郑 旭 王 喆

(1.福建警察学院，福建 福州 350000; 2.福建船政交通职业学院，福建 福州 350000)

1 工程概况

福州市某办公楼因会议室改造，需要对原有二层楼板处两侧楼梯处一开洞位置(空洞尺寸为7.5 m×5.4 m)进行补板，同时对其周围构件进行加固。该楼建于2001年，为地上5层框架结构，基础形式为桩基础，房屋现状及局部平面布置图如图1，图2所示。

2 现场检测

为了充分了解本工程主体结构工作现状，需要检查原开洞楼板周边4个柱构件和10个梁构件的混凝土抗压强度、截面尺寸及钢筋配置情况。本工程的现场结构检测工作由福建省建筑工程质量检测中心有限公司完成，检测结果(如表1，表2所示)显示：本工程原开洞楼板周边构件的混凝土抗压强度、截面尺寸及钢筋配置情况均满足现行规范的设计要求[1-3]。根据《建筑结构荷载规范》[4]，对补板处进行结构计算，可知补板处增加的恒荷载约为100 kN，增加的活荷载约为80 kN。考虑混凝土楼板的导荷载方式，楼板将荷载传递给次梁，次梁将楼板荷载传递给主梁，算得原有主梁的承载力低于现有设计值的85%，被评为D级构件[2]，需要对其加固。由于本工程仅需要对局部开洞位置的补板，荷载增加不显著，经过中国建筑科学研究院结构电算软件PKPM2010版本的计算，原有结构的桩基础和柱构件的安全系数达到2.0，承载能力有一定富余，不需要进行额外的加固。

表1 混凝土构件强度推定结果汇总表

表2 柱、梁截面最大误差尺寸及箍筋加密区最大误差

3 加固方法的选取

在加固技术上，粘钢法加固针对结构薄弱处加固且针对性强，对于梁端负弯矩处和梁中正弯矩处均能很好的加固；碳纤维布针对性较弱，设计上偏于计算不够明确时采用。粘钢法直接增加结构抗力的有效抵抗面积，碳纤维布加固属于直接增加承载力。粘钢法采用钢板与梁有效粘结，钢板的抗拉属于各向同性；碳纤维布采用两层碳纤维布加固，平行碳纤维布方向抗力较强，垂直碳纤维布方向抗力较弱。根据GB 50367—2013混凝土结构加固设计规范[5]公式9.2.3-1，10.2.3-1和10.2.3-2，粘钢法加固部分扁钢粘在梁底直接提供抗弯承载力且力臂较大；而碳纤维布加固部分与受压区混凝土达到拉压受力平衡后提供抗弯承载力，由于加固后混凝土梁界限受压高度为加固前的85%且力臂较短，因此抗弯承载力提供小于粘钢法。综上所述，粘钢法加固效果总体上优于碳纤维布。

考虑到补板的长边净跨7.5 m，短边净跨5.4 m，为了分担板面荷载传递到周边4根主梁，故补板处增设两根次梁(见图3)。增设两根次梁后分割的板面长短边比大于3，按单向板考虑板的传导荷载，荷载传导到补板周边的主梁(9)-(E-F)和主梁(10)-(E-F)上，同时在结构计算中假定主梁作为次梁的支座，新增的两根次梁以集中力和端部受弯的形式将荷载传导至主梁(9-10)-(E)和主梁(9-10)-(F)上，因此这4根梁属于主要薄弱构件。天井处井字梁属于弱向支撑，其端部荷载(剪力和弯矩)传至主梁(9)-(D-E)和主梁(10)-(D-E)轴上，因此这2根主梁属于薄弱构件。井字梁计算时采用互为支座概念，其端部的弯矩剪力相比于固定支座数值低，因此其端部弯矩和剪力相对于6根主梁增加的少。根据《混凝土结构设计规范》[1]《混凝土结构加固设计规范》[5]计算结果，最后主梁6根应采用粘钢法加固，井字梁采用碳纤维布加固(见图4)。经计算，6根主梁提高承载到原承载力的1.5倍左右，井字梁提高到原承载力的1.2倍。

4 两种加固方法的造价比较

该项目经有资质的第三方造价咨询公司依据《建设工程工程量清单计价规范》[6]核算，粘钢法加固直接工程费达到3.39万元，碳纤维布法加固直接工程费不超过1.0万元。从经济上看，粘钢法较碳纤维布法成本更高，具体项目特征描述和单价见表3。由表3可知：粘钢法加固工序较碳纤维布步骤更多，施工工艺更为复杂。

表3 粘钢法和碳纤维布加固法直接工程费结果汇总表

5 两种加固方法施工工序工艺的比较

粘钢法(如图5所示)需要对龄期较长的构件表面进行打磨，用吹风吸尘的方法除去粉粒，同时用钢丝刷除去表面颗粒，对于构件表面凹凸不平的，还需要用石头胶补平后施工。同时对于钢板表面需要进行除锈和粗糙处理，用打磨工具打磨直至出现金属光泽，粘钢胶按照比例1∶ 2将A胶和B胶调和均匀后进行施工，压紧钢板与加固构件的表面，最后用水泥砂浆进行密封保护钢板和U字型箍(见图6)，容易在施工后产生阴阳脸(抹面不均匀的情况)影响外观，整个施工工序需要7 d左右。

碳纤维布(如图7所示)施工时需要铲除抹灰层，用砂轮机打磨混凝土表面后用压缩空气将表面吹灰，特别在转角处粘贴碳纤维布时应注意倒角处理，碳纤维布胶按照1∶ 1比例将A胶和B胶调和均匀后进行施工，用特制的滚筒沿纤维受力方向在贴好的碳纤维布上多次滚压施工后由于碳纤维布厚度较薄，抹灰找平后相对较为美观不影响外观，整个施工工序需要3 d左右。从施工时间上看，粘钢法施工工序多，花费时间较长。碳纤维布加固法相对施工工序少，花费时间较短。

6 结语

通过对福州市某办公楼加固机理及施工全过程的分析，得出结论如下：

1)加固效果上看，粘钢法加固的效果优于碳纤维布加固的效果，且更针对于结构薄弱处进行加固，建议对于梁、柱等主要竖向传力构件采用粘钢法加固，对于板次要受力构件可以采用碳纤维布加固方法。

2)从施工造价上看，粘钢法加固的代价较碳纤维布造价高。

3)施工时间上，粘钢法加固由于工序较多，花费时间较长。碳纤维布加固工序相对少，花费时间相对较短。

4)从建筑构件外形上看，粘钢法加固由于自身钢板厚度较大，且需要粉刷水泥砂浆保护钢板不受锈蚀，容易造成外观上看有鼓出(阴阳脸)的情况。碳纤维布相对厚度较薄，粉刷后外形较美观。

5)施工方法上看，碳纤维布加固施工工艺较为简单。而粘钢法加固时需要附加压条压入、化学锚栓打入孔洞等，施工工艺较为复杂。且孔洞需要吹灰等工序，施工上对于施工条件要求更高。