某建筑为6层工业车间厂房, 钢筋混凝土框架结构, 2014年竣工投入使用。2016年该楼发生火灾, 起火源位于1楼西侧, 通过电缆槽烧至2楼, 2楼火源又通过物料输送吊装口蹿至3～5楼, 造成部分构件出现开裂、剥落、露筋等受损现象。由于主要起火源位于1层, 2层结构受损较为严重。

事后建设单位委托检测单位对火灾后的结构进行检测, 设计单位根据检测报告出具加固处理方案。本工程主要加固施工方法包括:譹) 对受损构件进行局部混凝土置换, 置换材料主要为Ⅳ类水泥基灌浆料;譺) 粘贴碳纤维布补强。

根据加固方案及相关规范要求, 构件局部置换混凝土施工前, 需设置可靠的临时支撑, 其主要目的包括:譹) 由于结构火灾受损, 临时支撑可及时排除险情, 保证施工期间结构的安全性及稳定性;譺) 使相关构件施工过程中处于卸荷状态, 减小待修复构件应力, 提高新浇筑灌浆料与原混凝土协同受力效果, 有利于结构加固。

由于主要起火源位于1层, 1层框架柱受损较严重, 通过取芯分析, 个别柱损伤层厚度近100mm。对需置换的1层框架柱采用180mm×8mm钢管 (材质Q235B) 及千斤顶进行临时支撑, 支撑顶端支撑在与柱相连2层结构平面梁底, 支撑底端支撑在与柱相连地梁顶, 如图1所示。

2层及以上柱受损情况较轻, 且考虑到现场垂直运输困难, 在与柱相连梁底设置4根48.3mm×3.6mm钢管支架及可调托撑进行临时支撑, 2层层高最高, 因此以2层为例, 如图2所示。

先对梁局部进行凿除, 判断受损情况, 对受损严重的梁, 梁底筋全部凿出, 在梁边板底设置48.3mm×3.6mm钢管及可调托撑进行临时支撑, 支撑体系连续2层设置, 以2层为例, 如图3所示, 其余情况下梁凿除深度较小, 且楼面活荷载及设备荷载已基本移除, 修复时不需设置临时支撑。

1) 柱支撑单独设置在与柱相连梁底, 采用在各个支撑间增加系杆的措施, 以提高整个支撑体系的稳定性。对柱180mm钢管支撑, 采用∟100×10作为系杆与钢管焊接连接, 间距1.5m;对柱48.3mm钢管支撑, 采用48.3mm×3.6mm钢管作为系杆, 与支撑扣件连接, 间距1.5m, 如图4所示。

2) 梁支撑体系可与周边施工脚手架相连, 提高其整体稳定性。

现阶段活荷载及楼面设备荷载已基本移除, 楼板厚100mm, 楼面荷载按6kN/m²进行计算。取受荷面积最大柱1层譺) /譺) B轴柱进行验算。

柱轴力N=1 024kN, 根据现场情况, 柱每边凿除约100mm深, 原柱截面550mm×650mm, 截面削弱31%, 考虑凿除后柱仍可提供60%承载力, 钢管支撑需承担40%柱轴力值, 因此每根钢管需提供102.4kN支撑力。

180mm×8mm钢管钢材抗压强度设计值f=215MPa, 钢管净截面面积=4 320.64mm², 截面惯性矩=1.6×107mm⁴, 截面回转半径i=60.88mm, 构件长度5 950mm, 取1.2为分项系数, 则承担轴向力N=122.9kN。

1) 强度验算N/A=122900/4320.64=28.44<215MPa, 满足要求。

2) 刚度验算长细比=5950/60.88=97.7<150, 满足要求。

3) 整体稳定验算N/鬃A=43<215MPa (稳定系数鬃=0.661) , 满足要求。

钢管支撑安装于地梁顶及2层结平梁底之间, 尚需对梁的抗剪承载力进行验算, 取截面较小梁地梁进行验算。

1) 梁截面参数梁截面宽度b=300mm, 梁截面高度h=400mm, 混凝土C30, f_c=14.3MPa, f_t=1.43MPa, 箍筋8@100 (双肢) , f_y=360MPa, 剪力V=122.9kN。

2) 截面限制条件验算h_o=360mm, h_w=h_o=360mm, h_w/b=360/300=1.200≤4.00, 因此0.25×茁_c×f_c×b×h_o=386.100kN>V=122.9kN, 满足要求。

3) 抗剪承载力验算:

V_max= (0.7×f_t×b×h_o+f_yv× (A_sv/s) ×h_o) =239.782kN>V=122.9kN, 满足要求。

2层及以上柱48.3mm钢管支撑荷载计算后, 每根钢管需提供支撑力为20.5kN, 通过支撑验算, 强度、刚度及稳定性均满足要求。梁的抗剪验算结果也满足要求。

3层结平梁支撑架自身强度验算同2层结平梁, 可满足要求。支撑架荷载传递给2层结平梁, 尚需对2层结平梁承载力进行验算, 以2层结平譺) /譺) B～譺) C轴梁为例。

1) 2层结平梁抗弯承载力验算中支座抗弯承载力计算为455.886kN·m<M1=494.04kN·m, 不满足要求。

2) 2层结平梁抗剪承载力验算中抗剪承载力V_max=306.388kN<V=370.56kN, 不满足要求。

综上, 2层结平梁不足以承担3层传递下来的荷载, 2层结平梁支撑需待3层结平梁加固完成3d后方能拆除。

根据上述计算, 取2层结平梁极限抗弯承载力M_max=455kN·m, 反推出2层结平梁所能承受均布荷载q_w=70.3kN/m。取2层结平梁极限抗剪承载力V_max=300kN, 反推出所能承受均布荷载q_v=62.5kN/m。故2层结平梁所能承受均布荷载取q_n=qv=62.5kN/m, 剩余荷载由2层支撑架承担, 剩余荷载q_s=14.7kN/m。支撑架自重q₂=1.3kN/m, 每侧支撑架承担荷载q=8.65kN/m, 根据计算, 2层结平梁每侧支撑架承受18kN/m均布荷载, 可通过计算, 现每侧支撑架承受8.65kN/m均布荷载, 亦可通过计算。

综上, 梁48.3mm钢管支撑需连续2层设置, 待上层梁灌浆料浇筑完成3d后, 方可拆除下层梁钢管支撑。

按照方案要求, 通过对受灾建筑加固处理, 恢复了结构承载力, 并通过相关构造措施予以补强, 提高结构耐久性, 达到预期加固效果。

施工过程中设置的临时支撑, 是加固施工安全、稳定进行的重要保障, 同时使相关构件处于卸荷状态, 有利于结构加固。通过对不同构件选择相适应的支撑方案, 加快了施工进度, 节约了施工成本, 具有良好的经济效益。