CN110792282B - 一种无支撑托换的框架柱的改造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无支撑托换的框架柱的改造方法，特征是，设置柱临时托换结构，由上、下环形托换平台和连接上、下环形托换平台的多根托换柱构成，改造方法包括：(1)剔除原框架柱的保护层，将环形托换平台抗剪件安装到原框架柱上，安装环形托换平台钢筋及连接上、下环形托换平台的托换柱钢筋，支设模板，浇筑浆料并养护；(2)对原框架柱的改造位置保留中央区域，剔除周边区域的混凝土，对连接界面进行处理，对原有钢筋进行整理、修复，形成连接区；(3)将新增钢筋锚入连接区并固定，支设模板，进行无收缩混凝土浇筑并养护；(4)拆除柱临时托换结构，完成框架柱的改造。本发明实现了无支撑托换框架柱改造，既保证了施工安全，又减少了施工工程量，降低了施工成本。

Description

一种无支撑托换的框架柱的改造方法

技术领域

本发明涉及建筑改造领域，具体涉及一种无支撑托换的框架柱的改造方法。

背景技术

对于大型框架结构混凝土建筑，因为建筑功能调整需要新增梁板，需要实现梁板与原有框架柱的可靠连接。新增梁板的纵筋需要锚入原框架柱内，由于梁纵筋较多，钢筋直径较大，化学植筋间距及深度均无法满足规范要求，且化学植筋耐久性难以满足50年使用要求，因此，需要将梁柱节点区域拆除，钢筋绑扎后重新浇筑。此外，近年来多次发生混凝土柱、剪力墙等因施工问题造成混凝土强度达不到设计要求的事故，以及出现混凝土浇筑不密实等问题，也需要对框架柱进行改造。

对梁柱节点区域进行拆除改造时，需要把节点以上柱荷载可靠地传递到节点以下或基础。采用满堂支撑将梁板荷载传递至基础，施工简单，但是在实际施工时，遇到支撑楼层较多的场合，成本较高，特别是对于楼层层高高的建筑，常规支撑搭设工期长、费用大，并且，由于没有侧向支撑，支撑难度较大，安全性受到影响。另一种方案是，在节点上下采用牛腿加千斤顶托换，这种方法无法有效传递柱的弯矩，且施工过程中千斤顶长时间受压，一旦千斤顶失效，后果非常严重。

因此，如何提供一种无支撑托换方法，以较低成本有效解决梁柱节点区域拆除改造时的荷载传递问题，是本领域需要解决的问题。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种无支撑托换的框架柱的改造方法，以获取一种无安全隐患、较低成本、适用于多种托换场合的改造方案。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种无支撑托换的框架柱的改造方法，在待改造的框架柱处设置柱临时托换结构，所述柱临时托换结构主要由分别位于改造位置上、下区域的环形托换平台和连接上、下环形托换平台的多根托换柱构成，改造方法包括下列步骤：

(1) 柱临时托换结构施工：

剔除原框架柱与环形托换平台接触处的保护层，将环形托换平台抗剪件安装到原框架柱上，安装环形托换平台钢筋及连接上、下环形托换平台的托换柱钢筋，支设环形托换平台和托换柱模板，浇筑灌浆料并养护，实现柱临时托换结构的施工；

(2) 原框架柱改造位置的处理：

对原框架柱的改造位置保留中央区域，剔除周边区域的混凝土，对连接界面进行处理，对剔除区域的原有钢筋进行整理、修复，形成连接区；

(3) 改造施工：

将新增钢筋锚入连接区并进行固定，支设模板，进行无收缩混凝土浇筑并养护；

(4) 拆除柱临时托换结构，完成框架柱的改造。

上述技术方案中，通过在节点上、下采用环形托换平台加立柱（托换柱）托换，传力清晰，无安全隐患，且不需要进行大范围支撑。

上述技术方案中，所述环形托换平台可以是矩形平台、圆形平台或者多边形平台，从便于施工考虑，优选的技术方案，所述环形托换平台为矩形平台，设有4根所述托换柱，所述托换柱分别位于矩形平台的四角。

优选的技术方案，以原框架柱的边长或者直径为D，所述环形托换平台的边长为2.5D～3.5D，高为500mm～1000mm，所述托换柱的截面边长或直径为0.5D～0.8D。

上述技术方案中，在原框架柱的每个侧面分别连接2根工字钢，作为所述抗剪件。

进一步的技术方案，在上侧、下侧的环形托换平台中分别设置两根交叉布置的斜向暗梁，所述斜向暗梁交叉点与原框架柱截面中点重合，所述4根托换柱分别位于斜向暗梁的端点处，支撑于两组斜向暗梁之间。

上述无支撑托换的框架柱的改造方法，可用于新增框架梁板施工，在新增框架梁板区域的每个框架柱处分别设置所述柱临时托换结构，上、下环形托换平台分别位于新增框架梁板的上、下侧，步骤(3)中所述新增钢筋为新增框架梁板纵筋的一部分。

上述技术方案中，步骤(2)中，剔除混凝土后进行清理，清除杂质及酥松混凝土，采用钢丝刷将原结构钢筋上的残留混凝土清理干净，保证钢筋与混凝土连接的握裹效果，对与变形破坏的钢筋，重新布置钢筋与进行补强。

步骤(3)中，浇筑的无收缩混凝土采用自密实微膨胀混凝土,对于上口冷缝部位，模板应高出5～10cm，并实时观察进行补灌，保证接缝密实。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1、本发明通过上下环形托换平台与托换柱的配合，实现了无支撑托换框架柱改造，既保证了施工安全，又减少了施工工程量，降低了施工成本；

2、本发明的方案传力清晰，无安全隐患；

3、本发明的方案既可以应用于建筑的新增梁板施工，也可以用于混凝土柱增强施工、局部混凝土置换及其它各类需要归时托换竖向结构构件的施工。

附图说明

图1是本发明实施例一中一层局部改造平面示意图；

图2是实施例一中柱临时托换结构的立面示意图；

图3是图2的A-A剖面示意图；

图4是图2中环形托换平台的配筋平面图；

图5是柱临时托换结构的立体示意图（透视钢筋）；

图6是实施例二中改造前的平面示意图；

图7是实施例二中改造后的平面示意图；

图8是实施例二的柱临时托换结构立面示意图；

图9是图8的B-B剖面示意图；

图10是图8的C-C剖面示意图；

图11是实施例三的柱临时托换结构立面示意图；

图12是图11的D-D剖面示意图。

其中：1、原框架柱；2、新增竖向框架梁；3、梁上柱；4、环形托换平台；5、抗剪件；6、托换柱；7、斜向暗梁；8、芯柱；9、连接区域；10、中庭大洞。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

实施例一：本实施例以现有建筑新增框架梁板为例来进一步说明无支撑托换的框架柱的改造方法。

某大型商业综合楼，总建筑面积12.2万平方米，地面以上19层，地下两层，结构体系为框架剪力墙结构。大楼主体施工完成。因建筑功能调整，在裙房区域原下沉式广场一层处增加梁板，新增框架梁上设梁上抬柱，该区域裙房地面以上共四层。

1、结构设计：

参见附图1，为局部的平面示意图，其中，以4个原框架柱1为基础，构建新增竖向框架梁2，并在新增竖向框架梁2上再构建梁上柱3。本实施例中，新增竖向框架梁2的截面为600×1200，上部纵筋4根28，底部纵筋11根32，该梁所有纵筋需锚入原框架柱内，原框架柱截面600×600，由于梁纵筋较多，钢筋直径较大，化学植筋间距及深度均无法满足规范要求，且化学植筋耐久性难以满足50年使用要求。基于上述原因，采用将梁柱节点区域拆除，钢筋绑扎完成后重新浇筑的设计思路。

从图1可见，需要改造的柱共有四根，柱截面600×600，混凝土强度等级C40。该柱在一层为跃层柱，柱高度12米，目前大楼尚未使用，柱仅考虑恒载和风荷载时的最大轴力为2800kN，弯矩为85kN·m。

参见附图2所示，在梁柱节点上下各设置一个900高的混凝土环形托换平台4，环形托换平台4的边长为1.8米，与原框架柱1的每个侧面采用2根14号工字钢作为抗剪件5连接。环形托换平台4的四角各设置一根350×350的混凝土托换柱6，其布局参见图3。环形托换平台4及托换柱6的混凝土强度等级C50。参见附图4，在托换柱6下方，环形托换平台内设置斜向暗梁7。由此构成柱临时托换结构。其立体构型参见图5所示。

参见附图3所示，改造过程中，对于原框架柱1，保留中间的200×200区域作为芯柱8，外周为剔除混凝土重新浇筑的连接区域9。

2、参数计算：

采用ABAQUS有限元软件对柱临时托换结构进行计算分析，混凝土采用C3D8R八节点六面体线性减缩积分的三维实体单元，钢筋采用bar线性单元。网格划分以0.12m为基本尺寸单元，新老结构之间采用Interaction中tie建立绑定约束。柱顶部施加偏心压力模拟结构实际轴力和弯矩。

有限元计算结果，混凝土实体单元最大拉应力1.78Mpa，混凝土实体单元最大压应力10.5Mpa，钢筋最大主拉应力为33.6Mpa，有限元计算结果均能满足要求。

环形托换平台与原混凝土柱的抗剪连接是本工程的关键，采用每个面两根14号工字钢作为抗剪件，根据《钢结构设计规范》，单根14号工字钢抗剪承载力375KN，八根抗剪件总抗剪承载力为3000KN，柱轴力为2800KN，满足要求。混凝土摩擦力、钢筋抗剪、中间保留芯柱均作为安全储备。托换平台配筋计算将转换立柱下斜向暗梁简化为500宽、900高的牛腿，按照牛腿计算公式，单个牛腿的计算配筋为850mm²，实际配置了5根20钢筋。

3、施工方法：

(1) 柱临时托换结构置换施工工序：

柱临时托换结构钢筋制作——托换平台接触处原柱保护层剔除，凿毛清理，涂刷界面剂——柱临时托换结构抗剪件安装——柱临时托换结构钢筋安装（环形托换平台钢筋、植筋绑扎制作及托换柱钢筋绑扎）——柱临时托换结构模板支设——柱临时托换结构灌浆料浇筑——分段对称剔除连接区混凝土——连接界面处理——钢筋整理、修复——连接区钢筋安装——支设模板——连接区无收缩混凝土浇筑——检查验收。

本实施例中，框架柱截面为600×600，剔除混凝土时，保留中央大约200×200的区域，作为安全储备。

(2) 临时托换结构按照图纸进行钢筋制作、安装、连界面的处理，安装抗剪件，验收合格后，进行支设模板，浇筑混凝土，托换结构混凝土强度不得低于原结构混凝土强度。

(3) 待支撑结构到达强度后，方可对连接区进行剔除，采用喜利得机械剔除连接区域混凝土，尽量减小对相邻部位的扰动，剔除时应避免破坏连接区域主要钢筋。

(4) 剔除完后对连接区域进行清理，清除杂质及酥松混凝土。采用钢丝刷将原结构钢筋上的残留混凝土清理干净，保证钢筋与混凝土连接的握裹效果，对与变形破坏的钢筋，重新布置钢筋与进行补强。

(5) 将新增梁钢筋按照设计及规范要求进行锚入连接区，并进行固定，避免扰动。

(6) 支模浇筑自密实微膨胀加固型混凝土。

自密实微膨胀加固型混凝土技术要求应满足产品使用要求，特别对于上口冷缝部位，模板应高出5～10cm，并实时观察进行补灌，保证接缝密实，消除隐患。

实施例二：某建筑物，原为售楼处，改为商业楼。该建筑物为框架结构，地上2层，地下1层，为使商铺数量增加，需将2层中庭大洞处补梁板，形成新的使用面积。

参见附图6，为改造前的局部平面示意图，为在中庭大洞10处新增梁板，需要对多个原框架柱1进行托换改造。改造后的局部平面示意图如图7所示。

本实施例中，需要改造的柱截面为500×500。参见附图8所示，在梁柱节点上下各设置一个600mm高的混凝土环形托换平台4，环形托换平台4的边长为1.5米，与原框架柱1的每个侧面采用2根14号工字钢作为抗剪件5连接。上下环形托换平台之间的间距为800mm。环形托换平台4的四角各设置一根300×300的混凝土托换柱6，其布局参见图9。环形托换平台4及托换柱6的混凝土强度等级C50。参见附图10，在托换柱6下方，环形托换平台内设置斜向暗梁7。由此构成柱临时托换结构。

参见附图8所示，改造过程中，对于原框架柱1，保留中间的200×200区域作为芯柱8，外周为剔除混凝土重新浇筑的连接区域9。

本实施例中，所有新增构件采用C50混凝土浇筑。斜向暗梁的纵筋与纵横方向钢筋在原柱上的化学植筋错开100mm布置，植筋孔水平间距不小于100mm，化学植筋采用A级结构胶。

在原混凝土剔除过程中，需要对原结构进行不间断的变形监测，做好应急措施。钢筋绑扎完成后尽快采用C45无收缩灌浆料将原柱浇筑恢复。

实施例三：某教学楼，该建筑地上层5层，局部6层，该建筑为框架结构。经过检测该建筑物有局部柱节点区混凝土强度达不到设计要求。

因此，需要对该建筑物的局部柱节点进行混凝土置换，来加固节点，达到强度设计要求。

本实施例中，需要加固的混凝土柱为截面直径500mm的圆柱。

参见附图11所示，在柱节点需加固段的上下各设置一个800mm高的混凝土环形托换平台4，为便于成型，环形托换平台4采用正方形底面平台，底面边长为1.5米，与原框架柱1的每个侧面采用2根14号工字钢作为抗剪件5连接。上下环形托换平台之间的间距为1000mm。环形托换平台4的四角各设置一根300×300的混凝土托换柱6，其布局参见图12。环形托换平台4及托换柱6的混凝土强度等级C50。在托换柱下方，环形托换平台内设置斜向暗梁。由此构成柱临时托换结构。

参见附图12所示，改造过程中，对于原框架柱1，保留中间的200×200区域作为芯柱8，外周为剔除混凝土重新浇筑的连接区域9。

采用与实施例一类似的施工方案对混凝土柱进行加固改造，经检测，改造后的混凝土柱达到设计强度要求。

Claims (6)

1.一种无支撑托换的框架柱的改造方法，其特征在于，在待改造的框架柱处设置柱临时托换结构，所述柱临时托换结构主要由分别位于改造位置上、下区域的环形托换平台和连接上、下环形托换平台的多根托换柱构成，改造方法包括下列步骤：

(1) 柱临时托换结构施工：

剔除原框架柱与环形托换平台接触处的保护层，将环形托换平台抗剪件安装到原框架柱上，安装环形托换平台钢筋及连接上、下环形托换平台的托换柱钢筋，支设环形托换平台和托换柱模板，浇筑灌浆料并养护，实现柱临时托换结构的施工；

(2) 原框架柱改造位置的处理：

对原框架柱的改造位置保留中央区域，剔除周边区域的混凝土，对连接界面进行处理，对剔除区域的原有钢筋进行整理、修复，形成连接区；

(3) 改造施工：

将新增钢筋锚入连接区并进行固定，支设模板，进行无收缩混凝土浇筑并养护；

(4) 拆除柱临时托换结构，完成框架柱的改造；

其中，在原框架柱的每个侧面分别连接2根工字钢，作为所述抗剪件；

在上侧、下侧的环形托换平台中分别设置两根交叉布置的斜向暗梁，所述斜向暗梁交叉点与原框架柱截面中点重合，4根托换柱分别位于斜向暗梁的端点处，支撑于两组斜向暗梁之间。

2.根据权利要求1所述的无支撑托换的框架柱的改造方法，其特征在于：所述环形托换平台为矩形平台，设有4根所述托换柱，所述托换柱分别位于矩形平台的四角。

3.根据权利要求2所述的无支撑托换的框架柱的改造方法，其特征在于：以原框架柱的边长或者直径为D，所述环形托换平台的边长为2.5D～3.5D，高为500mm～1000mm，所述托换柱的截面边长或直径为0.5D～0.8D。

4.根据权利要求1至3中任一所述的无支撑托换的框架柱的改造方法，其特征在于：用于新增框架梁板，在新增框架梁板区域的每个框架柱处分别设置所述柱临时托换结构，上、下环形托换平台分别位于新增框架梁板的上、下侧，步骤(3)中所述新增钢筋为新增框架梁板纵筋的一部分。

5.根据权利要求1所述的无支撑托换的框架柱的改造方法，其特征在于：步骤(2)中，剔除混凝土后进行清理，清除杂质及酥松混凝土，采用钢丝刷将原结构钢筋上的残留混凝土清理干净，保证钢筋与混凝土连接的握裹效果，对与变形破坏的钢筋，重新布置钢筋与进行补强。

6.根据权利要求1所述的无支撑托换的框架柱的改造方法，其特征在于：步骤(3)中，浇筑的无收缩混凝土采用自密实微膨胀混凝土，对于上口冷缝部位，模板应高出5～10cm，并实时观察进行补灌，保证接缝密实。

Images