北京某大厦抗震加固改造设计与施工(大论文)

1、北京某大厦抗震加固改造施工技术应用刘 浩1，杨学中1，彭新坡1，吴岳松1，安帅1，苏浩然1，刘 航1(1 北京市建筑工程研究院有限责任公司，北京100039)1 工程概况本工程为北京某大厦加固改造工程。该大厦始建于1997年，原设计主体结构为钢筋混凝土框架-剪力墙结构，地下4层，地上13层。本次大厦改造内容主要包括：首层拆除南大堂两部扶梯；二层中部开大板洞、断梁；三层中部增加多功能厅；四层增加档案室（密集柜）、弱电机房；十一层北侧使用功能改为会议室和一个阶梯会议室；其他配合平面局部调整，如由于卫生间的增加和挪动开墙、板洞等。由于使用功能发生了改变，荷载值也随之改变，因此须对原结构进行整体核算，

2、对抗震承载力不满足要求的结构构件进行加固处理。地上13层地下4层 北南图1.1 该大厦三维结构示意图上述建筑于2012年6月委托北京市建设工程质量第一检测所进行了鉴定。在鉴定结果及施工图纸的基础上，甲方委托我司担任此次大厦加固改造施工，其中主要使用的加固改造技术分为首层大堂楼板拆除、框架柱外包型钢加固、梁板粘钢加固、植锚栓植筋加固、新增钢结构等施工工艺。2 首层大堂楼板拆除施工技术据大厦改造需要，首层中部顶板轴线3-6/A3-A7范围需断梁楼板开大洞，轴线4/5需保留3150mm梁端支承长度，轴线A4/ A5/A6需保留3450mm梁端支承长度。首层顶板开洞区域如下图所示： 图2.1 阴影部分

3、为首层顶板楼板开洞区域拆除区域内梁板首层楼面原框架梁原框架柱图2.2 首层局部顶板拆除前三维结构图保留框架柱图2.3 首层局部顶板拆除后三维结构图2.1 本次拆除工程的施工环境和工程特点本次大厦改造的重心在于首层大堂能够顺利实现挑空，因此首层顶板拆除工程是该楼改造的重中之重，顶板拆除工作能否按时完工将严重制约后续工程装饰等工作，建设单位也在施工质量与工期控制上尤为严格。考虑到本次拆除工程为保护性拆除，在拆除过程中对于保留框架柱内的钢筋不得有扰动现象发生，因此制定的拆除方案为：首先采用梁板静力分离的方式将楼板与结构梁柱节点分开，通过液压机器人将楼板破碎，此举可避免因动力拆除引起的楼板振动而扰动框

4、架柱内钢筋，再使用绳锯等静力拆除方式对主梁进行分段拆除。另外由于需拆除梁、板的范围较大，如采用纯静力拆除则会使工期相对较长，因此采用动力拆除与静力拆除相结合的方式将显著缩短工期。2.2 主要工艺流程2.2.1 梁板分离施工工艺与流程本次拆除工程首先采用梁板静力分离的方式将楼板与结构梁柱节点断开，通过液压机器人将楼板拆除，保留原结构框架梁。拆除产生的垃圾随拆随运，减少楼板负荷。施工准备确定拆除部位 施工围挡及安全标识设置 支撑及脚手架搭设 放线定位 楼板与梁柱节点静力切割分离 液压机器人拆除首块楼板 依此循环到首层拆除区域内楼板全部拆除完毕。2.2.2 梁柱分离施工工艺与流程楼板拆除完毕后对于框

5、架梁使用绳锯等静力拆除方式对梁进行分段切除，使用汽吊将切除的梁段缓慢放至首层地面后破碎。施工准备确定拆除部位 施工围挡及安全标识设置 支撑及脚手架搭设 放线定位 绳锯静力分段拆除主梁汽吊将切除梁段放至地面混凝土破碎 依此循环到首层拆除区域内框架梁全部拆除完毕 清理场地及支撑拆除。2.3 梁板分离-板拆除作业：首层顶板拆除首先采用绳锯将楼板与梁柱节点连接处断开，以保证在动力拆除楼板时不致扰动框架柱内部钢筋，绳锯切割楼板方位与长度示意图如下图所示：图2.4 梁板分离-绳锯切割楼板四角示意图 楼板与梁柱节点断开后采用PC160型液压机器人对楼板进行拆除，为避免机器人在拆除过程中产生的反作用力对首层地

6、面造成结构损伤，须在机械下方搭设钢平台，使机械在钢平台上作业，产生的反作用力通过钢平台将荷载传至地下一层框架梁处，以保证楼板不受损伤。钢平台设计参数如下：履带长：4.1m 履带宽：0.7m履带内侧边到边：1.3m 履带外侧边到边(宽)：2.7m机器人及钢平台自重：18.5t 动力系数：1.1次梁从属面积：4x13.2=52.8m2首层地面活荷载设计值：7.5 kN/m2 ，楼板厚：150mm原结构次梁截面：500mm x 700mm，主梁截面：700mm x 800mm原结构次梁跨中下铁配筋：12根直径25，二级钢筋现经计算及现场施工表明此方案满足承载力要求，钢平台作业过程中产生挠度后不与首层

7、地面接触，从而达到将荷载传至地下一层梁上的设计要求。钢平台如下图所示：图2.5 钢结构平台图2.6 PC160液压机器人现场拆除情况示意图 图2.7 钢平台现场拆除产生挠度后不接触首层地面避免损伤楼板2.4 梁柱分离-主梁静力拆除作业：主梁拆除前须搭设支撑防护，按照静力拆除原则采用绳锯将主梁分为若干断，绳锯将主梁切断后通过汽吊将梁段缓慢运至地面，破碎后产生的垃圾随拆随运，减少楼板负荷。 2.4.1 梁下搭设支撑待拆除的主梁依据梁长等分若干段，在当前拆除段下设支撑：图9 梁下工字钢支撑与现场施工支撑2.4.2 主梁拆除首先主梁按跨度等分若干段，汽车吊通过钢丝绳将当前需拆除的梁段吊紧，以防止梁段在

8、切割过程中坠落等意外发生。其次使用绳锯将主梁梁段（图中序号1）静力切断，然后吊车缓慢将切下的梁段放置于首层地面后破碎拆除。最后剩余若干段主梁按照图中序号采用相同方式顺序拆除，主梁拆除示意图如下图所示：图2.8 主梁拆除示意图 图2.9 主梁拆除现场施工情况 图2.10 首层顶板拆除工程完成施工现场情况本次拆除工程充分考虑到了结构保护性拆除的重要性，施工期间所采用的梁板静力分离、液压机器人搭配钢平台拆除楼板、梁柱分离、绳锯搭配汽吊拆除主梁等一系列拆除技术成功避免了因结构拆除对保留结构所造成的二次损伤，经检测鉴定拆除后所保留的柱头结构完好，地下一层顶板未受拆除工程影响，动静结合的拆除方法亦明显节省

9、了工期，得到建设单位、管理公司以及监理公司的一致信任与好评。本次拆除工程所采用的梁板拆除技术亦可为将来类似的工程施工提供有效的解决办法。3 框架柱外包型钢加固施工技术3.1 本次外包型钢加固工程施工特点外包钢工艺比较复杂，涉及到钢结构的焊接安装、梁柱节点处理及注胶等难题，因此需在施工前认真研读图纸，结合施工现场情况，对加固构件进行整体透彻理解，分析施工中的重点难点，制定先进合理的施工方案。本工程地下三层轴线5-6/A9、首层至五层轴线1-8/A3-A7柱子采用外包角钢缀板的加固方法，其中四层3-6/A3-A6梁柱采用整体包钢加固方法，同时涉及与新增钢柱之间的协调配合问题。梁柱包角钢节点详图见下

10、图： 图3.1 柱包钢节点详图 图3.2 新增钢柱与原柱包钢节点详图3.2 主要工艺流程针对上述图纸及施工工程中重点难点，混凝土结构、构件外粘或外包型钢加固工程的施工流程如下：清理、修整原结构、构件并划线定位 制作型角钢骨架 梁柱界面处理角钢骨架安装及与缀板等焊接 注胶施工（包括与设计确认注胶开洞） 养 护施工质量检验 防火防腐面层施工 验 收 图3.3 包钢加固施工工艺流程 图3.4 包钢工程施工现场照片3.3 本次外包型钢施工重点难点分析3.3.1 胶原材料检验本工程中包钢加固框架柱为重要竖向受力构件，因此对结构胶的性能要求较高，须满足加固后40年使用年限的要求。我方严格执行设计要求对粘钢

11、胶采用进口品牌A级胶，其性能指标要求满足混凝土结构加固设计规范(GB50367-2006) 之第4.5.5条的具体规定，设计使用年限为40年。外粘钢板胶粘剂应具备以下性能并提供相应实验报告: a) A级胶性能报告; b) 抗冲击剥离能力报告; c) 湿热老化报告; d) 环保无毒报告; e) 防火性能实验报告；f)抗疲劳性能实验报告; g) 外粘钢板胶粘剂抗冲击剥离能力满足A级胶要求，即平均剥离长度不大于20mm; h) 外粘钢板灌注改性环氧胶粘剂，必须满足或通过建设部建筑物鉴定与加固规范管理委员会安全性统一检测。（通过90天湿热老化试验及抗冲击剥离试验）。3.3.2 界面处理混凝土界面处理到

12、位能使得钢板与混凝土之间粘贴效果达到最佳，因此要除去风化疏松层碳化层及严重油污层，并用钢丝刷刷毛或丙酮清洗。角钢及钢板表面进行糙化采用喷砂处理，以保证界面达到粘钢施工标准3.3.3 钢构件安装钢构件安装时须保证钢板与混凝土柱之间留有一定缝隙以保证结构胶厚度，使之能够粘结钢板与混凝土柱。用卡具将型钢扁钢贴于预定结合面，每隔一定距离粘贴小垫片，使钢骨架与原构件之间留有2mm3mm 的缝隙，校准后平焊固定。3.3.4 压力注胶 ：注胶顺序要自下而上，自左向右，依次灌胶。首先要以较低压力保持一段时间，让空气彻底排尽，保持时间在10min以上，然后再以0.2Mpa-0.4Mpa压力从灌胶嘴压入，直至胶液

13、从灌胶口流出。4 外粘钢板加固施工技术4.1 本次外粘钢板加固工程施工特点本工程对部分框架梁采用粘钢的方法进加固，具体做法为：梁底沿全跨通长粘贴钢板，梁顶两端正弯矩粘贴钢板，对框架梁抗剪不足时采用外粘U形箍板加固（如图4.1、4.2）。图4.1 梁底负弯矩粘钢加固做法图4.2 梁底正弯矩粘钢加固做法对部分楼板同样采用粘钢的方法进加固，具体做法为：板底受力钢筋不满足承载力要求时，沿板跨通长粘贴钢板进行加固，板顶负弯矩配筋不满足承载要求时，在板顶两端负弯矩区，粘贴钢板进行加固（如图4.3）。对局部楼板开洞（边长1000）：沿洞口双向，采用粘钢作为补偿加固（如图4.4）。图4.3 板顶负弯矩粘钢加固

14、做法图4.4 楼板开洞粘钢加固做法4.2 主要工艺流程我方依据上述图纸及施工工程中重点难点，所采用的混凝土结构外粘或外包钢板加固工程的施工程序如下：待加固构件卸荷定位放线界面处理钢板加工制作、预钻孔 基底、钢板刷胶粘贴、焊接钢板胶粘剂调配胶粘剂安全储存 加压固化养护质量检验面层防护图3.5 外粘钢板加固施工工艺流程图 图3.6梁粘钢加固现场施工照片 图3.7梁板负弯矩粘钢加固现场施工照片4.4 本次外包型钢施工工作要点4.3.1认真审核技术文件仔细看设计图纸，对加固节点图做到心中有数，严把技术关。结合现场情况认真编写施工方案，使其更加符合实际，便于指导施工。4.3.2 严格控制材料质量工程所用

15、的原材料都要有合格证（或材质证明），检测报告等，进场复试必须合格，并按照规定，对其原材料进行复试，进行100%的见证取样与送检。如本工程中梁粘钢所用结构胶为慧鱼生产的A级进口建筑结构胶（粘钢胶）为甲乙两种组合，经配置后方可使用。材料作完见证复试合格后，使用前还要在现场作抗拉、抗剪强度试验，其抗拉、抗剪强度实验值符合设计及规范要求后，才能用于现场施工。4.3.3 基层处理粘贴面处理包括构件结合面处理及钢板贴合面的处理。基层处理好坏是粘钢加固质量是否满足设计要求的关键，是施工控制的重点：（1）混凝土结合面处理混凝土粘结面应凿除粉饰层、油垢污物等，然后用角磨机打磨除去混凝土面1-2mm表层，打磨完毕

16、用压缩空气吹净浮尘，最后用棉布蕉丙酮拭净表面，保持干燥备用。较大的凹坑处用结构胶修补平整，梁表面有大小不一的裂缝时，裂缝宽度小于0.1mm,用环氧水泥浆封闭；裂缝大于0.1mm，用压力灌浆法灌注环氧水泥浆。（2）钢板粘合面处理将钢板按现场实际施工尺寸切割好，粘贴面应首先除油，然后用角磨机进行粗糙处理，直到结合面全部出现金属光泽，打磨纹路尽量与钢板受力向垂直，其后用脱脂棉蕉丙酮擦干净，保持干燥备用。如果不能及时使用，钢板上出现锈迹就必须重新打磨、擦丙酮后方可再用。施工中严格执行先焊后粘的原则，严禁先粘后焊破坏结构胶体。 5 后锚固自切底锚栓施工技术5.1 本次后锚固工程施工特点后锚固工程主要是运

17、用于粘钢加固工程中，用来固定钢板与基材以实现锚固的作用，本工程所用锚栓为自切底锚栓和普通机械锚栓。由于本工程中粘钢数量较多，故所需锚栓数量较多，位置较分散。锚栓工程是本工程的一个重点以及难点。本工程采用的是自切底锚栓和普通机械锚栓，主要为自切底锚栓。自切底锚栓只需通过机械锁键即可以可靠的固定在混凝土中，适用于混凝土加固工程，震动荷载和裂缝混凝土工程。与传统重型锚栓相比自切底锚栓特点为：增加20%承载力；安装方便，不需要专用的安装工具；旋紧即可立即承载；安装快速，专用于高负载；微小膨胀应力；适用于小边距和小间距；施工方便。下图为自切底锚栓的示意图及安装示意图：图5. 1 自切底锚栓示意图 图5.

18、2 自切底锚栓安装示意图5.2后锚固施工工艺流程清理原结构基层处理孔洞定位钻 孔清 孔安装锚栓5.3 本工程施工难点以及解决措施（1）本工程锚栓运用较多，故需要大量钻孔，为了保证清孔干净，应先用空气压缩机将孔内水份吹干，再灌入丙酮将孔内灰尘清洗干净，以保证锚栓锚固的质量。（2）本工程锚栓运用量大，安装时不明确原结构钢筋位置，应先探明原结构钢筋位置并适当避让，如避让不开应立即通知设计单位处理。（3）安装锚栓时，必须要满足锚栓的锚固深度，在施工时可以先做一部分区域作为样板，待检查合格后方可大面积展开。 6 新增钢梁加固洞口施工技术6.1 本次新增钢梁加固洞口施工特点本项工程对于楼板开洞（洞宽大于或

19、等于1000mm）的情况，采取洞边增设钢梁的加固处理方式。其中涉及到钢结构的焊接安装、钢结构与混凝土结构之间连接等要点，因此需在施工前认真研读图纸，结合施工现场情况，对楼板开洞新增钢梁部位深入分析，制定科学合理的施工方案。根据大厦改造需要，地下一层及以上全部楼层的楼板结构中所开洞口洞宽大于或等于1000mm时，采取洞边增设钢梁。需设钢梁的洞口部位大致分布于轴线2-3/A2-A7以及6-7/A2-A7范围内。需设钢梁开洞洞口平面图如下所示：图6.1 楼板开洞处增设钢梁平面图图6.2 楼板开洞处增设钢梁平面定位图 图6.3 新增钢梁施工现场照片6.2 钢梁安装施工流程钢梁的施工顺序：钢梁加工测量定

20、位植入自切底机械锚栓与原结构连接处处理吊装就位二次校位焊接防腐处理6.2.1 自切底机械锚栓锚固法步骤定位钻孔清除灰尘锚栓植入孔中旋紧锚栓至螺母垫片贴紧固定物图6.4 自切底机械锚栓锚固法步骤图6.2.2 钢构件焊接1）采用手工电弧焊焊接，材质为Q235B、Q345钢材焊接时，选用与强度低的材质相匹配的焊条，焊条分别选用E43系列 、E50系列。2）焊前检查坡口角度、钝边、间隙及错口量，坡口内和两侧的锈斑、油污、氧化铁皮等应清除干净。3）焊接过程中逐道焊缝清渣，除飞溅物，发现缺陷及时用角向砂轮打磨，除去缺陷。4）焊接结束后，应对焊缝进行外观检查。焊缝的焊波应均匀，不得有裂纹、未融合、夹渣、焊瘤

21、、咬边、弧坑、和针状气孔等缺陷，焊缝区无飞溅残留物，焊缝的位置、外观尺寸必须符合JGJ81-2002建筑钢结构焊接规程、GB50205-2001钢结构工程施工及验收规范。6.3 本工程重难点分析及解决办法针对本次开洞加固图纸，分析本工程的难点主要在于钢结构与混凝土结构之间的连接。6.3.1 基材钻孔钻孔工具：冲击式电锤注意事项：应严守标准钻孔径、钻孔深度。图6.5 钻孔示意图6.3.2 清孔（1）用压缩气体如气泵或气筒吹尽孔内粉屑。（2）用毛刷将孔內壁附着的粉屑清除。（3）上述两步骤反复多次，最大限度清尽孔内粉屑。注意事项：（1）为了使自切底锚栓与混凝土面贴合紧密，一定要清扫孔內。（2）因为压

22、缩气体只能吹尽孔内浮灰，很难将孔内壁附着的粉屑清除，所以请务必使用毛刷。 图6.6 清孔、吹孔示意图3.3 钢结构的安装（1）型钢在焊接时坡口形式及加工精度、组对要求、坡口与两侧的清理必须符合规范的规定。严格控制钢结构构件的几何尺寸和节点间距尺寸，发现问题应及时调整后再安装。（2）为了防止焊接变形，焊前装配时将工件向与焊接变形相反方向预留偏差。严格控制焊接顺序防止变形，构件变形翘曲必须进行矫正。拼装就位前，严格控制构件的几何尺寸；对变形超差的应及时矫正。7 新增压型钢板施工技术7.1 本次新增压型钢板施工特点根据大厦改造需要，本工程地上一三层局部楼板采用BD65闭口型压型钢板，地上一层楼板BD

23、65闭口型压型钢板面积约为：156m2，大致分布于轴线3-6/A3-A4以及3-6/A6-A7范围内。二三层该压型钢板面积约为：214m2，大致分布于轴线3-6/A2-A3范围内。需设压型钢板楼层平面图如下所示：图7.1 首层压型钢板布置平面图图7.2 二三层压型钢板组合楼板平面定位图此区域新增钢梁图7.3 二三层压型钢板组合楼板三维定位图新增型钢主梁新增型钢次梁主、次梁采用对接焊缝与螺栓进行刚接图7.4 二三层压型钢板组合楼板新增钢梁三维图 图7.5 工程现场施工照片7.2 压型钢板安装施工流程7.3 压型钢板安装施工工艺7.3.1 闭口板的安装（1）一般要求依照闭口板平面布置图铺设闭口板、

24、绑扎分布钢筋及部分附加钢筋。平面形状变化之处，应将闭口板切割，可采用等离子切割或氧割进行，再将端部的竖向钢筋还原就位之后进行安装。（2）安装闭口板吊装时必须将每捆板四点起吊，将每捆板吊装到铺设位置。对准基准线，安装第一块板，并依次安装其它板，闭口板连接采用扣合方式，板与板之间的拉钩连接应紧密，保证浇筑混凝土时不漏浆，同时注意排板方向要一致。闭口板就位之后，应立即将其端部栓焊。待铺设一定的面积之后，必须及时绑扎分布筋，以防止钢筋桁架侧向失稳。板端及板边与梁重叠处，不得有缝隙，全面检查，保证无漏浆部位的存在。（3）边模施工在工程中边模规格型号较多，施工前必须仔细阅读图纸，选准边模板型号、确定边模板

25、搭接长度。安装时，将边模板紧贴钢梁面。边模板与钢梁表面每隔300mm间距点焊25mm长、2mm高焊缝。安装闭口板前，必须检查所有边模是否已经按施工图要求安装完毕，方可进行该区域闭口板安装。边模板是阻止混凝土渗漏的关键部件，封堵方法如下图(示意图)所示：图7.6 边模封堵方法示意图边模板拉线校直，调节适当后，利用钢筋一端与栓钉点焊，一端与边模板点焊，将边模固定。 （4）附加钢筋工程及管线的敷设施工顺序：设置连接钢筋设置附加钢筋设置洞边附加筋设置分布钢筋。按设计要求设置楼板支座连接筋及负筋，连接筋应与钢筋桁架绑扎或焊接。筋桁架面筋之下，待楼板混凝土达到设计强度时，方可切断闭口板的钢筋及钢板；切割时

26、宜从下往上切割，防止镀锌板边缘与浇注好的混凝土脱离，切割可采用机械切割或氧割进行。由于钢筋桁架的影响，板中的敷设管线，宜采用柔韧性较好的材料。由于钢筋桁架间距有限，应尽量避免多根管线集束预埋，尽量采用直径小一点的管线，分散穿孔预埋。电气接线盒的预留预埋，可事先将其在镀锌板上固定，允许钻30及以下的小孔，钻孔应小心，避免闭口板的变形，影响外观或导致漏浆。在附加钢筋及管线敷设过程中，应注意做好对已铺设好的闭口板的保护工作，不得在镀锌板面上行走或踩踏。2技术保证措施1、压型钢板铺设后做好成品保护，避免表面凹陷。2、压型钢板铺设方向应满足钢筋通过的需要。3、组合楼盖压型钢板与主体构件的锚固支承长度应符合设计要求，且不应小于50mm，端部锚固件连接应可靠，设置位置应符合设计要求。4、压型钢板必须边铺设边固定，禁止无关人员进入施工部位；5、压型钢板施工楼层下方禁止人员穿行；压型钢板在人工散板时，工人必须系好安全带。6、压型钢板铺设后及时封闭