造柱加固的必要性
1．1构造柱作用
构造柱是指在多层砌体房屋墙体的规定部位，按构造配筋，并按先砌墙后浇灌混凝土柱的施工顺序制成的钢筋混凝土柱。构造柱的作用主要表现在以下三个方面:
(1)由于砌体结构的主要承重构件由砌块与砂浆粘合构成，抗压能力较强，抗拉及抗剪能力不足，因此设置在墙段两端的构造柱能有效地提高墙段的抗剪能力，提高的幅度与墙段的高度比有关，也与墙段的竖向轴压力和开洞大小有关。
(2)构造柱与圈梁的合理设置能有效地提高砌体结构房屋的延性，提高其抗震承载能力，在遭遇罕遇地震作用时可有效增加砌体结构的延性，增强其抗倒塌能力，延长倒塌时间，为建筑物内的人员逃生增加宝贵的时间。
(3)砌体结构房屋中存在设置跨度较大的梁或开设较大的洞口等情况时，承重墙体局部压力较大，设置构造柱可解决墙体局部压力不足的问题，增强墙体的承载能力。
中国、墨西哥、美国、新西兰等国大都采用钢筋混凝土构造柱加固砖房。研究成果比较一致地认为，构造柱同圈梁联合使用，能有效提高砖结构的延性和变形能力，在往复荷载作用下，在墙体、柱子已发生严重破坏时，整个结构仍有很大的变形能力，加固后延性系数可达4倍以上。
1．2构造柱设置要点
构造柱的设置对提高砌体结构房屋性能有重要作用，故应当在震害较重、连接构造较薄弱和易于应力集中的部位设置构造柱。《建筑抗震设计规范》(GB50011—2010)中对多层砖砌体房屋构造柱的设置有如下规定:
(1)楼、电梯间四角，楼梯斜梯段上下端对应的墙体处应设置构造柱。
(2)外墙四角和对应转角、错层部位横墙与外纵墙交接处、大房间内外墙交接处、较大洞口两侧应设置构造柱。
(3)楼层较高、设防烈度较高时，各部分纵横墙相交处应设置构造柱。
(4)对外廊式和单面走廊式多层房屋、横墙较少的房屋、采用蒸压砖的砌体房屋，应提高构造柱设置的级别。
试验研究表明，构造柱的作用主要在于对墙体的约束，因此断面不必太大，240mm×180mm即可满足要求，构造柱设置应遵循“小断面，多设点”的原则。构造柱中钢筋面积不必太大，但应多设拉结筋，加强构造柱与圈梁、墙体的拉结，可有效增强砌体结构的抗剪、抗倒能力。
1．3震害分析
在我国各烈度区都存在着大量的砖混结构房屋，而在美国日本等抗震较发达的国家，砖混结构很少在地震高风险区采用。通过对震害的分析总结，我们可以更清楚地看到加强砖混结构房屋的构造措施尤其是圈梁构造柱的设置对提高砖混结构房屋抗震性能起着至关重要的作用。
在5·12汶川特大地震中，砖混结构房屋震害较严重，主要有以下几个特点:
(1)总体来说，砖混结构房屋的抗震安全性在高烈度地区没有框架结构好，倒塌数量相对较多。
(2)未进行抗震设防设计的老旧房屋往往构造措施缺失，破坏严重，倒塌较多，而经过抗震设防设计的圈梁、构造柱等构造措施较齐全的房屋往往裂而不倒。
(3)对已建老旧房屋进行抗震加固是提高砌体结构抗震性能的有效途径，许多砖混结构房屋经过抗震加固在地震中破坏较轻微。
(4)砖混结构抗震构造措施十分重要，门窗大洞口两侧、出屋面结构、较长砌筑悬臂构件均应加设约束构造柱，小尺寸窗间墙砌体中增加配筋或采用钢筋混凝土柱。
2构造柱加固常用方法
不论采取什么方法增加构造柱，都应遵循以下原则:
(1)增加的构造柱应在平面内对称布置，竖向应连续贯通不得错位。
(2)增加的构造柱应与新增或原有的圈梁可靠连接，保证其形成一个空间体系，共同受力。
(3)增加的构造柱应设置基础并应设置销键保证与原有基础可靠连接。
2．1加拉结钢筋做法
对构造柱进行加固最常用的方法是加拉结筋做法。所谓加拉结筋做法是指在需要增加钢混构造柱的部位按照构造要求设置拉结钢筋后在墙体外侧浇筑混凝土，形成外加钢筋混凝土构造柱，起到约束墙体变形，增强纵横墙连接性的作用。构造柱截面常采用240mm×180mm或300mm×150mm，混凝土强度不低于C20，纵筋不少于4Ф12，箍筋采用Ф6@150。
拉结钢筋通常采用2Ф12，长度大于1．5m，紧贴墙面布置，一端锚在外加柱内，令一端锚入墙的孔洞内，锚固长度一般应大于钢筋直径的15倍并用混凝土灌实。在房屋角部及中部纵横墙连接处采用加拉结筋做法进行构造柱加固做法示意见图1。
2．2压浆锚杆做法
压浆锚杆做法也是进行构造柱加固时较常用的一种方法，其做法是在需要增加钢混构造柱的部位在墙平面内钻孔，设置锚杆后进行压力灌浆，使纵横墙在锚杆的作用下可靠连接，同时用外凸的钢筋混凝土构造柱加强对墙体的约束。
同加拉结筋做法一样，钢筋混凝土柱截面通常采用240mm×180mm或300mm×150mm，混凝土强度不低于C20，按构造要求设置纵筋与箍筋。锚杆采用一根14的钢筋，在柱及墙内的锚固长度不小于500mm，竖向间隔不大于500mm，采用水泥基灌浆料进行压力灌浆将锚孔灌实，灌注前应采用压力水将孔洞冲刷干净。
2．3局部配筋加强带
局部配筋加强带指在需要增加构造柱的部位将钢筋网的竖向钢筋所需直径加大、钢筋网间距变小，用穿墙箍筋与竖向钢筋连结，形成与砌体成为一体的暗组合构造柱，即采用薄扁混凝土柱及局部配筋加强而形成暗构造柱。
只有墙体采用双面板墙加固时才能使用局部配筋加强的构造柱做法。加强带钢筋一般为4Ф12，在角部可采用12Ф12，混凝土层厚度一般为60mm到100mm，强度为C20以上。
试验研究表明，采用薄扁构造柱加固时墙体的开裂荷载、极限抗剪能力、变形及耗能能力均有明显提高，可显著改善墙体的抗震效果，用于加固砌体结构房屋是可行的。
2．4钢板构造柱
钢板构造柱也是一种暗构造柱，是指在需要增加构造柱的部位粘贴钢板，与砌体相结合形成暗组合构造柱。钢板一般采用400mm×8mm，根据建筑物实际情况进行调整，试验表明采用较宽的钢板截面对提高墙体的抗震承载能力效果更好。新增钢板应与原有砌体进行良好的粘结并设置穿墙拉结钢筋，以保证钢板与砌体共同受力。
试验研究表明，用粘钢加固的墙片其极限承载能力、变形能力及耗能能力均有所提高，采用粘钢的办法加固构造柱也是一种行之有效的方法。
3加固性能分析
3．1加固效果
加固效果是检验加固方法是否可行最直接的指标，一种合理的加固方案必须有较好的加固效果，起到增强房屋抗震承载能力的作用。
试验及工程经验表明，当具有良好的施工条件及施工质量时，四种加固方法均能起到约束墙体变形，增强纵横墙连接的作用。但加拉结筋做法与压浆锚杆做法形成的外凸构造柱横截面较大，侧向抗弯刚度较强，在遭遇水平地震作用时有更强的水平变形抵抗力，能较好地约束墙体的变形。而采用局部配筋加强与钢板构造柱两种做法形成的构造柱截面较小，侧向抗弯刚度稍差，构造柱与基础连接断面较小较薄弱，在遭遇水平地震作用时可能形成底部传力薄弱区。
3．2施工难度
施工的难易程度也是衡量一个加固方法是否可行的重要指标，任何一种合理的加固方案，我们必须保证其在施工上是可行的。更进一步，我们不但要求施工可行，而且要求施工应简单易行，花费的代价占总造价的比例越低越好。
实践证明，越是方便快捷的施工的方案就越能获得设计方及施工方的认可，其应用的前景也就越广，应用范围也越大。
3．3经济性
经济性能也是衡量各种加固方法优劣的一个非常重要的指标，它直接影响我们对加固方案的选择。在保证加固效果的同时，我们总是试图采用最经济的办法去做。近年来，随着材料费用的逐步下降和人工费用的逐步增高，经济性在很大程度上也取决于施工的难易程度。
采用局部配筋加强做法材料用量省、施工速度快，具有良好的经济性能。采用加拉结筋做法与压浆锚杆做法增加构造柱混凝土用量较大，钢筋用量较小，施工较方便，材料与人工费用相对较低，具有较好的经济性。而钢板构造柱因全部采用钢板，材料费用较高，施工技术难度较高，人工费用较高，加上后期防腐防锈处理较多等原因，其总造价相对较高，经济性略差一些。
3．4耐久性
结构耐久性是保证安全性的重要指标。实践证明，结构的过早破坏，有时并不是强度和刚度的问题，而是由于耐久性问题。而在工程设计与施工过程中，强度、刚度问题往往为人们所重视，耐久性是人们常常忽略的一个问题。
压浆锚杆技术因其形成的外凸形构造柱截面较大，锚杆位于墙体内部并由压力灌浆固定，深入墙体较深，钢筋不易发生锈蚀，其防腐防锈防渗防火等性能均较好，耐久性能较好。加拉结筋做法形成的外凸构造柱耐久性较好，但其拉杆附于墙体表面，保护层相对较薄，经过较长时间或较恶劣的使用环境下拉杆易发生锈蚀、松动等情况，耐久性稍差。局部配筋加强做法与钢板构造柱形成的构造柱截面扁平，在环境长期作用下其防渗防火防锈性能稍差，特别是钢板构造柱其受力构件均由钢板组成，在高温时构件易发生失效，耐火性较差，应做好防火处理。
3．5外观
外观是建筑功能要求或美学要求，是选择采用何种加固方法的又一个考虑因素。有些建筑，如古建筑、公共标志性建筑等往往对建筑外观有较高要求，加固后其外观不能有改变或大的改观，而某些建筑的某些部位，如走廊、过道、楼梯间等因建筑功能使用需要而要求加固后加固构件不得对其造成影响。
加拉结筋与压浆锚杆做法形成的外凸形构造柱对建筑外观改变较大，不适用于对外观有较高要求的建筑或个别部位。而采用配筋局部加强做法与钢板构造柱做法形成的构造柱截面扁平，对建筑外立面影响小，特别是钢板构造柱进过处理后基本可以恢复加固部位原有面貌，加固痕迹较少，特别适用于那些对外观要求较高的建筑或个别部位。
4结论
4．1加固方法选择
综上所述，对各种加固方法的分析结果见表1。
由以上分析可知，工程技术人员在进行房屋构造柱加固时应按以下原则选择加固方法:
(1)对于经过抗震鉴定需采用双面板墙加固墙体的建筑物，优先采用局部配筋加强做法加固构造柱。
(2)对于有较高外观要求的建筑或有建筑功能要求的部位优先采用钢板构造柱加固方法。
(3)对一般无特殊要求的建筑或仅需加强构造措施的建筑，在施工技术尚可的条件下优先采用压浆锚杆做法加固构造柱。
(4)对于一般无特殊要求的建筑或仅需加强构造措施的建筑，施工工期较紧、施工技术条件难以保证时，可采用加拉结筋做法加固构造柱。
4．2加固注意事项
在进行构造柱加固设计与施工时还应重点注意以下事项:
(1)新增加的构造柱必需与原有圈梁和墙体等构件进行有效连接，加强其连接性，这样才能保证在遭遇地震作用时协同受力，使构造柱起到约束墙体变形、增强其抗力的作用。
(2)必须保证设置足够数量的构造柱，构造柱最大间距应满足现有规范要求，做到宁小勿大。
(3)在对房屋进行加固改造前必须进行全面鉴定，必要时应在增加构造柱圈梁等构造措施的同时采用其他加固方法对墙体同时进行加固。
(4)新增加的构造柱不能仅在地上施工，必需在相应部位设置基础，并保证新增加基础与原有基础连接良好，共同受力。
(5)在施工过程中应严格控制施工质量，对混凝土标号、钢筋用量等关键问题应进行严格把关，确保构造柱质量才能发挥其作用。
(6)新增加的构造柱应进行耐久性处理，包括构造柱与原有构件的拉结、连接、锚固件等均应行处理以保证其使用寿命。
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论文作者:刘建文
论文发表刊物:《防护工程》2017年第9期
论文发表时间:2017/9/1
标签：墙体论文; 结构论文; 房屋论文; 做法论文; 钢板论文; 圈梁论文; 钢筋论文; 《防护工程》2017年第9期论文;