高永红  刘红杰  李正华
(测总)   (设计二处)  

(摘 要) 本文结合有关报告和试验数据对某钢筋混凝土框架——剪力墙结构的公寓楼主体结构缺陷的产生原因进行了分析，并结合工程经验和有关资料对该建筑物提出了合理的加固方法。
(关键词) 钢筋混凝土框架——剪力墙结构  缺陷  加固方法

1 工程概况

    某公寓楼主体结构原设计为十五层钢筋混凝土框架——剪力墙结构，分A、B两区，中间为抗震缝分隔，平面呈L形。于1998年开始主体结构的施工。当施工至六层时发现部分现浇板和框架梁、次梁出现了不同程度的裂缝，剪力墙每层底部蜂窝、孔洞现象严重，随即停止施工。后经建委批准，由有关部门对该建筑物进行了高层框架结构荷载试验，由质量检测中心对其进行了质量检测并作出《检测报告》。根据建设单位建议，由我们对该工程主体结构进行了缺陷分析与加固设计。

2 结构检测分析及加固方法的确定

2.1 基础
    本建筑物基础采用钻孔灌注桩，根据《地质勘测报告》、《桩基静力检测报告》、《桩基动力检测报告》及基础荷载设计值(由SATWE计算)可知，本建筑物基础满足承载力要求，且由基础沉降观测资料知该建筑物基础沉降均匀，因此上部主体结构的裂缝与基础无关。

2.2 框架柱
    经有关人员多次现场勘测与复核计算，认为已建成的主体结构中框架柱混凝土强度等级存在局部偏低的问题，特别是与梁、板交接处的柱混凝土此现象更为严重。经分析柱与梁、板交接处局部混凝土强度不足是由于原设计柱混凝土强度等级为C40，梁、板混凝土强度等级首层、二层为C40(但实际浇注时并未达到C40)，二层以上为C30。由于施工原因使柱与梁、板交接处的柱混凝土强度等级达不到原设计C40强度等级的要求。由《检测报告》可知：地下室柱混凝土实际强度等级为C35，一至六层柱混凝土实际强度等级为C30。由PK计算出的柱轴压比表明：地下室、首层、二层、三层部分柱的轴压比(见表1)超出规范规定的0.9的限值，这必将降低框架柱的延性，进而影响整个建筑物的抗震性能。因此，需要对地下室、首层、二层、三层轴压比达不到规范要求的柱进行加固，以降低其轴压比，提高和改善结构的抗震性能。本工程对柱采用外包钢和外包混凝土复合加固方法。由于外包钢有一定的屈服点，而碳纤维没有屈服点。因此，比之采用碳纤维加固外包钢加固有较好的延性，进而有较好的抗震性能，且有较好的经济效益。此外，外包钢能对旧混凝土起到“套箍效应”提高原有柱混凝土的极限压应变和极限承载力，进而提高外包钢和外裹混凝土的强度利用系数。用奥克砂浆封堵混凝土与钢板缝隙及向缝隙内注乳胶水泥浆(环氧成分)能增强外包钢和原有结构的共同工作。外裹混凝土可对钢材起到防锈和加大柱截面的双重作用(由于篇幅所限，具体加固施工方法、加固图例、加固注意事项略，以下同)。

表1 框架柱加固前、后轴压比

2.3 剪力墙
    由《检测报告》可知，剪力墙混凝土强度等级存在局部偏低的问题：地下室A区实测为C24.2，B区实测为C30；一层A区实测为C22.7，B区实测为C30.9；二层A区实测为C27.8，B区实测为27.9；三层A区实测为C35.4；四层A区实测为C28.2；六层A区实测为C27.1。而剪力墙原设计混凝土强度等级为C40。说明剪力墙混凝土强度等级达不到设计要求，且实际观测每层剪力墙底部蜂窝、孔洞现象严重。初步推断蜂窝、孔洞现象是由于漏振、振捣不实、模板不严密，漏浆严重、模板支设不牢固，振捣时模板移位漏浆等原因引起。上述情况必将降低剪力墙的承载力和抗侧移刚度，经计算A区地下室、首层、二层部分剪力墙承载力不足(首层计算值见表2，计算时考虑到剪力墙每层底部蜂窝、孔洞现象严重，故对其承载力进行折减，轴力值、剪力值由SATWE计算，对于抗剪承载力满足要求的剪力墙加固后抗剪承载力计算略)，这必将影响整个结构的安全性和抗震性能。由于B区采取降层措施，各层剪力墙承载力满足要求，而A区按原设计，故仅需对A区地下室、首层、二层剪力墙进行加固，对A区其余各层和B区剪力墙表面进行处理，以修补剪力墙表面的蜂窝、孔洞。本工程对剪力墙采用双面加厚的加固方法。

表2 首层剪力墙加固前、后承载力

2.4 框架梁
    由《框架结构荷载试验报告》提供的有关裂缝开展情况看：该结构试验部位框架梁的裂缝开展较小，少数裂缝在设计荷载作用下裂缝总宽度达到0.24mm，在设计荷载作用下的裂缝发展最大只有0.08mm，在卸荷后裂缝基本上闭合到原位，在设计荷载作用下也未发现新的裂缝出现。由《框架结构荷载试验报告》提供的有关挠度测试结果看：该结构框架梁的挠度为1/21000(6米跨度梁)和1/12000(8米跨度梁)，其挠度值远小于规范1/600的规定值，说明框架梁具有较大的抗变形能力。从变形残余值测试结果看：裂缝的残余变形均未超过其规范的规定值，框架梁的残余挠度值也很小，最大残余挠度值为9.5%，也未超出容许值。所以，框架梁具有较大的刚度，无须对其进行刚度的加固。但是，鉴于天津市建筑工程质量检测中心作出的《检测报告》表明一、二层主、次梁混凝土强度等级达不到设计要求(实测一、二层梁混凝土强度等级为C30，而原设计为C40)，并且部分主、次梁端部裂缝严重，但经计算知梁的抗剪承载力满足要求(见表3)。根据用钢筋位置检测仪探测，知其裂缝位置基本上都出现在钢筋位置处。综上可判断裂缝的产生是由于拆模过早、混凝土收缩等原因所致。拆模过早时，由于混凝土未达到设计强度，混凝土的抗拉强度较低，拆模后结构产生内力，在内力作用下，大梁很容易开裂出现裂缝。由于混凝土收缩在梁内产生附加应力，混凝土产生拉应力，拉应力超过混凝土的抗拉强度，构件开裂，尤其是梁中配筋率比较高时裂缝更加严重，由原设计可知本建筑物梁的配筋率较高。由以上分析可知本建筑物梁的裂缝属于非承载力裂缝。因此，仅需对梁上裂缝进行压力灌浆修补以防止加速梁中钢筋锈蚀，影响整个结构的耐久性即可。但鉴于本工程的重要性及市建委对本工程的重视，应甲方要求和有关部门建议对二层开裂较严重的框架梁和各层开裂较严重次梁的端部采用粘钢加固，以提高其抗剪承载力。

表3 一、二层框架梁抗剪承载力计算值

2.5 楼板
    从《框架结构荷载试验报告》提供的有关挠度测试结果看：该结构楼板的最大挠度为1/1400，虽小于规范容许值，但根据有关资料的推荐，实测值应小于1/2500才能保证结构的使用寿命和安全性。因此，此楼板虽能满足设计要求，但在使用中可能会出现有较大的振感或细微的裂缝。从变形残余值测试结果看：楼板的残余挠度值最大达21.7%已超过规范20%的容许值，说明楼板刚度较差。在实际情况下，该建筑物较大跨度的楼板(6000mmx8100mm、6000mmx7500mm、6000mmx6820mm)跨中的裂缝比较严重，在已建成的部分,这种楼板每层有6块，共有36块。板出现裂缝原因有：a、混凝土养护不当、拆模过早造成早期微细裂缝的形成；b、据现场观测，部分裂缝位于预埋电线管下，说明预埋电线管促成和加速了裂缝的形成与发展；c、刚度较小使板变形较大，促进了裂缝的发展；d、板跨度较大致使板跨中弯矩较大，直接影响板跨中混凝土应力、板底跨中裂缝、板跨中挠度。又由于本工程为公寓楼内隔墙较多，隔墙直接作用在板上，且板上隔墙作用部位配筋无加强区，这必然造成板上局部荷载较大，为以后的正常使用带来了安全隐患。因此，需要对这些楼板进行刚度和强度上的加固。本工程对板采用粘钢的加固方案。粘钢加固将强度高的钢板粘贴于被加固的钢筋混凝土板受力部位前沿，不仅能保证混凝土和钢板作为一个新的整体，共同受力，而且能最充分地发挥粘钢的强度，封闭粘贴部位加固板的裂缝，约束混凝土变形，从而有效地提高加固板的刚度与抗裂性；同时能有效地发挥粘钢板的抗弯、抗压性能，受力均匀，不会在混凝土中产生应力集中现象，经过加固的板的强度和刚度均得到了提高。此外，粘钢加固所占空间小，不影响被加固构件外观和使用空间；加固施工周期短；材料消耗小；工艺简单。

3 结束语

    (1) 本工程经过加固处理后，梁、板、柱的承载力、刚度、抗裂性能、抗变形能力均得到了提高与改善；并进行了后续工程的设计与施工。至今，一切良好。
    (2) 从本工程可得出，在钢筋混凝土结构施工时应注意：当梁、板、柱混凝土强度等级不同时应采取一定的施工方法与施工顺序，避免某些构件局部混凝土强度等级达不到设计要求的现象发生，进而影响整个结构的安全性和耐久性。
    (3) 从本工程可得出，在混凝土结构施工时应避免拆模过早、混凝土收缩过大等情况，以免引起构件开裂。
    (4) 从本工程可得出，在设计时对于钢筋混凝土现浇板应尽量避免过大的跨度，可以适当增加次梁减小板的跨度，以避免板的厚度过大或板的跨中挠度、跨中裂缝、支座裂缝过大，进而影响整个结构的安全性与可靠度。