曹志涛 曾维佳 冉俣 郭勇 曾学政 王海成
中国建筑科学研究院有限公司 北京 100013
摘要：混凝土强度不足的框架结构处理方案是一个在理论和实践上都需要总结提高的问题。该文详细介绍了中国南方海边城市某厂房在解决该问题的一些做法，对各种方案进行反复的归纳总结及对比分析，在混凝土强度不足的框架结构的处理方案方面作了一些有益的探索。
关键词：混凝土强度不足 框架结构 处理方案
中图分类号：TU398 文献标识号：A 文章编号：
1 工程概况
该工程为地上 2 层钢筋混凝土框架结构，结构总长 83.10m，总宽 24.60m，一层层高4.5m，二层层高5.5m，建筑总高度 10.00m。横向轴网为9m+15m,纵向轴网为7.5m×11，基础形式为柱下条形基础，15m跨度区域为高约6.3m吊车运行区域。本工程在原主体结构完工后，检验中发现梁、柱混凝土强度低于设计强度（原设计强度C35），需对该结构整体结构进行加固处理，为了解该工程的施工质量及其安全性及为后续施工提供技术支撑，承建方委托我单位对其进行检验鉴定及处理方案等技术支持，该工程结构平面布置示意见图 1-1。
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2检测鉴定结论
我单位接到委托时，该工程已停工半年之久，首先需要对该工程现状做全面检测鉴定：
主要检测结论为：1 层～2 层柱的混凝土强度推定值为 25.1MPa，不满足设计强度等级（C35） 的要求, 1 层～2 层梁的混凝土强度推定值为 20.8MPa，不满足设计强度等级（C35） 的要求,其他检测项目均满足设计及规范要求。
主要鉴定结论为：
（1）该工程部分梁板的承载力不满足《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2010）及《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）（2016 年版）的要求；
（2）该工程混凝土强度不满足设计要求的梁板柱钢筋锚固长度不满足设计要求；
（3）该工程混凝土强度不满足设计要求的梁板柱耐久性不满足设计要求。
3 原结构承载力校核
（1）基本参数
根据《建筑结构荷载规范》（GB 50009-2012）、《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2010）及《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）（2016 年版）等有关规定，对该工程结构进行建 模验算。验算采用中国建筑科学研究院 PKPMCAD 工程部编制的 PKP㎡010 系列软件。
分根据现场检验结果和设计图纸，验算中所取的基本参数为：
1）恒荷载、活荷载标准值：根据《建筑结构荷载规范》（GB 50009-2012），结合设计图纸进行取值，面层恒荷载标准值取2.0kN/㎡（不含楼板自重），恒荷载标准值取5.0kN/㎡（不含楼板自重），吊车的最大轮压为59.1t，最小轮压为8.8t，吊车起重量为10t，工作级别为A4，葫芦重1.133t，吊车跨度为13.5m，吊车宽度为2.5m，吊车轮距2.0m，吊车一侧轮子数为2个。活荷载标准取值不上人屋面0.5kN/㎡，太阳能板1.5kN/㎡，上人屋面 2.0kN/㎡，楼梯间、走廊3.5kN/㎡，维修工班、电子维修间6.0kN/㎡，办公室2.0 kN/㎡，太阳能机房10.0kN/㎡ 。
2）风荷载、雪荷载：基本风压W0=0.85kN/㎡，地面粗糙度类别A类。
3）地震作用：地震烈度按 6 度（0.05g），设计地震分组为第一组，框架抗震等级为四级。
4）材料强度：柱按C25取值，梁、板按C20取值。
5）截面尺寸：各类构件截面尺寸按设计图纸取值。
（2）计算结果
1） 混凝土强度不足对该结构整体计算结果的影响
由于该结构层数较小，混凝土强度不足对该结构自振周期、层间位移影响较小，满足规范要求。
2） 混凝土强度不足对构件承载力验算结果的影响
构件承载力验算结果表明：混凝土强度对不足基础、框架柱及牛腿承载力存在一定影响，但仍满足设计要求，混凝土强度不足对框架梁板承载力存在一定影响,部分梁板效应与抗力对应的计算配筋和实际配筋相差较大。
4 初步拟定的较为经济简便的加固法
4.1基本参数
采用粘贴钢板加固混凝土框架梁、采用粘贴碳纤维布加固混凝土楼板
原结构承载力计算基本参数不变，加固参数如下：
1）材料强度：柱按 C25 取值，梁、板按 C20 取值。
2）截面尺寸：各类构件截面尺寸按设计图纸取值。
4.2计算结果
加固后构件承载力满足规范要求。
（2）对梁板柱钢筋锚固长度不足处采用支点加腋设计
1）原设计图纸要求纵向钢筋的锚固长度La/Lae详见图集16G101-1。涉及本工程主要钢筋锚固长度查表可知，在混凝土强度降低的情况下，大部分纵向钢筋的锚固长度均不满足设计要求。
2）主要梁板柱需增加的钢筋的锚固长度采用加腋法处理，满足混凝土强度等级C20时，基本锚固长度要求。
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图4 加腋法设计示意图
（3）结构整体耐久性处理方案：
对不满足混凝土结构耐久性的构件，对一般环境的腐蚀机理为保护层混凝土碳化引起钢筋锈蚀，采取对所有地上部分梁板采取涂刷外涂型阻锈剂进行处理，符合规范《钢筋混凝土阻锈剂耐蚀应用技术规范》GB/T 33803-2017 的要求。
5 多次专家评审建议
（1）采用粘贴钢板加固混凝土框架梁、采用粘贴碳纤维布加固混凝土楼板，在南方加固领域运用虽然较为普遍，但加固采用的结构胶对湿度要求较为敏感，故此在厂房或海边等湿度较大区域不建议采用。混凝土结构加固设计规范 （GB50367-2013）已明确指出：“当结构的加固材料中含有合成树脂或其他聚合物成分时，其结构加固后的使用年限宜按30年考虑；当业主要求结构加固后的使用年限为50年时，其所使用的胶和聚合物的粘结性能，应通过耐长期应力作用能力的检验”，故此此项目采用结构胶要求较为严格，工期因素做耐长期应力作用能力的检验难以实现，故此建议采用混凝土增大截面加固法较为适宜。
（2）对梁板柱钢筋锚固长度不足处采用支点加腋设计将会形成节点应力重分布现象，使得梁板受剪区域增大，造成梁板局部抗剪切能力不足，且该厂房部分结构承受动力荷载，对结构抗剪要求较大，故此建议采用整体混凝土增大截面加固法较为适宜。
（3）对不满足混凝土结构耐久性的构件，对一般环境的腐蚀机理为保护层混凝土碳化引起钢筋锈蚀，采取对所有地上部分梁板采取涂刷外涂型阻锈剂进行处理，符合规范《钢筋混凝土阻锈剂耐蚀应用技术规范》GB/T 33803-2017 的要求。由于采取涂刷外涂型阻锈剂的阻锈效果和施工质量暂无量化标准的界定，故此建议采用整体混凝土增大截面加固法较为适宜。
6 最终确定整体增大截面加固法专家评审通过
6.1基本参数
采用整体增大截面加固法，原结构承载力计算基本参数不变，加固参数如下：
1）加固材料强度：柱按 C35 取值，梁、板按 C35取值。
2）截面尺寸：各类构件原截面尺寸按设计图纸取值，增大截面尺寸按计算取值。
6.2计算结果
加固后构件承载力满足规范要求。
7两种加固方案预算对比
7.1采用粘贴钢板、碳纤维布及阻锈剂处理方案预算详见表7.1
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8小结与思考
综上所述：对混凝土强度不足的框架结构的处理，比较保守，规范可行的处理方案就是全面的增大截面处理，可以解决各种由于混凝土强度不足造成的框架结构承载力、构造及耐久性的问题，但不可避免的造成大量的资源浪费和自身重量引起的基础安全系数降低，而采取粘贴钢板、碳纤维布、加腋及涂刷的方法，理论上可行性较大，较为经济简便，但缺少必要的技术及规范支撑，有待我们建筑材料科学的不断发展和建筑技术规范不断完善更新,相信混凝土强度不足的问题将会逐渐得以更加圆满地解决。
作者介绍：曹志涛（1978），男，助理工程师