既有大跨结构上新增柱网的叠合加固结构及方法与流程

本发明属于建筑工程领域，具体地，涉及一种在既有大跨结构上新增柱网的叠合加固方法。

背景技术：

根据当前的城市规划管理工作要求，有序实施城市修补和有机更新，延续历史文脉，将成为重点。目前，在很多城市普遍存在一些由于资金问题或者不能适应市场需求而造成停工的“烂尾楼”，而类似工程的改造和重新设计，对盘活停工项目、改善城市形象很有必要。同时，在以后的城市化进程中，既有建筑的检测鉴定与加固改造将提上重要的日程。

然而，在现有的加固改造技术中，普遍存在一些诸如加固后使用耐久性、加固施工过程中因为构件拆除而临时性措施不到位引起的安全隐患、加固后抗震性能降低等问题。

技术实现要素：

为克服现有技术存在的缺陷，本发明提供一种在既有大跨结构上新增柱网的叠合加固方法，无需中断既有建筑的功能使用，并能够较大程度地提高改造后结构的承载能力，还具有施工质量高和施工成本低的优点。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

既有大跨结构上新增柱网的叠合加固结构，包括：既有结构柱、既有大跨结构梁，既有大跨受力梁支承于既有结构柱上；其中：既有大跨受力梁上设置新增梁叠合层，新增梁叠合层内设置型钢，既有大跨受力梁与新增梁叠合层在新老混凝土交界面处设置抗剪连接钢筋和界面构造钢筋。

优选地，新增梁叠合层内设置新增梁叠合层外圈封闭箍筋、新增梁叠合层内部倒U形箍筋、新增梁叠合层底筋、新增梁叠合层顶筋以及新增梁叠合层腰筋，其中新增叠合层内部倒U形箍筋与抗剪连接钢筋焊接，新增叠合层外圈封闭箍筋和新增叠合层内部倒U形箍筋的总断面面积不能小于既有大跨结构梁箍筋的总断面面积。

优选地，新增梁叠合层位于既有结构柱上的位置设置柱顶连接叠合层，既有结构柱、既有结构板与柱顶连接叠合层在新老混凝土交界面处通过设置柱顶叠合层与底部柱有效连接钢筋和柱顶叠合层底部抗滑移钢筋进行可靠连接。

优选地，柱顶连接叠合层内设置连接区复合箍筋，连接区复合箍筋布置于柱顶叠合层与底部柱有效连接钢筋长度范围，间距≤100mm且满足柱端箍筋抗震加密要求。

优选地，柱顶连接叠合层内设置水平环箍、横向环箍、纵向环箍。

优选地，新增梁叠合层上设置新增柱子，新增柱子纵筋伸入新增梁叠合层的底部，并设置矩形封闭箍，有效约束固定新增柱子纵筋。

优选地，新增梁叠合层正交方向设置联系梁，联系梁底部设置聚苯板代替模板。

优选地，所述新老混凝土交界面处理时，应根据使用需要采取相应处理方法，并满足设计提出的处理质量要求。

优选地，所述新老混凝土交界面处设置的抗剪连接钢筋和界面构造钢筋，应根据使用需要进行计算确定。

上述的既有大跨结构上新增柱网的叠合加固结构的施工方法，包括以下步骤：

(一)、整体结构叠合加固设计

(1)、根据受力要求，计算确定叠合梁整体截面高度，同时要保证既有大跨结构梁箍筋和既有大跨结构梁底筋满足计算要求，而无需进行加强处理；

(2)、根据受力计算确定抗剪连接钢筋的截面面积，并不小于既有大跨结构梁箍筋的截面面积；

(3)、根据受力计算确定柱顶叠合层与底部柱有效连接钢筋的截面面积，其中应不小于梁端柱顶纵筋计算截面面积；

(4)、根据受力计算确定新增梁叠合层顶筋的截面面积，并根据受力大小确定新增梁叠合层延伸段的长度；

(5)、新增叠合层外圈封闭箍筋和新增叠合层内部倒U形箍筋的总截面面积不能小于既有大跨结构梁箍筋的总截面面积；

(6)、新增梁叠合层底筋需满足新增梁叠合层截面的受力纵筋最小配筋率要求，新增梁叠合层腰筋需满足规范构造要求；

(7)、根据柱顶剪力计算结果，确定柱顶连接叠合层的平面尺寸；

(二)、保证新老混凝土共同工作

(1)、新老混凝土交界面处理：采用人工凿毛法或高压水射法，去除原有混凝土疏松、破损及表面碳化层，形成凹凸差不小于6mm的粗糙面；

(2)、在既有大跨结构梁外新增梁叠合层区域的既有结构板上种植界面构造钢筋；

(3)、在既有结构柱外柱顶连接叠合层区域的既有结构板上种植柱顶叠合层底部抗滑移钢筋；

(三)、新增梁叠合层连接处理

(1)、抗剪连接钢筋植入既有大跨结构梁满足不小于15倍直径要求；

(2)、界面构造钢筋植入既有结构板满足不小于10倍直径要求；

(3)、新增梁叠合层内部倒U形箍筋与抗剪连接钢筋进行焊接；

(4)、根据既有大跨结构梁加高后抗震加密区变长的需要，在新增叠合层内构造设置型钢，增加整体叠合结构的抗震延性；

(四)、柱顶连接叠合层连接处理

(1)、柱顶叠合层与底部柱有效连接钢筋植入既有结构柱满足植筋抗拉锚固深度设计要求；

(2)、柱顶叠合层底部抗滑移钢筋植入既有结构板满足不小于10倍直径要求；

(3)、根据梁端柱顶计算要求，在柱顶连接叠合层内设置连接区复合箍筋，提高连接部位的核心区抗剪能力；

(4)、根据计算受力分析和构造要求，在柱顶连接叠合层内设置水平环箍、横向环箍、纵向环箍，提高柱顶连接叠合层的整体抗扭能力；

(五)、新增柱子底部连接处理

(1)、新增柱子纵筋伸入新增梁叠合层的底部，并设置矩形封闭箍，有效约束固定新增柱子纵筋；

(2)、为避免叠合层承受过大的扭矩作用，在正交方向设置联系梁，联系梁的截面配筋根据柱底弯矩计算确定，同时，为保证联系梁的独立受力以及施工方便，梁底设置聚苯板代替模板，并与既有结构板相脱离；

(六)、混凝土施工专项要求

(1)、待验收工作完成后，进行模板安装工作，模板标高、位置、尺寸应准确符合设计要求，支撑和模板固定可靠，模板拼缝严密；

(2)、浇筑混凝土，振捣，养护。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、无需对既有结构进行构件拆除，对既有结构损伤少，并且无需中断既有建筑的正常功能使用；

2、充分利用既有结构具备一定承载能力的特点，无需进行临时性的施工安全支撑措施，不仅降低了施工成本，还提高了施工效率；

3、通过在新老混凝土交界面处设置抗剪连接钢筋，保证叠合结构在交界面处的抗剪承载力，最终保证叠合结构的整体抗弯承载力；

4、在新增叠合层内通过设置型钢，来提高整体叠合结构的抗剪能力，增加叠合结构的抗震延性，以满足大跨结构梁截面加高后抗震加密区变长的需要；

5、通过设置柱顶叠合层与底部柱有效连接钢筋，保证了叠合结构在柱顶连接区域的抗弯承载力，通过设置柱顶连接区复合箍筋，提高了柱顶连接部位的核心区抗剪能力；

6、通过新老混凝土交界面处理，并设置新增梁叠合层界面构造钢筋和柱顶叠合层底部抗滑移钢筋，保证了叠合结构的有效水平力传递能力。

附图说明

图1是既有大跨结构上新增柱网的叠合加固结构的整体结构平面图；

图2是既有大跨结构上新增柱网的叠合加固结构的整体结构立面图；

图3是叠合梁剖面详图；

图4是柱顶连接平面详图；

图5是柱顶连接剖面详图；

图中：1、既有结构柱，2、既有大跨结构梁，3、新增梁叠合层，4、型钢，5、柱顶连接叠合层，6、新增柱子，7、联系梁，8、既有结构板，9、既有大跨结构梁箍筋，10、既有大跨结构梁底筋，11、既有大跨结构梁顶筋，12、新老混凝土交界面，13、抗剪连接钢筋，14、界面构造钢筋，15、新增叠合层外圈封闭箍筋，16、新增叠合层内部倒U形箍筋，17、新增梁叠合层底筋，18、新增梁叠合层顶筋，19、新增梁叠合层腰筋，20、型钢，21、新增柱子纵筋，22、矩形封闭箍，23、聚苯板，24、柱顶叠合层与底部柱有效连接钢筋，25、柱顶叠合层底部抗滑移钢筋，26、连接区复合箍筋，27、水平环箍，28、横向环箍，29、纵向环箍。

具体实施方式

如图1至图5所示，既有大跨结构上新增柱网的叠合加固结构，包括：既有结构柱1、既有大跨结构梁2，既有大跨受力梁2支承于既有结构柱1上；既有大跨受力梁2上设置新增梁叠合层3，以增加梁有效截面高度；新增梁叠合层3内设置型钢20，以提高整体叠合结构的抗剪能力，增加叠合结构的抗震延性，满足大跨受力梁加高后抗震加密区变长的需要；既有大跨受力梁2与新增梁叠合层3在新老混凝土交界面12处设置抗剪连接钢筋13和界面构造钢筋14，以进行有效连接。

新增梁叠合层3内设置新增梁叠合层外圈封闭箍筋15、新增梁叠合层内部倒U形箍筋16、新增梁叠合层底筋17、新增梁叠合层顶筋18以及新增梁叠合层腰筋19，其中新增叠合层内部倒U形箍筋16与抗剪连接钢筋13焊接，新增叠合层外圈封闭箍筋15和新增叠合层内部倒U形箍筋16的总断面面积不能小于既有大跨结构梁箍筋9的总断面面积。

新增梁叠合层3位于既有结构柱1上的位置设置柱顶连接叠合层5，既有结构柱1、既有结构板8与柱顶连接叠合层5在新老混凝土交界面12处通过设置柱顶叠合层与底部柱有效连接钢筋24和柱顶叠合层底部抗滑移钢筋25进行可靠连接。

柱顶连接叠合层5内设置连接区复合箍筋26，连接区复合箍筋26布置于柱顶叠合层与底部柱有效连接钢筋24长度范围，间距≤100mm且满足柱端箍筋抗震加密要求，目的为提高柱顶连接部位的核心区抗剪能力，增加柱顶连接部位的抗震延性，从而提高叠合加固结构的整体抗震能力。

柱顶连接叠合层5内设置水平环箍27、横向环箍28、纵向环箍29，以提高柱顶连接叠合层5的抗扭能力。

新增梁叠合层3上设置新增柱子6，新增柱子6可根据上部建筑使用需要进行布置，具有较大的自由性。新增柱子纵筋21伸入新增梁叠合层3的底部，并设置矩形封闭箍22，有效约束固定新增柱子纵筋21。

新增梁叠合层3正交方向设置联系梁7，以避免叠合层承受过大的扭矩作用。联系梁7底部设置聚苯板23代替模板，以保证联系梁7的独立受力以及施工方便。

所述新老混凝土交界面处理时，应根据使用需要采取相应处理方法，并满足设计提出的处理质量要求。

所述新老混凝土交界面处设置的抗剪连接钢筋和界面构造钢筋，应根据使用需要进行计算确定。

上述既有大跨结构上新增柱网的叠合加固结构的施工方法，包括以下步骤：

(一)、整体结构叠合加固设计

(1)、根据受力要求，计算确定叠合梁整体截面高度，同时要保证既有大跨结构梁箍筋9和既有大跨结构梁底筋10满足计算要求，而无需进行加强处理；

(2)、根据受力计算确定抗剪连接钢筋13的截面面积，并不小于既有大跨结构梁箍筋9的截面面积；

(3)、根据受力计算确定柱顶叠合层与底部柱有效连接钢筋24的截面面积，其中应不小于梁端柱顶纵筋计算截面面积；

(4)、根据受力计算确定新增梁叠合层顶筋18的截面面积，并根据受力大小确定新增梁叠合层延伸段4的长度；

(5)、新增叠合层外圈封闭箍筋15和新增叠合层内部倒U形箍筋16的总截面面积不能小于既有大跨结构梁箍筋9的总截面面积；

(6)、新增梁叠合层底筋17需满足新增梁叠合层3截面的受力纵筋最小配筋率要求，新增梁叠合层腰筋19需满足规范构造要求。

(7)、根据柱顶剪力计算结果，确定柱顶连接叠合层5的平面尺寸。

(二)、保证新老混凝土共同工作

(1)、新老混凝土交界面处理：采用人工凿毛法或高压水射法，去除原有混凝土疏松、破损及表面碳化层，形成凹凸差不小于6mm的粗糙面；

(2)、在既有大跨结构梁2外新增梁叠合层3区域的既有结构板8上种植界面构造钢筋14；

(3)、在既有结构柱1外柱顶连接叠合层5区域的既有结构板8上种植柱顶叠合层底部抗滑移钢筋15。

(三)、新增梁叠合层连接处理

(1)、抗剪连接钢筋13植入既有大跨结构梁2满足不小于15倍直径要求；

(2)、界面构造钢筋14植入既有结构板8满足不小于10倍直径要求；

(3)、新增梁叠合层内部倒U形箍筋16与抗剪连接钢筋13进行焊接；

(4)、根据既有大跨结构梁加高后抗震加密区变长的需要，在新增叠合层内构造设置型钢20，增加整体叠合结构的抗震延性。

(四)、柱顶连接叠合层连接处理

(1)、柱顶叠合层与底部柱有效连接钢筋24植入既有结构柱1满足植筋抗拉锚固深度设计要求；

(2)、柱顶叠合层底部抗滑移钢筋25植入既有结构板8满足不小于10倍直径要求；

(3)、根据梁端柱顶计算要求，在柱顶连接叠合层5内设置连接区复合箍筋26，提高连接部位的核心区抗剪能力；

(4)、根据计算受力分析和构造要求，在柱顶连接叠合层5内设置水平环箍27、横向环箍28、纵向环箍29，提高柱顶连接叠合层5的整体抗扭能力；

(五)、新增柱子底部连接处理

(1)、新增柱子纵筋21伸入新增梁叠合层3的底部，并设置矩形封闭箍22，有效约束固定新增柱子纵筋21；

(2)、为避免叠合层承受过大的扭矩作用，在正交方向设置联系梁7，联系梁的截面配筋根据柱底弯矩计算确定，同时，为保证联系梁的独立受力以及施工方便，梁底设置聚苯板23代替模板，并与既有结构板8想脱离。

(六)、混凝土施工专项要求

(1)、待验收工作完成后，进行模板安装工作，模板标高、位置、尺寸应准确符合设计要求，支撑和模板固定可靠，模板拼缝严密；

(2)、浇筑混凝土，应连续浇筑一次成型，如必须间歇，间歇时间尽量缩短，并在下层混凝土初凝前将上层混凝土浇筑完毕；振捣时，应避免振动棒碰撞模板，如模板、支架发生变形移位时立即停止浇筑，并在已浇筑的混凝土凝结前休整完好。混凝土浇筑完毕待终凝时应开始洒水养护，具体可根据混凝土塌落度、气温等情况综合确定。

采用该方法对既有结构进行加固改造，可充分利用既有结构具备一定承载能力的特点，无需进行临时性的施工安全支撑措施，不仅降低了施工成本，还提高了施工效率；对既有结构损伤少，并无需中断既有建筑的正常使用功能；改造后结构承载能力提升效果明显，并能满足使用安全、耐久性和抗震延性要求，适用范围广。