摘要：框支剪力墙结构中的转换梁是对结构安全极为重要的构件，对其进行结构加固设计是一个对技术水平及经验要求较高的工作，先应熟读原设计图纸，分析原有结构的设计理念，由概念设计着手，提出多个加固设计方案进行对比分析，加固设计方案要兼顾合理性和经济性，最大限度地达到业主的使用要求，根据实际条件选择适宜的加固方案设计，实现预期的加固效果。文章主要讲述某建筑工程中转换梁混泥土的强度不足结构的加固设计方法及案例。
关键词：转换梁；碳纤维加固法；增大截面加固法
一、概况
某工程共26层，采用框支剪力墙结构，在第3层进行框支转换，转换梁混凝土设计强度为C40。在施工至3层楼面后的质量抽样检测中发现，转换梁混凝土强度实测值31Mpa~34Mpa,低于设计值40 Mpa，不满足设计要求。本文就其中框支梁加固设计提出探讨。
二、方案探讨
通过研读检测报告，分析原有图纸，对原计算书及计算模型进行复核研究，经按转换梁实测值输进结构软件(PKPM 2010版)计算，发现大部分转换梁剪扭比、剪压比超限，无法满足安全要求。我们根据本工程情况提出了下列几种不同的框支梁加固设计方案，并进行了概念分析及数值模拟，以找出适宜的加固设计方案。
1、碳纤维加固法
碳纤维有抗拉强度高、自重轻、不占空间等优点，但是在本工程中，框支梁局部荷载很大且集中，同时还存在两种不同材料的协调工作问题。经试算，虽然可以减少框支梁受弯的问题（计算配筋减少），但无法解决转换梁剪扭比、剪压比超限的问题，故否决了单独采用碳纤维布加固的设计方法。
2、粘钢（外包型钢）加固法
粘钢加固法有坚固耐用、简洁轻巧、自重增加不大等优点，但是也有支座锚固长度不好实施、粘结质量难以保障的缺点。同时，在本工程中，已施工了上部几层的剪力墙，梁面的粘钢无法实施。经试算，仍然解决不了转换梁剪扭比、剪压比超限的问题，故同样否决了本方法。
3、预应力加固法
预应力法是通过后加部分—拉杆或撑杆受力，改变原结构应力水平，后加部分与原结构能更好的共同工作，结构的总体承载力可显著的提高，其主要适用于大跨度混凝土结构。本工程中，预应力法有以下几个不利条件很多框支次梁跨度不足5米，需锚固在主框支梁上，难以实施可靠锚固。
主框支梁连接的框支柱配筋密集，且已经施工，作为框支梁的锚固支座施工处理难度很大，稍有不慎，就破坏框支柱的安全原框支梁混凝土强度只有C30~C35之间，与新做预应力结构的混凝土强度C40或更高，存在应变、界面工作难以匹配协调的风险。
因为只能在框支梁底部实施，在上部混凝土强度不足（受压区应力有限）的条件下，增加下部预应力（相当于增加抗弯性能），并不能显著提高框支梁的承载能力通过以上分析，同样否决了采用预应力加固的方案。
图1
4、增大截面加固法
此方法就是采用同种材料—钢筋混凝土，来增大原混凝土截面面积，达到提高结构承载力的目的，它是一种传统的加固方法。优点是对增大梁的强度和刚度和稳定性是效果显著；同时可以根据受力特点和加固目的灵活设计为单侧、双侧或三面包套，这为一些位置难以施工的梁提供了灵活的处理方式；缺点是现场湿作业大，周期长，造价相对较大，对现场生产和生活有一定影响，且加固后的建筑物净空有一定的减小；新、旧混凝土结合、新旧纵筋、箍筋的焊接等节点处理比较烦琐。根据本工程分析，可采用2种增加截面的方式，梁线刚度计算公式分析如（图1）：
（1）增加框支梁高度法。根据原框支梁高度已达1600mm~2300mm，采用此方法将严重降低下层的使用空间（高度）。经试算，若只增加高度，各框支梁需增加400mm~600mm的梁高才能解决框支梁转换梁剪扭比、剪压比超限的问题。同时，梁高度的增加，线刚度将是梁高渡所增加的比例的3次方，将显著增加梁刚度，而框支柱刚度不增加或少增加，与“强柱弱梁”的抗震理念进一步背道而驰。
（2）增加框支梁宽度法。
根据上面公式，增加梁宽度，对梁线刚度的只是一次方的增加，故影响比增加梁高度产生的副作用显著下降。经试算，大部分梁增加150~300的宽度即可满足安全要求，解决了由于转换梁混凝土强度不足引起的剪扭比、剪压比超限的问题。个别主要的框支梁因为荷载过大，仍然需要增加梁的高度200mm才完全解决剪扭比、剪压比超限的问题。
综合分析，最终主要采用了增大截面加固法中的第二种：增加框支梁宽度法+碳纤维加固法。采用增加框支梁宽度法计算，得出各框支梁应增加截面，采用此作为加固设计截面。同时增加碳纤维法作为结构构造措施（详见图2），主要基于以下两点考虑：
（1）到框支梁是本工程中极为重要的结构构件，为了增加新旧混凝土的协调工作能力、减少新旧界面的不利影响。框支梁增加截面，待混凝土达到28天龄期后，再贴碳纤维将更好地把加固后的框支梁作为一个整体承载上部结构传递下来的作用。
（2）碳纤维本身可以承受一定的拉力，也将增加框支梁的受弯承载力，作为截面加固法的一种补充，提高安全系数，以确保结构安全。
图2 增加截面及碳纤维加固详图
三、结语
通过一系列对比分析，最终采用增加截面法+碳纤维的综合加固设计方案。审图单位及参建各方反馈良好，实现预期的加固效果，保证了建筑工程的质量，同时也具有了十分重要的实践意义。
参考文献
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[2] JGJ3—2010，高层建筑混凝土结构技术规程[S].
[3] 区王生 带转换层高层建筑结构的静力及动力计算方法的研究[D].中国优秀硕士学位论文全文数据库。2004，（08）.
作者简介
区王生（1980—）工学硕士 工程师 主要从事转换结构研究、设计及加固。
论文作者:区王生
论文发表刊物:《基层建设》2019年第17期
论文发表时间:2019/9/11
标签：截面论文; 结构论文; 碳纤维论文; 混凝土论文; 预应力论文; 强度论文; 刚度论文; 《基层建设》2019年第17期论文;