外加预制圈梁构造柱加固砌体结构技术与工程应用

李鹏,庞凤梅

中国五冶集团有限公司 四川成都 610000

摘要：以往农村居民在住宅建造上一般会选择无圈梁构造柱的砌体结构，选择此类结构的缺陷在于无法良好抗震。为有效提升抗震能力，如今房屋建设方面已采用现浇圈梁构造柱的构造方法，如何针老旧房屋抗震性进行提升是业内专家目前比较注重的问题。本次研究活动利用外贴预制圈梁构造柱加固砌体结构，预制加工的成品运送到施工场地后采用专门的材料开展施工工作，不仅有效提升工作效率，也能尽快各项施工任务。本次研究活动不仅讲解施工工艺，也全方位了解此项技术应用状况，有利于我国农村地区老旧房屋进行抗震加固。

关键词：加固;砌体结构;圈梁;构造柱;施工技术

国内农村地区在房屋建设方面通常选用砌体结构，然而通过了解地震灾害情况发现，此类结构抗震性能较差，极易出现严重的人员伤亡。2008年曾经出现的汶川大地震当中，2000多万房屋受到损害，死亡人数高达7万人，经济损失达到几千亿[1]。国内农村地区在房屋建设方面通常选用砌体结构，然而通过了解地震灾害情况发现，此类结构抗震性能较差，极易出现房屋倒塌现象。

对于汶川县不同结构房屋进行调查分析发现[2]，各类型房屋当中大部分都是具体结构，本次研究样本当中此类结构房屋数量达到72.22%，建筑面积达到60.23%。由于地震破损严重的房屋在砌体结构房屋当中的占比达到52%，破损等级中等以及中等以上房屋的占比达到91.15%，在砌体结构张中的占比达到93.09%，这代表具体结构房屋在地震状况下导致当地损失加重。

地震发生时，农村地区出现大量房屋被破坏的现象，其原因在于建筑结构抗震性能差，国内农村居民自建房屋在建设方面未注重地震问题。可见，针对老旧房屋抗震性能差的问题进行有效解决才能提升砖混结构房屋的抗震性能。我国农村地区居民在建设自住房屋上选择砌体结构的原因在于建设成本较低，施工工艺未

展现复杂性等，然而此类结构的房屋一旦遇到地震将会出现严重的损坏。此外，此类结构抗震防护体系未有效完善，出现强烈地震的情况下墙体出现错位，结构刚度突然出现改变，容易出现倒塌问题。因而，如何针对此类结构房屋抗震性能进行提升，采用成本较低的方法对其加固，是值得进一步研究的问题。

对于砌体加固技术进行分析发现，此项技术涵盖多种加固方法，比如碳纤维布加固、钢筋网水泥砂浆面层加固等，而且在研究方面已经有较多成果[3-6] 。ElGawady 等[7]共同开展研究活动，主要分析外抗剪性能 。邱洪兴等[8]采用实验的方式开展研究活动，主要研究碳纤维布加固砖砌体墙的抗震。姚秋来等[9]多方面进行分析， 通过验证的方式讲解如何有效提升墙体的最高强度。王卓琳等[10]积极开展多次的实验活动，主要研究的问题是承载能力、刚度退化等多项抗震性能情况。ElGawady等[11]积极开展力学方面的性能研究工作，通过分析找出有效加固房屋的抗震方法。可见，业内专家积极开展研究活动，采用不同技术原砌体体结构的房屋进行加固。本次研究活动采用外贴预制圈梁构造柱抗震加固技术。

1 外加预制圈梁构造柱加固技术

对于外加预制圈梁构造柱加固技术来讲，此项技术采用构造组合圈梁构建比较稳固的结构体系，在加固方面体现出良好作用，加固过程中不需对原有结构进行调整，只需在原有结构外部设置圈梁以及地梁，建设立柱，系统性的进行构建可确保建筑结构的抗震性能显著提高。采用此方式进行加固体现出自身优势，施工上方面率较高，施工质量良好，而且施工工艺未展现复杂性，不需提前准备模板，也不需在现场准备对钢筋进行加工的设施，仅需少量施工人员，可对施工成本进行有效管控，减少资金投入量。

2 施工操作要点

2.1 预制构造柱

对于预制构造柱来讲，它有不同类型的截面，分别为L形、矩形，通过观察图1发现，L形构造柱一般会处于外墙转角位置，另一种形状的构造柱处于纵横墙交接位置。

构造柱在凝土强度等级上有一定的要求，其等级应超过C20，在截面上等方面的数据选择上，按照《建筑 抗震加固技术规程》JGJ116—2009的要求确定 。比如，L形柱的边长度确定为600mm，厚度上应达到200mm，钢筋配筋同样有一定要求。对矩形柱截面的要求是 200mm × 300mm等，箍筋一般选用 小6 @ 200，两边的一定距离需密集设定。在构造柱侧的位置，其钢筋伸出相邻柱的钢筋，如果和其他柱钢筋未出现相互连通的情况，端头需要做成弯钩的形式。在预留口的设定上，每500mm 需要预留一个预留口，直径为14mm，选择适合的钢筋放入墙体，预制构造柱应安装稳妥，确保构造柱等连接牢固，确保墙体等共同展现出良好的抗震性作用。构造柱和墙体需要保留 一定的灌浆缝，采用的灌注灌浆料将其连成整体。构造详见图2内容。

图 1   预制构造柱

图 2   预制构造柱与墙体连接构造

2. 2 预制圈梁

对于预制圈梁来讲，其截面展现为矩形，混凝土强度有一定的要求，等级上应高于 C20，配 筋 等数据确定上按照《建筑抗震加固技术规 程》提出的要求设置[9] 。例如，截面选择上是 200mm × 200mm，纵向钢筋同样有一定要求，箍筋选用小6 @ 200，两边位置需要按照规定适当的进行加密。预制圈梁两端钢筋设置上的要求是和相邻构建钢筋连接位置长出一段距离。圈梁钢筋的锚固长度只有在某些特定情况下才需形成弯构形式。预制圈梁在预留口的设定上，每隔一段距离需要留有预留孔，采用符合规定的钢筋穿过预留孔，放入墙体内，确定预制圈梁的具体方位，确保圈梁和墙体进行有效连接，展现出良好的抗震性作用。在预制圈梁的标高设定上，通常会在楼层标高位置，并留有一定的灌浆泵，注重桥梁和墙体有效进行连接。构造如图详见3。

图 3   预制圈梁与墙体连接

2. 3 灌浆料

灌浆料是水泥基灌浆料，它的成分组成上有骨料以及矿物掺合料等，属于一种干混料。灌浆料体现的特征是微膨胀性以及泌水等。此项产品体现出自身优势，比如不易老化，对于周边环境不会造成污染，施工方面质量较高，施工方面的资金投入较少，施工时间较短等。圈梁与 构造柱、墙体之间留有一定的缝隙，并采用专项材料对于灌浆泵进行封闭，在顶部位置留有灌浆放，通过灌浆的方式确保圈梁和墙体结合上体现良好牢固性。为保证现浇节点成效良好，此位置同样选择灌浆料进行灌注，但是由于灌注用量较大，为减少资金投入可在其中加入一定量的粗骨料。

2. 4 钢拉杆

遇到整体性有待提升的住宅时，可按照实际情况加设钢筋杆，采用此方式体现出的优点在于有效替代圈梁，控制现场施工的施工量。钢拉杆直径一般应等于或大于16mm 。两边的端头穿过节电预留孔，并需要锚固，详细的方法见图4内容。钢拉杆长度不够的情况下利用花篮螺栓加长。

图 4 钢拉杆端头做法

3 施工流程

3. 1 施工工艺流程

本次研究活动提出的加固技术首先要注重加固的成效，构造方面不会过于复杂，实际操作方面体现出便利性，可有效应用在农村地区房屋的架构上。对于构造柱等设置上应按照国家已制定的《建筑抗震加固技术规程》执行，构造柱通常会在外墙枕角等位置，圈梁会在每层楼板标高位置。加固砌体房屋的过程中制定相应的工作流程，按照次序为设置地梁，墙体打磨，圈梁构造柱吊装，灌浆，圈梁构造柱吊 装，灌浆，钢拉杆设置，加固完毕。

3.2 地梁施工

地梁也被称作为地圈梁，它他通常会在房屋外围绕一圈，属于闭合式的地圈梁 。它通常是现浇方式，截面是矩形，设定为300mm × 400mm，纵向钢筋设定为4小12，箍筋选择小8 @ 200 ，其基础顶面标高和室外地坪标高未体现差异，可按照实际情况进行合理调整，地梁标高的每个位置不应出现差别。和构造中相邻位置应建造后浇带，对比构造柱的宽度，后浇带每边宽出100mm，详见图5内容。后浇带表面刷界面剂的目的是与浇筑的浆料有效进行结合。构造柱安装完成后可加入灌浆料进行浇筑。

图5 地梁后浇带

3.3 层圈梁构造柱吊装

第一步墙面位置打锚固孔，对距离进行有效测算，锚固孔与预制构件的预留孔相互有效匹配，使用专项设备将构造柱安装到预定的地方，在构造柱与墙体之间需要保留一定的距离，留出空隙的原因是为了进行后期灌浆，具体是10mm到20mm。假如无法前期准确地预定锚固孔位置，那么吊装完成的情况下临时采用有效措施进行固定，采用冲击钻的方式确定预留孔，设定锚固孔，其直径与预制构件的孔相同，深度达到150mm，孔洞清理的情况下挤入锚固胶，放入钢筋，胶发挥作用后外部钢筋需要利用垫片与螺母紧紧相连，确保构造柱的位置有效固定，此项工作完成后需要对构造柱位置以及垂直度进行检查，未达到标准应再次调整。构造柱位置准确的情况下进行灌浆料浇筑。

施工完成1层构造柱施后开展1层圈梁的施工。圈梁安装和构造柱安装基本相同，圈梁与墙体之间同样要留有一定的缝隙，后期将利用此缝隙进行灌浆。

墙面位置需设置锚固孔，注意孔洞的准确性，孔洞清理完成的情况下放入胶，放入钢筋，较体现出良好作用的情况下采用螺母进行锁紧。两端位置留出的钢筋需要利用大街方式进行焊接，安装《钢筋焊接及验收规程》JGJ18—2012 提出的规定进行施工验收。预制圈梁与预制构造柱端部位置应和节点边留有一定的距离，一般是100mm，其作用在于加大现浇的范畴。具体的构造见图6内容 。拉杆的节点位置事先设置PVC管，后期按照实际状况加入箍筋。

图 6   1 层梁柱节点构造

3. 4 1 1层灌浆

对圈梁构造进行安装后开展灌浆工作。构造柱两边、圈梁下方位置进行灌浆，梁柱节点位置需使用模板。封缝工作应注重工作成效，避免漏浆现象出现。支模完毕的情况下首先进行洒水，确保材料不会出现干裂。灌浆料依据规定的比例进行调和，采用专项设备开展相应的施工工作，而且采用灌浆料不应加入粗骨料，只有梁柱节点区可按照实际情况加入一些粗骨料，此项工作的目的是完成梁柱现浇节点。灌浆料会有效将两个层面进行牢靠的粘接，不会出现空隙。此项工作开展过程中应关注漏浆问题，一旦出现采用正确措施进行应对。后期注重养护问题。浇筑后情况见图7内容。

图 7   1 层梁柱现浇节点

3. 5  2 层圈梁构造柱吊装

灌浆料体现出自身优势，第1层灌浆工作完成的情况下，次日可开展吊装工作。2层圈梁构造柱吊装和第1层未出现区别。2层预制构造柱下方位置和对应层的现浇节点上方位置有一定距离，具体为200mm，对应层构造柱下方伸出钢筋和 节点伸出钢筋应进行有效焊接，并加1道箍筋，详见图8内容。搭接位置应进行现浇，和节点成为一个整体。部节点上，构造柱伸出钢筋应进行弯钩锚固，节点构造详见图9内容。

图 8   2 层构造柱下部连接构造

图 9   2 层梁柱顶部节点构造

3.6  2层灌浆

此项工作和1层灌浆施工工作未出现较大差别。构造柱下部放位置节点需要进行灌浆，而且灌浆方面采用的材料可加入出粗骨料，以便于更加经济地进行施工。设置模板的情况下，垂直模板需体现一定的倾斜角度，方便将来有效开展灌浆工作。在灌浆料未完全干燥的情况下去除模板，恢复原来的角度。

3. 7   安装钢拉杆

为了代替内圈梁，选择直径16mm 的钢拉杆利用套丝进行连。拉杆与内横墙靠近，经过预留孔，采用螺母等进行紧固，详见图10内容。

4   工程应用实例

4. 1   工程概况

本文研究的实际案例是江苏省高邮市与宝应县的应用情况。试验地区的抗震设防烈度是7度，2012年出现过4.9级地震，青岛的建筑数量为13间，地震造成100多个房屋出现程度较为严重的破损。选择两个村镇的8栋房屋开展加固工作，这些房屋当中的二层建筑是2栋，一层房屋数量6栋。

图 10   拉杆锚固

图11展现二层建筑的样貌。这部分需要加固的建筑都是本地农村居民自己建造的房屋，建造的时间是上世纪80年代和90年代，当时房屋建造过程中未曾注重抗震问题，抗战能力薄弱，需通过加工措施提升其抗震性。

图 11   待加固房屋

4. 2   加固方案

由于这部分建筑都是居民自主进行建造，未在施工过程中设置圈梁，加固上需要外加圈梁才能展现良好的加固效果。

本次研究工作会在建筑的外墙设置全梁构造柱，依据《建筑抗震加固技术规程》提出的各项规定确定构造物的具体位置，在楼层标高位置设定圈梁。如果圈梁的长度超过4m，那么需要通过设立构造主的方式控制其相应的长度。通过分析需加固房屋的状况发现，为确保房屋加固后者将良好稳固性，内横墙需要加入16mm的钢拉杆，采用此方法的作用是有效替代内圈梁，控制施工工作量。构造柱下设置地圈梁。

4. 3   主要施工步骤

4. 3. 1   预制构件制作

实际案例工程开展过程中未对成本进行控制，高校进行管理，采用现场预制的方式完成构造柱的施工工作。混凝土强度选择C20，采用的模板均为木模板。钢筋笼制造完毕以后可放入模板当中，底部位置等需要借助垫块进行有效保护。构件每隔500mm需要预留相应的孔洞，孔洞的直径是14mm，在预留的孔洞当中会放入PVC管。混凝土倒入模板当中，并采用专项设备进行有效震荡。构件表面应符合要求，确保后期拥有良好的粘结度。混凝土凝固以后需进行合理养护，避免表面出现裂纹等。

4. 3. 2   地梁施工

地梁沿房屋一圈进行设置。由于需加固房屋以前未设置较深基础，部分房屋只是在地面上直接修建，为此应注重地梁标高问题，地梁底面和建筑基础底面的标高应处于相同位置。在地面进行挖土，然后在地面铺设混凝土垫层，设置模板，将预先制作完成的钢筋笼放入，进行现浇工作，构造柱位置需要建造后浇带，构造柱安装完成的情况下可进行后浇带的施工工作。为避免地梁顶部标高出现问题，应首先设定基准线，各项工作完成后应关注养护问题。

4. 3. 3   预制构件吊装

预制构件安装前首先要确定其安装位置，通过分析研究的方式确定合理的墙面位置。由于预制构件需要和墙面进行连接，首先要确保墙面表面符合相应的要求，将墙体原有装饰层全部剔除，结构层显露的情况下需进行凿毛处理，确保将来连接出现出良好效果。按照施工所在地的实际情况，预制构件采用简单的方法进行安装。安装到已设定位置时可采用有效的临时方案将其进行固定，避免出现掉落等现象。完全让墙面上孔洞和预制孔洞相互匹配的难度较大，因而首先进行预制构件的吊装，再利用设备按照预制构件的孔洞在墙面上打出相应孔洞，确保孔洞之间良好匹配，空洞的深度一般大于等于120mm。对孔洞内部进行有效清理的情况下，在其中放入胶以及钢筋，胶体完全展现良好作用后采用螺栓等进行锁紧。预制构件之间出现的钢筋可选择焊接方式进行连接。

4. 3. 4   封缝灌浆

通过观察现场的实验效果发现，构造柱采用水泥砂浆进行关注体现出自身优点，施工投入的资金较少。灌浆阶段一旦发生漏浆现象，应采用事先准备的分缝剂进行封堵。节点位置选择木模板，安装拉杆位置事先会放入PVC管，并设定好孔洞位置。灌浆材料选用JGM-Ⅱ高强无收缩灌浆料，依据0.155的水灰比进行制作。此项工作开展以前需要在内部进行洒水，其目的在于确保良好湿润度，将预先准备好的材料灌入到缝隙当中以及节点当中。图12展现的是灌浆用料以及粗骨料合理使用量。

图 12   封缝灌浆

图 13   加固完成

4. 3. 5     安装钢拉杆

钢拉杆和预留洞口相通，两端位置采用钢垫板进行锁紧。加固工作完成的情况下对于已经安装好的构件进行美化，确保新安装的构件和房屋相互融合，展现良好美观性，成品可见图13内容

5 结语

本次研究活动主要分析新结构抗震加工技术体现的作用以及效果，具体为加预制圈梁构造柱加固技术。

此项技术是按照浇圈梁构造柱加固法进行改进后获取。通过多方面的分析研究发现对于老旧房屋进行加固上可采用设置圈梁构造柱的方法取得良好效果。对比曾经使用的现浇圈梁构造出法，此项方案的提出体现出一定优势，不需现场进行大量施工工作，主要采用预制的方法将成品运输到施工现场进行安装，有助于提升施工效率，也不会对周围环境带来较大污染。通过分析实际案例发现，此项技术在应用方面取得效果显著，今后在实践中值得有效进行推广。

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