一、工程概況

    西安某商住寫字樓為12層全現(xiàn)澆混凝土框架一剪力墻結(jié)構(gòu)形式建筑物，1層—2層層高4. 80 m，三層5.10 m，四層以上為標(biāo)準(zhǔn)層，層高3.40 m。柱網(wǎng)尺寸7800 mm×7500 mm。中跨柱截面尺寸：1層～3層為900 mm×900 mm，4層—6層為800 mm×800 mm。5層以下混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級為C40，5層以上為C35。2002年8月該工程在施工到6層時（6層柱混凝土已澆筑完畢，梁、板模板已安裝完畢，擬澆注混凝土），對3層以下梁柱進(jìn)行混凝土實(shí)體檢測時，發(fā)現(xiàn)3層柱的強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，后采用鉆芯法進(jìn)行強(qiáng)度確定，最大值為14.9 MPa，僅為設(shè)計(jì)強(qiáng)度C40的37. 20%。業(yè)主要求采取可靠措施進(jìn)行處理，以確保結(jié)構(gòu)的安全性符合設(shè)計(jì)要求。

    二、加固方案的選擇

    針對該工程出現(xiàn)的問題，加固單位提出了以下幾種修復(fù)方案，見表5. 17。

    表5.17    三種加固方案的特征

    由于問題柱混凝土強(qiáng)度降低得太多，業(yè)主要求對外包碳纖維布及外包鋼法的加固效果進(jìn)行了縮尺寸模型試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：上述兩種方案的加固效果達(dá)不到恢復(fù)構(gòu)件原有承載能力的程度。業(yè)主與設(shè)計(jì)單位經(jīng)過各方案的論證對比，決定采用托粱換柱修復(fù)方案，即支撐框架梁，將問題柱全部拆除后，重新澆筑。

    三、托梁換柱方案的可行性

    方案實(shí)施前，采用回彈法對與問題柱頂、柱底相連的框架梁梁端部進(jìn)行了強(qiáng)度測試，結(jié)果均大于40 MPa。

    圖5. 26    三層結(jié)構(gòu)平面

    斷柱后各支撐力的大小及各相連框架梁的承載力復(fù)核：

    荷載情況（以荷載標(biāo)準(zhǔn)值為計(jì)算依據(jù)，不考慮活荷載）

    3～5層已完工部分：

    樓面恒載標(biāo)準(zhǔn)值：    3 kN/m2

    6層施工層荷載標(biāo)準(zhǔn)值：

    柱自重：    44.8 kN（作用于④／C柱上）

    施工荷載：

    模板及支架：    1.1 kN/m2

    板鋼筋：    1.1 kN/m2

    梁鋼筋：    1.5 kN/m2

    3層④/C柱拆除后，總支撐力為1170.8 kN。

    各支撐按各框架梁承重面積進(jìn)行支撐力分配，各支撐力為：

    N1=343.1 kN N2=N4=361.2 kN N3=339.5 kN。(分配系數(shù)見圖5. 26)

    3層各支撐梁抗剪能力復(fù)核：

    Vcs+Vc+Vs= 403.8 kN>V=361.2 kN，抗剪承載力滿足要求。

    經(jīng)復(fù)核2層各支座梁抗剪能力也滿足要求。

    斷柱后，3層頂梁支撐段內(nèi)正截面抗彎能力復(fù)核：

    Mu= 255.32 kN·m>M =188.3 kN·m，支撐段內(nèi)梁的正截面抗彎能力滿足要求。

    復(fù)核驗(yàn)算結(jié)論：與④/C柱相連的框架梁的承載能力滿足斷柱后的承載要求。

    斷柱后的梁變形情況見表5.18。

    表5.18    斷柱后的梁變形情況    (單位：mm)

    斷柱后框架梁的承載能力及變形復(fù)核結(jié)果表明：該工程具備實(shí)施托梁換柱的條件。

    圖5.27    支撐及變形監(jiān)測系統(tǒng)示意圖

    四、托梁換柱方案的實(shí)施過程

    支撐系統(tǒng)：為確保支撐系統(tǒng)的安全性，每個支撐點(diǎn)有兩套支撐系統(tǒng)，支撐系統(tǒng)由帶測力儀油壓千斤頂、支撐鋼管、U型托板及墊板組成。

    變形監(jiān)測系統(tǒng)：在四層④/C柱的兩個對面上，粘貼位移刻度板(最小刻度0. 20 mm)，使用水準(zhǔn)儀在距離該柱一個柱距以外進(jìn)行觀測。

    支撐系統(tǒng)及變形檢測系統(tǒng)在安裝調(diào)試正常后，各支撐首次加載至設(shè)計(jì)支撐力值的70%，同時監(jiān)測位移變化，無異常情況后，即開始對原柱進(jìn)行拆除。拆除工作從四周向中間，自下而上進(jìn)行，斷柱時，測力儀及位移均無明顯變化（各支撐即保持該力值），原柱全部拆除后，即迅速清理現(xiàn)場，修復(fù)鋼筋，清刷混凝土接觸面，重新綁扎鋼筋，架設(shè)模板，模板人料口高出柱斷面20 cm。混凝土從四層樓板開洞入料，補(bǔ)強(qiáng)混凝土采用C50，配合比為水：163；42.5水泥：430；二級粉煤灰：60;砂：660；石子：1070；外加劑：SBB - 800: 10；UEA: 30。坍落度：150 +20；凝結(jié)時間：4~6 h。該工程自支撐制作開始至混凝土重新澆筑完畢，共用6天。澆注完畢后4天，混凝土即達(dá)到30 MPa，新舊混凝土界面結(jié)合密實(shí)，未出現(xiàn)裂縫，6層隨即恢復(fù)施工。28天對該柱進(jìn)行實(shí)體檢測，強(qiáng)度滿足C50要求。

    五、結(jié)論

    根據(jù)工程出現(xiàn)的實(shí)際問題，對本修復(fù)方案進(jìn)行了嚴(yán)格驗(yàn)算。并對該方案組織了認(rèn)真的實(shí)施，使三層問題柱在安全穩(wěn)定的支撐條件下得到托換處理。整個托換過程中，柱節(jié)點(diǎn)下移量<0.2 mm，各相關(guān)構(gòu)件均未出現(xiàn)變形裂縫，并且修復(fù)完畢后，相關(guān)構(gòu)件無任何修補(bǔ)痕跡。這種修復(fù)方法不僅滿足了結(jié)構(gòu)的安全要求及使用要求，而且對整個工期未產(chǎn)生明顯影響，并且消除了業(yè)主的心理陰影。工程建成后，使用情況良好，無任何不良情況發(fā)生。