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【摘 要】建筑物由于自身需要进行一定改造，以及结构更改或者重新装修等等，改进行改造的过程中一般要先将混凝土建筑结构中的钢筋结构立柱进行拔除工作，特别是在较大幅度的作业环境之下，就必须要提前选择合理的设计方案和施工方案，从而将拔除立柱之后的框架结构加以稳固定。本篇文章通过介绍某地一个建工集团总部位于20楼顶楼会议室进行18.8米超大跨度拔除立柱加固框梁的案例工程。该项工程通过三维软件对整个需要改造的建筑结构进行了各个方位全真模拟分析，通过该分析，结合了工程改造的效果，得出了以下几个结论：在工程框架梁的顶部使用厚度达到600mm的反梁，而框架梁的下半部所使用的则是厚度超过300mm的托梁，经过如此改造加固后的框梁完全符合力学要求；在改造的过程中必须要掌握正确的结构知识以及，并把握好拔柱、框梁加固、信息化监测这三者的协调性，才能更好保障改造质量。
【关键词】加固；混凝土；拔柱；框架梁加固；有限元分析；监测
随着现代社会人们对生活水平要求的不断提高，建筑各项功能需求也越来越高，现代建筑已经越发难以满足人们的需求，但是这些建筑的服务寿命还不长，没有到达寿命期间，若要直接拆除，不仅浪费资源不说，其拆迁的费用也非常昂贵，同时也会对拆建建筑周边的居民和生活秩序带来巨大的影响。在无法进行拆除修建工程的情况下，各个建筑企业都将目光放在了已经在使用的住房进行维修加固和现代化改造之上。这种能够在原有建筑的基础之上进行改造的方法，能够在保证整个建筑自身的结构稳定性的同时，对建筑的内部制定部位进行加固或者现代化的改造，整个工程所需投入的资金相对于建筑工程来说，要小得多，见效快，其自身施工工程在具有良好的经济利益的同时，还具备着社会效益。
一、建筑改造介绍
在诸多的建筑工程改造中，钢筋混凝土结构的建筑进行内部空间扩大，增大立柱距离的改造工程师机器厂家的。但是这种改造方法因为需要完全移动建筑内部的承重力，使其受力位置发生变化，如果建筑主体自身在移动主体承重的过程中，不能够荷载自身的重量或者荷载超标，就必须要对房屋建筑结构的各个承重结构先进行加固，然后再实施对立柱的挪移工程。
目前我国的各个建筑工程队伍将研究的目光以及建筑的改造领域主要放在了一些陈旧厂房加固和改造之上，这种施工方法就是完全改变其建筑的承重体系，但是我国的工程改造队伍对于这类大跨度建筑结构进行拔柱改造以及框架梁加固技术进行理论研究的课题并不多见，所以需要对以往的已经有的建筑加固和改造经验进行研究，整个改造研究的过程中，必须要针对大跨度建筑在拆除立柱或者承重体系移动的详细过程中，并且将这一现象进行模拟分析，从实验以及测试的数据中，找到正确的施工方案、施工措施、监测方法，这项研究理论具有极其重要的作用。
1、工程概况
本文中的案例工程的地理位置处在一个外滩之上，其建筑主体的主要框架结构为剪力墙支撑体系，改建筑的地平线之下建有两层，地平线之上建有20层房屋结构。该建筑的主体结构在建设完工之后，才发觉位于顶层的会议室3-A轴的1050mm的立柱由于所处位置不当，遮挡住了室内的拆光以及实现，所以为了能够满足会议室内的需要，扩大视线和采光，就需要将该立柱进行拆除，其主要施工需求是：将框架梁由现目前的两个10.2米和8.6米的跨度，合并成为一个单独的18.8米的跨度，这样一个跨度，在目前的工程项目中属于个大跨度的框架梁改造工程，在施工的过程中由于受到结构自重以及墙体荷载等原因，必须要先对框架梁中的承重主梁先进行加固之后才能开始使用，以保障安全施工。
2、数值仿真计算
根据结构施工图，在Midas软件中建立三维模型，框架梁、柱采用beam单元模拟，核心筒的剪力墙采用plane单元模拟，楼板也采用plane单元模拟。建立18，19，20层和屋顶的结构模型。对于电梯井剪力墙和立柱为C60混凝土，对于梁和楼板采用C30混凝土，主筋采用HRB400 级钢筋。
对模型的底部采用固端约束。梁柱的节点处也为固定约束。荷载取值：屋面活荷载2.0kN/m2，擦窗机轨道自重3kN/m，擦窗机自重250kN。考虑挂篮对荷载的影响，外侧轨道支点力为66.7kN，内侧轨道支点力为57.8kN。
荷载组合效应值取以下两公式计算结果的最大值：荷载值=1.2×恒荷载+1.4×活荷载；荷载值=1.35×恒荷载+1.4×0.7×活荷载。根据擦窗机移动的位置，将计算分为9个工况，分别考虑擦窗机行进在轨道不同的位置，考虑对结构的最不利影响。根据有限元计算分析结果，在拆除1050mm圆柱前后各构件受力状况如表2所示。
根据截面配筋和《混凝土结构设计规范》GB50010—2010的要求，对结构的承载能力极限状态进行核算：梁1跨中、支座处弯矩承载能力不能满足要求；梁2受梁1的影响，在电梯井端弯矩承载能力不能满足要求；柱1、柱2的承载能力满足要求。对梁1进行加固后，梁2将满足规范要求。
3、结构加固设计
《混凝土结构加固设计规范》GB50367—2006[5]规定的加固方法主要有： 外包型钢法、置换混凝土法、体外预应力法、屋面增设支点法、粘贴钢板或纤维复合材料法、增大截面法等。
考虑到加固后的结构可靠性强、施工方便、维护简单等因素，决定采用增大截面法，在屋面加设高600mm的反梁，则意味着擦窗机轨道梁升高，在900mm×900mm梁底面加设厚300mm的托梁，通过箍筋连接和混凝土凿毛处理，在柱1和柱2之间形成900mm×1800mm的大梁。在设计过程中，为保证加固反梁、托梁与原梁柱结构协同受力，在相关节点上进行了特殊处理。
通过以上框架梁1的加固和两端柱1、柱2节点处理，经承载能力极限状态核算，满足规范要求。
4、信息化施工
为保证拆柱改造与主梁加固施工过程的安全，整个施工过程都处于数值仿真模拟、信息化监测、格构柱分批卸载的控制下。
4.1信息化监测布点。根据正常使用极限状态的荷载条件，采用ANSYS仿真软件计算得到加固后框架梁将产生7mm的下沉。
根据仿真软件的计算结果，框架结构上应力测点和变形测点，应力测点主要布置在梁1、梁2和柱1、柱2的受拉区，立柱割除周边格构柱上，采用表面弦式应变计做应力测试；变形监测点布置在梁1、梁2跨中部位、主次梁相交位置，采用徕卡全站仪和反光膜片配合变形测试。
4.2格构柱设计与布置。采用2根[28a组成截面尺寸为220mm×280mm的格构柱，其缀板为10mm×150mm×150mm的Q235级钢板，间距700mm，与槽钢采用8mm高角焊缝焊接。格构柱两端设置10mm厚500mm×500mm钢板，上端与主梁、下端与楼板均采用4个化学螺栓固定。
在正常使用极限状态的荷载条件下，格构柱在立柱切割后，最大軸力为628kN。取上述参数能够满足格构柱强度、绕实轴稳定性、绕虚轴稳定性、分肢刚度、缀板焊缝强度、柱脚焊缝强度和柱身对接焊缝强度的规范要求。
二、结语
通过大跨度拔柱固梁的案例，采用三维有限元软件对结构改造设计、加固施工、监测控制进行全程仿真分析，结合改造后效果来看。钢筋混凝土拔柱托梁加固技术的探讨将为同类型工程提供实践参考价值； 在进一步的工作中，将对存在多个界面的混凝土叠合梁综合受力性能和长期可靠度展开研究。
【关键词】加固；混凝土；拔柱；框架梁加固；有限元分析；监测
随着现代社会人们对生活水平要求的不断提高，建筑各项功能需求也越来越高，现代建筑已经越发难以满足人们的需求，但是这些建筑的服务寿命还不长，没有到达寿命期间，若要直接拆除，不仅浪费资源不说，其拆迁的费用也非常昂贵，同时也会对拆建建筑周边的居民和生活秩序带来巨大的影响。在无法进行拆除修建工程的情况下，各个建筑企业都将目光放在了已经在使用的住房进行维修加固和现代化改造之上。这种能够在原有建筑的基础之上进行改造的方法，能够在保证整个建筑自身的结构稳定性的同时，对建筑的内部制定部位进行加固或者现代化的改造，整个工程所需投入的资金相对于建筑工程来说，要小得多，见效快，其自身施工工程在具有良好的经济利益的同时，还具备着社会效益。
一、建筑改造介绍
在诸多的建筑工程改造中，钢筋混凝土结构的建筑进行内部空间扩大，增大立柱距离的改造工程师机器厂家的。但是这种改造方法因为需要完全移动建筑内部的承重力，使其受力位置发生变化，如果建筑主体自身在移动主体承重的过程中，不能够荷载自身的重量或者荷载超标，就必须要对房屋建筑结构的各个承重结构先进行加固，然后再实施对立柱的挪移工程。
目前我国的各个建筑工程队伍将研究的目光以及建筑的改造领域主要放在了一些陈旧厂房加固和改造之上，这种施工方法就是完全改变其建筑的承重体系，但是我国的工程改造队伍对于这类大跨度建筑结构进行拔柱改造以及框架梁加固技术进行理论研究的课题并不多见，所以需要对以往的已经有的建筑加固和改造经验进行研究，整个改造研究的过程中，必须要针对大跨度建筑在拆除立柱或者承重体系移动的详细过程中，并且将这一现象进行模拟分析，从实验以及测试的数据中，找到正确的施工方案、施工措施、监测方法，这项研究理论具有极其重要的作用。
1、工程概况
本文中的案例工程的地理位置处在一个外滩之上，其建筑主体的主要框架结构为剪力墙支撑体系，改建筑的地平线之下建有两层，地平线之上建有20层房屋结构。该建筑的主体结构在建设完工之后，才发觉位于顶层的会议室3-A轴的1050mm的立柱由于所处位置不当，遮挡住了室内的拆光以及实现，所以为了能够满足会议室内的需要，扩大视线和采光，就需要将该立柱进行拆除，其主要施工需求是：将框架梁由现目前的两个10.2米和8.6米的跨度，合并成为一个单独的18.8米的跨度，这样一个跨度，在目前的工程项目中属于个大跨度的框架梁改造工程，在施工的过程中由于受到结构自重以及墙体荷载等原因，必须要先对框架梁中的承重主梁先进行加固之后才能开始使用，以保障安全施工。
2、数值仿真计算
根据结构施工图，在Midas软件中建立三维模型，框架梁、柱采用beam单元模拟，核心筒的剪力墙采用plane单元模拟，楼板也采用plane单元模拟。建立18，19，20层和屋顶的结构模型。对于电梯井剪力墙和立柱为C60混凝土，对于梁和楼板采用C30混凝土，主筋采用HRB400 级钢筋。
对模型的底部采用固端约束。梁柱的节点处也为固定约束。荷载取值：屋面活荷载2.0kN/m2，擦窗机轨道自重3kN/m，擦窗机自重250kN。考虑挂篮对荷载的影响，外侧轨道支点力为66.7kN，内侧轨道支点力为57.8kN。
荷载组合效应值取以下两公式计算结果的最大值：荷载值=1.2×恒荷载+1.4×活荷载；荷载值=1.35×恒荷载+1.4×0.7×活荷载。根据擦窗机移动的位置，将计算分为9个工况，分别考虑擦窗机行进在轨道不同的位置，考虑对结构的最不利影响。根据有限元计算分析结果，在拆除1050mm圆柱前后各构件受力状况如表2所示。
根据截面配筋和《混凝土结构设计规范》GB50010—2010的要求，对结构的承载能力极限状态进行核算：梁1跨中、支座处弯矩承载能力不能满足要求；梁2受梁1的影响，在电梯井端弯矩承载能力不能满足要求；柱1、柱2的承载能力满足要求。对梁1进行加固后，梁2将满足规范要求。
3、结构加固设计
《混凝土结构加固设计规范》GB50367—2006[5]规定的加固方法主要有： 外包型钢法、置换混凝土法、体外预应力法、屋面增设支点法、粘贴钢板或纤维复合材料法、增大截面法等。
考虑到加固后的结构可靠性强、施工方便、维护简单等因素，决定采用增大截面法，在屋面加设高600mm的反梁，则意味着擦窗机轨道梁升高，在900mm×900mm梁底面加设厚300mm的托梁，通过箍筋连接和混凝土凿毛处理，在柱1和柱2之间形成900mm×1800mm的大梁。在设计过程中，为保证加固反梁、托梁与原梁柱结构协同受力，在相关节点上进行了特殊处理。
通过以上框架梁1的加固和两端柱1、柱2节点处理，经承载能力极限状态核算，满足规范要求。
4、信息化施工
为保证拆柱改造与主梁加固施工过程的安全，整个施工过程都处于数值仿真模拟、信息化监测、格构柱分批卸载的控制下。
4.1信息化监测布点。根据正常使用极限状态的荷载条件，采用ANSYS仿真软件计算得到加固后框架梁将产生7mm的下沉。
根据仿真软件的计算结果，框架结构上应力测点和变形测点，应力测点主要布置在梁1、梁2和柱1、柱2的受拉区，立柱割除周边格构柱上，采用表面弦式应变计做应力测试；变形监测点布置在梁1、梁2跨中部位、主次梁相交位置，采用徕卡全站仪和反光膜片配合变形测试。
4.2格构柱设计与布置。采用2根[28a组成截面尺寸为220mm×280mm的格构柱，其缀板为10mm×150mm×150mm的Q235级钢板，间距700mm，与槽钢采用8mm高角焊缝焊接。格构柱两端设置10mm厚500mm×500mm钢板，上端与主梁、下端与楼板均采用4个化学螺栓固定。
在正常使用极限状态的荷载条件下，格构柱在立柱切割后，最大軸力为628kN。取上述参数能够满足格构柱强度、绕实轴稳定性、绕虚轴稳定性、分肢刚度、缀板焊缝强度、柱脚焊缝强度和柱身对接焊缝强度的规范要求。
二、结语
通过大跨度拔柱固梁的案例，采用三维有限元软件对结构改造设计、加固施工、监测控制进行全程仿真分析，结合改造后效果来看。钢筋混凝土拔柱托梁加固技术的探讨将为同类型工程提供实践参考价值； 在进一步的工作中，将对存在多个界面的混凝土叠合梁综合受力性能和长期可靠度展开研究。