& 建筑改户型中碳纤维加固补强应用
建筑改户型中碳纤维加固补强应用
摘 要：随着建筑使用年限增加或使用性质改变，为满足建筑的的使用功能，对结构进行加固成为必然。对以前修建的楼房，因其设计荷载标准偏低，普遍存在承载力不足的问题，更有一些建筑在远没有达到设计寿命时，便出现耐久性能
【题　名】建筑改户型中碳纤维加固补强应用
【作　者】左军琦
【机　构】邯郸市住房保障和房产管理局
【刊　名】《科技信息》2009年 第26期 311-311页　共1页
【关键词】加固补强 高建筑 碳纤维 应用 户型 设计寿命 承载能力 承载力不足
【文　摘】随着建筑使用年限增加或使用性质改变，为满足建筑的的使用功能，对结构进行加固成为必然。对以前修建的楼房，因其设计荷载标准偏低，普遍存在承载力不足的问题，更有一些建筑在远没有达到设计寿命时，便出现耐久性能严重退化的现象，影响其承载能力和使用寿命。因此，采用适当的加固和改造技术措施，可以提高建筑的承载能力，满足建筑的使用性能。
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加固补强,高建筑,碳纤维,应用,户型,设计寿命,承载能力,承载力不足
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毕业设计（论文）
型： □毕业设计说明书
■毕业论文
目： 碳纤维加固技术在建筑工程中的应用
学生姓名：
指导教师： 王伟
业： 建筑工程技术
Abstract Ⅲ
1 概述 1 1.1碳纤维的由来及其发展 1 1.2碳纤维的性能及其分类 1 1.3碳纤维加固技术 2
2 建筑工程中传统加固方法与碳纤维加固的比较 4 2.1传统加固方法 4 2.1.1适用于混凝土的直接加固法 4 2.1.2适用于混凝土的间接加固法 5 2.1.3与混凝土结构加固改造配套使用的技术 5 2.1.4适用于砌体结构的直接加固法 6 2.1.5适用于砌体结构的间接加固法 6 2.1.6砌体结构构造性加固与修补 6 2.2碳纤维加固法 7 2.3 与传统加固方法相比较碳纤维加固的优势 10
3 碳纤维加固技术在建筑工程中的具体应用 13 3.1 碳纤维加固技术在建筑物改造工程中的应用 13 3.1.1 工程概况 13 3.1.2构造措施 13 3.1.3加固施工工艺流程及施工工艺要点 13 3.1.4工程加固对比分析 14 3.2 碳纤维加固技术在工业建筑中的应用 14 3.2.1 工程概况 14 3.2.2碳纤维加固施工工艺流程及其操作要点 15 3.2.3工程加固对比分析 16
4 结束语 17
参考文献 18
传统加固补强技术整体水平比较落后，施工方法和工艺比较复杂，并且设备繁多、受场地等因素的限制。作为新兴的纤维增强材料加固技术，特别是碳纤维加固法修复混凝土结构具有高强高效、施工便捷、耐腐蚀、自重轻、不增加结构尺寸等明显的优点。除此之外通过材料价格、施工操作及维修成本等三方面的技术分析可以看出，碳纤维材料加固混凝土具有优良的性能价格比、科技含量高、技术先进，该技术具有良好的技术经济效益、社会效益和环境效益，在综合工程经济性能等方
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卡本：梁板加固工程中，碳纤维布该如何应用？
发布日期： 13:30
　　近年来，人们对建筑物的安全性、适用性和耐久性的要求不断增加，且因为各种各样的不良因素的影响，建筑物承受着各种各样的摧残，建筑物的安全性不断降低，给人们的生命财产带来了潜在威胁，因此对既有建筑的结构维护及补强加固引起人们的广泛重视。
　　目前，工程上常用的钢筋混凝土结构补强加固方法主要有：增大截面加固法、外包钢加固法、粘钢加固发等等，这些加固方法在实际工程中应用多多少少都会有一定的缺陷，如化学腐蚀、增加结构自重、接点不容易处理、施工难度大等。碳纤维布补强加固钢筋混凝土结构技术作为一种新兴的、技术含量高的建筑补强加固方法，在实际工程应用的得到了广泛的应用。
　　相信做过碳纤维布加固钢筋混凝土结构工程的人都知道，碳纤维布作为加固补强材料，其强度一般为建筑用钢材的好多倍，弹性模量也比普通建筑所用钢材高，是一种优良的加固补强材料，除了这些特点之外，经观察，使用碳纤维布加固混凝土构件还能给混凝土构件提供有效的保护措施，防止混凝土腐蚀，在提高混凝土结构承载力的同时提高混凝土的耐久性。
　　梁板加固工程中，碳纤维布设计原理及处理方法：
　　碳纤维布加固补强混凝土梁板时，截面的平均应变仍符合平截面假定原则，在计算分析中，可将其做为一个基本假定。根据平截面假定，碳纤维的应变应略大于钢筋应变，为简化计算，可以近似认为碳纤维的拉应变等于钢筋拉应变，按照拉力相等的原则，可将碳纤维布的面积转化为等效钢筋面积，然后根据钢筋混凝土单筋矩形截面受弯构件的正截面承载力设计公式进行计算。
　　梁板加固工程中，碳纤维布的施工工艺：
　　在进行施工前针对建筑结构可靠性鉴定等级确定加固补强方案，然后根据加固补强方案进行设计，在进行设计的同时应考虑碳纤维布加固施工方法的特点及合理的构造措施。保证施工质量，并应按照有关规定进行施工和验收，具体施工工艺如下：
　　1、施工前准备及表面处理方法
　　清除被加固混凝土构件表面的剥落、疏松、蜂窝、腐蚀等劣化混凝土，露出混凝土结构层，对于较大的孔洞、凹处采用卡本修补材料进行修补整平。因为碳纤维布沿其纤维方向弯折会产生较大的集中应力，导致纤维丝折断，影响加固效果，所以碳纤维布在转角粘贴时，混凝土转角需进行倒角处理，并打磨成圆弧状，且圆弧半径不应小于20mm，因为据实验证明，圆弧半径为20mm时能有效减缓碳纤维布应力集中的问题。
　　2、涂刷底层树脂胶
　　涂刷底胶的目的是为了加强碳纤维布与混凝土表面的粘结力，对于充分发挥碳纤维布高强特性以及加固效果尤为重要，这就需要严格照底胶厂家的使用说明进行配比施工。
　　3、粘贴碳纤维布
　　在底胶涂抹进行完毕之后，将按照设计要求裁剪好的碳纤维布进行粘贴，将碳纤维布用手轻压于需要粘贴的部位，采用专用滚筒顺着碳纤维布的方向进行多次滚压，排除粘贴碳纤维布中的气泡，使碳纤维布与混凝土表面进行充分粘结，切记，在进行滚压的时候一定要单方向滚压，以防止碳纤维丝破坏。最后在碳纤维布上在进行涂抹一层面胶，用塑料薄膜进行防护。
　　总的来说粘贴碳纤维布加固法是一种简单便捷的加固方法，但是它也不是万能的，在规范中明确指出，粘贴碳纤维布加固法在提高构件承载力的时候，最多只能提高其承载力的40%，所以在实际工程中应根据实际情况选则合理的加固方法，才能达到加固补强的真正目的!
　　小知识：
　　平截面假定：平截面假定是材料力学中的一个变形假设，即就是垂直于杆件轴线的各平截面(即杆的横截面)在杆件受拉伸、压缩或纯弯曲而变形后仍然为平面，并且同变形后的杆件轴线垂直。
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本文由 鼎峰加固 整理;有任何问题都可以致电： &张经理为你解答；
1 工程概况
大连东北金融办公楼建筑面积约4万m!，主体地上29层、地下3层，裙楼4层、局部5层，总高111 n1 由中国电子工程设计院设计，该建筑物主楼结构形式为钢筋混凝土框架一剪力墙结构，裙房结构形式为钢筋混凝土框架结构；主楼地基采用菠板式基础，持力层为中风化岩，地基承载力为1 100 kPa；裙房采用独立柱基，持力层为强风化岩，地基承载力为400 kPa 该工程1993年开工，1994年10月停工，停建时主体结构完成，外部围护结构和装饰基本完成。
& &原设计主楼地下3层为消防水池，层高6．4 m ；地下2层为设备站房，层高3．6 m，地下1层为管道转换层，层高2 1 m；I层～10层为办公用房，11层为设备管道转换层，12层以上为公寓式酒店，其中5层以上层高均为3．0 m。裙房地下1层为地下车库，1层～4层中间部分为共享空间，周围有办公用房和游泳池等，共享空间屋面采用网架结构。
& &该建筑现由某单位接受改造，欲改造成一栋综合型办公楼改造后斋满足新的功能使用要求，要求结构安全、经济适用。
2 检测结果
由业主委托大连理工大学振动与强度测试中心有限公司对擎栋楼进行检测，检测内容包括：梁、板、柱、墙混凝土强度检测；结构裂缝及其他缺陷普查；梁、板、柱、墙钢筋分布，保护层厚度检测；梁、柱截面尺寸检查；板、墙厚度检查；主要轴线尺寸检查。通过检测报告发现现场钢筋保护层厚度大多不合格，局部楼层地面楼板上部钢筋腐蚀较为严重；局部梁柱混凝土强度等级达不到原设计要求，但结构构件裂缝很少。
3 主体结构整体验算
3．1 使用年限确定
本建筑设计时间在20世纪90年代初，施工停建距今也过去了十几年时间．原设计使用年限为5O年。主体结构的剩余使用年限确定直接影响到建筑物的改造可行性、投资资金、加固技术水平和业主的需求等方面，也影响到加固设计主体结构抗震设防标准：若后续设计使用年限为50年，地震作用取重现期50年，震构造需按2001规范；后续设计使用年限为30年，地震作用取重现期30年，由于主体结构始建至今为15年，加上后续年限少于50年，抗震构造可按89规范。由于抗震构造措施加固和改造很复杂，造价过高，所以和业主协商采用后续设计使用年限为30年，这样也满足《钢筋混凝土结构加固设计规范》第3．1 7-2条，但第一次检查时间不应迟于10年。
3．2 采用规范版本确定
& &由以上使用年限的确定，关于抗震构造措施，就可以采用89规范，结构构造方面可不进行加固改造。但《钢筋混凝土结构加固设计规范》第3 2．1条规定，采用的结构分析方法，应遵守现行国家规范，所以进行结构整体验算及构件承载力验算时采用2001规范，以保证结构的安全性。
3．3 结构分析
荷载按照现行的《建筑结构荷载规范》(2006年)以及业主功能要求，其中在1层局部为密集书柜，荷载采用12．0 kN/m2；5层为计算机中一tk,的机房，荷载采用10．0 kN/m2。计算模型采用两种，即主楼结构不含裙房和主楼结构含裙房。采用SE'TWE计算软件，对主体结构进行了多遇地震作用下承载力和弹性变形验算，计算结果见表1，主体结构的变形满足现行规范要求，刚度不需进行加大。
& &计算结果发现局部梁超筋；局部梁、板原配筋小于新计算配筋；局部柱轴压比超限。这些不满足要求的地方集中在功能改变，荷载加大以及混凝土强度等级没达到原设计要求的部位。
4 加固改造设计
4．1 保护层加固设计
由于出现了大面积的钢筋保护层不合格情况，针对这种现象，在进行加固时，先凿除原结构构件中的蜂窝或碳化的混凝土表层，对原结构表面进行凿毛处理，清洁表面后，需涂上一层新旧混凝土界面胶，作为钢筋保护层和界面层，然后采用砂浆填补修复原结构，最后在大面积混凝土面上涂刷一层结构胶来封堵裂缝及作为防碳化保护层，再做建筑面层。
4．2 梁、板加固设计
4．2．1 梁超筋加固设计
梁超筋现象集中出现在密集书柜和计算机中心范围内，超筋现象的出现主要还是体现在荷载增加幅度太大，超出原设计的一倍，原设计梁截面偏小，出现超筋现象，所以采用增大截面加固法，并且相对整栋建筑来说，该范围梁下面的楼层层高较高，加大截面后不会影响功能使用的要求，所以比较合理，加大截面法加固，主要是保证新旧混凝土协同作用．而在加大截面法加固后容易出现应变滞后的现象，其截面不如一次性浇筑的梁。
4．2．2 粱、板配筋不足加固设计
梁、板配筋不足主要体现在主楼6层以上，主要是由于功能改变和钢筋腐蚀产生的，由于6层以上均为办公楼，室内有设备管道，需要进行吊顶，层高只为3m，荷载增加幅度不大；为了保证使用过程中的楼层净高，采用碳纤维布加固法比较合适。
4．3 柱加固设计
在本工程中，柱不满足要求主要是由于混凝土强度等级没有达到原设计要求和荷载增加造成的，体现在轴压比不满足规范要求，特别是局部柱轴压比达到了1．15。外粘型钢加固法可以大幅度提高柱的承载力和抗震能力，并且在新的建筑方案中给柱加固预留了空间，所以针对这个项目柱加固采用外粘型钢加固法解决柱轴压比超限是行之有效的方法。
& &但在外粘型钢加固法设计中，会经常出现型钢和原混凝土柱之间的缝隙较小，若采用灌注细石混凝土方法塞填，即使采用高压灌注，也不一定能达到好的效果，容易产生空洞，浇筑不密实不能达到加固的效果，所以这种情况应该采用流动性比较好的灌注胶，浇筑效果比较理想。但是如果在缝隙比较大的情况下，还是采用细石混凝土灌注比较经济适用
4．4 共享空间增设楼板改造加固设计
& & &原设计的裙房在3层，4层，5层中部有近30 m&15 m范围为共享空间，在新的功能要求上，该区域需改造成会议室，共3层。所以在该部分需要增设楼板。考虑到该区域跨度较大(14．4 m)，为减轻主体结构的自重，并保证楼层的使用空间，认为增设楼板采用钢结构形式比较经济合理。首先由于荷载的加大，周围的框架柱均需要加固，加固方法如前面所介绍；在需要增设楼板的标高采用化学锚栓设置牛腿或预埋钢板。梁采用钢结构形式，楼板采用压型钢板的组合楼板，该设计就不详细介绍了。采用这种方式减少了梁植筋的工作，由于新增梁和柱交接的地方是原结构的核心区，也是原结构的边梁和边柱连接的地方，在该区域有核心区箍筋、柱受力钢筋以及梁钢筋，并且梁钢筋还要弯锚在柱内；所以钢筋会很密集，而新增的梁跨度较大，为控制其承载力及裂缝，需要植筋的数量也不会太少。这样就会给施工造成很大的困难，如果施工困难就有可能造成植筋的效果不理想。所以在加固植筋的时候，一定要注意控制好植筋的数量、间距以及成孔的条件。
4．5 局部独立柱基加固设计
该建筑主楼基础为地下室筏板基础，置于中风岩层，根据加固计算，筏板基础能满足使用要求，仅对裙房增设楼板范围内的柱独立基础进行加固。该范围由于上部荷载增加较大(3层荷载)，而原设计也不会有这么大的余量，经过计算复核，地基承载力不满足上部荷载的要求，是由于基础底面积不足引起的，所以采用扩大基础底面积法来加固基础。在基础加固时，必须保证新增部位下的岩层与原基础下的岩层相同，并清理基坑中的碎石，然后用同垫层的材料填至原基础标高，保证新旧混凝土能协同作用。
由于加固改造的施工面大，工艺复杂，为保证结构的安全可靠，防止在施工中出现危险，一定要注意加固改造的施工顺序，加固顺序应按照基础一框架柱一框架梁一次梁一楼板顺序进行；楼层也应该按照先底层，后逐层往上的顺序。
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