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1、預應力技術在改造工程中的應用東南大學大禮堂是該校的一幢標志性建筑，建于本世紀30年代。經檢查，部分結構構件已不再符合規范所要求的安全等級，須對大禮堂進行補強加固，并將大禮堂東廂2層樓房的底層改造成一大空間報告廳，取名為春暉堂。這樣，就需抽除底層4根300mm300mm的柱子Z1Z4(圖4-18-1)，以滿足建筑使用要求。該房建筑平面尺寸為17.28m11.60m，屬內框架混合結構。然而，抽柱后結構傳力途徑的改變使外縱墻及其地基基礎上所受外載增加；另外，由于l964年增建的禮東教學樓引起原本較弱的地基(R60kN/m2)不均勻沉降，導致春暉堂東端南北外墻出現了明顯的斜裂縫。因此，改造過程中，對外2、縱墻及地基基礎也必須作相應的加固處理。第1章 加固改造方案經檢測，春暉堂原二層樓面的內框架梁L1、L2、L3和次梁L1、L2的截面尺寸均為300mm400mm，四周承重墻寬占bw=370mm，混凝土強度等級C20，級鋼，屈服強度設計值y=210N/mm2。對此，補強改造的方案可以有多種，但主要有以下3種方案：【方案一】原則上不改變原梁的主次關系，直接加固梁L1、L2，用作主梁。而L1、L2仍為次梁，它們將樓面荷載傳給L3，隨后再傳到L1、L2上，最后通過南北承重縱墻傳入基礎，但這樣使梁L1、L2兩端的縱墻上新增荷載過于集中。荷載傳遞流程如圖4-18-2(a)所示。【方案二】將原梁L1、L2和次3、梁L1、L2均加固成主梁，而把梁L3改作次粱。這樣，外縱墻上所承受的新增荷載分布較均勻，受力合理。荷載傳遞流程如圖4-18-2(b)所示。【方案三】將原樓面梁L1、L2、L1、L2和L3加固轉變成井式梁結構，使樓面荷載較均勻地傳遞到縱、橫外墻上，但加固梁施工工作量大，且有一定難度。荷載流程如圖4-18-2(c)所示。實際工程中，綜合考慮各方案的加固梁工作量、施工難度和重新分布荷載的均勻程度，最后采用方案二。具體加固方法是：采用梁兩側對稱設置折線形高強預應力鋼絞線束進行補強，同時將加固梁L1、L2、L1、L2兩頭的預應力筋張拉錨固端內埋于縱墻外周邊的圈梁(770mm400mm)內，以滿足建筑外立4、面要求。張拉結束后，用C30混凝土封堵外圈梁上局部缺口，并包裹鋼絞線束，以達到防火、防銹蝕的目的，見圖4-18-3。另外，一方面考慮到柱抽除后外縱墻上荷載增加，房屋側向剛度削弱，故采用單側配筋細石混凝土夾板墻結合鋼筋混凝土扶壁柱法加固外縱墻(圖4-18-4)，另一方面，因為地基基礎較弱，以及傳力途徑改變使地基基礎上荷載增加，所以采用壓力注漿旋噴樁結合抬梁法加固外墻下地基基礎(圖4-18-5)，這樣還可有效阻止不均勻沉降的繼續發展。旋噴樁對稱于墻中心線布置，扶壁柱下設4根，窗間墻下設2根。第2章 加固改造設計計算春暉堂抽柱改造后，二層樓面梁L2上還要增加一面3.5m高的內墻。為減輕自重，采用墻兩5、側各抹灰厚25mm砂漿的泰柏板輕質墻體。這樣加固主梁分為兩類：帶墻的L2和不帶墻的L1、L2、L1。在梁L1、L2、L1和L2的加固設計中，將原梁混凝土整截面視作加固梁的受壓區，原梁鋼筋的作用不再計入，而僅將其作為加固梁的一部分安全儲備。另外，由于采用預應力加固改造法，抽柱前在對梁L1、L2、L1和L2的加固過程中，預應力產生的等效荷載可平衡掉原梁上的靜載，從而卸去柱上的壓應力，方便了柱子的拆除。具體設計計算方法如下：第1節 梁L1、L2、L1和L2的荷載與內力1.底層四柱抽除后，梁L1、L2、L1和L2均可簡化成簡支梁。梁上靜、活荷載標準值分別以D、L表示，圖4-18-6為加固梁的計算簡圖。6、2.由加固梁計算簡圖可計算出控制截面內力值：梁L1、L2和L1的彎矩M1=623kNm，剪力V1=215kN；梁L2的彎矩M2=739kNm，剪力V2二255kN。第2節 預應力筋估算預應力筋選用1570級j15鋼絞線，錨具選用JM15-3夾片錨。張拉控制應力：對梁L1、L2和L1取con1=0.65ptk=1020N/mm2，對梁L2取con2=0.56 ptk =879N/mm2。根據公式Ap=M(PPR)(0.9pshop)，估算出預應力筋面積，結果列于表4-18-1。式中：PPR預應力度，因不考慮原梁鋼筋抗彎作用，故取l.0；ps預應力筋極限應力設計值，近似取con。第3節 預應力加固7、梁承載力計算預應力損失1；預應力損失2主要包括預應力筋與鋼盒間的摩擦損失12，錨固損失11，松弛損失14和混凝土壓縮徐變損失15。計算結果見表4-18-2。預應力筋的極限應力設計值ps：按照公式ps =(1/1.2)( pe+50014000)計算，結果列于表4-18-2。加固梁的抗彎與抗剪承載方Ms與Vs：將加固預應力視作梁的內應力，根據力學平衡條件N=0，M=0，易得抗彎與抗剪承載力Ms，和Vs。最后，將其與設計彎矩M和設計剪力V比較，結果示于表4-18-2。MsM、Vs/V均大于1，滿足承載力要求。外縱墻、地基基礎的設計計算：按照相應的加固規范計算，此處從略。第3章 主要施工技術1.施工8、順序：地基基礎加固承重墻加固橫向主梁預應力加固拆柱。其中，關鍵是預應力加固梁后的反拱有效地方便了柱子的拆除。2.采用配備空壓機的沖擊鉆桿高效率傾角打洞技術，在圈梁上快速打出穿預應力束的斜孔。預應力鋼絞線采用單根穿。對3根j 15鋼絞線束采用JM153夾片錨，對2根j 15鋼絞線束也采用JMI53夾片錨，但張拉時，要在第3個錨具孔內插入約1.2m長的j 15短鋼絞線。張拉方式為：用2臺千廳頂于梁兩端斜對稱同步一端張拉。為減少摩擦損失，張拉時，在鋼絞線與鋼盒支撐墊棍間放置滑動薄鐵皮。3.采用跨過梁頭的厚鋼板(h=35mm)將預應力筋錨固力傳至梁端，以避免梁端兩側圈梁因打洞使截面削弱而被剪壞。另外，9、完全將錨具埋置于外圈梁內，不影響建筑立面外形的美觀。4.如圖4-18-7所示，梁L1、L2南端間的圈梁由原先的770mm400mm的矩形截面(虛線)改成了梯形截面，而Ll、L2正好各有一束預應力筋從該段梯形截面圈梁上穿過，并且其傾斜方向與梯形斜面方向相反。這給施工帶來很大困難。因為當時工期非常緊，且此處錨固集中應力又很大，經多方案比較后，使用了特殊配方的高強混凝土澆筑于圖4-18-7中陰影區范圍，長度60cm。2d后，混凝土強度即超過了C30。張拉時，將這端作為錨固端，以降低應力集中峰值。施工結果表明，這一措施不但保證了質量，也保證了工期。5.最后利用混凝土抗拉強度低的特性，采用預應力快速破斷技術，半天移除4柱。第4章 結語改造后的春暉堂，成為一個寬敞氣派的大空間報告廳，總使用面積為200.4m2，效果非常顯著。現場測試結果為：加固梁總反拱值平均4.5mm；張拉階段預應力產生的等效荷載等同于柱上所受拉力，這些結果與設計值較吻合。實踐證明：預應力加固改造法不但能對普通梁進行常規體外加固，而且，能夠有效地用于建筑物改造工程與拆除工程，它的推廣應用前景和由此產生的綜合經濟效益則是不言而喻的。