柱外包鋼加固計算方法及步驟詳解：柱外包鋼加固計算方法及步驟詳解

08-29182閱讀0評論北京鋼結構設計

外包鋼加固計算需依據(jù)《混凝土結構加固設計規(guī)范》（GB50367-2013）進行，首先確定原柱的承載能力，根據(jù)結構受力情況計算所需加固角鋼的規(guī)格與尺寸，計算時要考慮角鋼的抗彎、抗剪能力以及與混凝土柱的粘結強度等因素，步驟上，先進行工程測量與材料準備，包括選用合適角鋼、結構膠等，然后對原柱表面清理處理，預制并焊接鋼板，注漿填充保證密實。

在建筑結構加固領域，柱外包鋼加固是一種常見且有效的加固方式，它能夠顯著提高柱子的承載能力、增強其抗震性能和耐久性，廣泛應用于既有建筑的改造與加固工程中，要確保外包鋼加固達到預期效果，精準的計算是關鍵,以下將詳細闡述柱外包鋼加固的計算方法及步驟。

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加固原理概述

柱外包鋼加固主要是通過在原柱表面包裹鋼板或型鋼，利用鋼材的高強特性與原柱協(xié)同工作，共同承受荷載，外包鋼與原柱之間通過膠粘劑或灌漿料等連接材料形成整體，不僅提高了柱子的抗壓、抗剪能力，還能有效約束混凝土的橫向變形,提升柱子的延性和抗震性能。

計算前的準備工作

（一）收集原柱信息

幾何尺寸：準確測量原柱的截面高度、寬度，記錄其實際尺寸，對于不規(guī)則截面需進行適當簡化處理以便計算,如將圓形截面按面積相等原則換算為方形截面進行近似計算。
混凝土強度等級：通過查看設計圖紙、檢測報告或現(xiàn)場取樣試驗獲取原柱混凝土的強度等級,這是計算原柱承載能力以及確定外包鋼與混凝土協(xié)同工作參數(shù)的重要依據(jù)。
配筋情況：了解原柱縱向鋼筋和箍筋的直徑、間距、數(shù)量及布置方式,這些數(shù)據(jù)直接影響柱子的受力性能和加固設計。

（二）確定加固需求與目標

根據(jù)建筑物的使用功能變化、結構檢測結果或抗震設防要求等，明確柱子需要提高的承載能力、剛度或延性等目標，若因樓層加層導致柱子軸力增大，需計算確定外包鋼的規(guī)格以提供足夠的抗壓補充；若抗震鑒定不滿足要求,則著重考慮外包鋼對柱子抗震性能的提升作用。

（三）選擇外包鋼材料

外包鋼可選用鋼板、角鋼或槽鋼等型鋼，鋼板厚度一般根據(jù)計算確定，常用厚度范圍在 3 - 10mm 之間；角鋼和槽鋼的型號則依據(jù)柱子尺寸和受力大小選擇，如對于較小截面柱子可選用 L50×5 角鋼，較大柱子可能需用到更大型號，要考慮鋼材的材質，一般采用 Q235 或 Q345 鋼,其強度設計值應符合國家相關標準規(guī)定。

計算步驟詳解

（一）軸向受力計算

計算原柱軸向承載力對于原柱，其軸心受壓承載力可按現(xiàn)行混凝土結構設計規(guī)范中公式計算： [N{u0} = 0.9\varphi(f{c}A + f'{y}A'{s})] (N{u0})為原柱軸心受壓承載力設計值；(\varphi)為混凝土構件的穩(wěn)定系數(shù)，根據(jù)柱子的長細比查表確定；(f{c})為混凝土軸心抗壓強度設計值，由混凝土強度等級查表得出；(A)為原柱截面面積；(f'{y})為縱向鋼筋抗壓強度設計值；(A'{s})為全部縱向鋼筋的截面積。
確定外包鋼分擔軸力根據(jù)加固目標，假設加固后柱子總軸向承載力需達到(N{u})，則外包鋼需分擔的軸力(N{sp})為： [N{sp} = N{u} - N_{u0}]
計算外包鋼截面積對于外包鋼板，其所需截面積(A{sp})可根據(jù)鋼材強度設計值(f{sp})計算： [A{sp} = \frac{N{sp}}{f_{sp}}] 若采用角鋼或槽鋼等型鋼，需根據(jù)其截面特性及組合方式，通過力學平衡原理計算所需型鋼的總截面積,并合理分配到各肢截面上。

（二）偏心受壓計算

在實際工程中，柱子往往承受偏心荷載,此時計算更為復雜。

計算原柱偏心受壓承載力原柱偏心受壓承載力可按規(guī)范中偏心受壓構件計算公式，考慮附加偏心距(e{a})后，按下式計算： [N{u0} = 0.9\varphi\frac{f{c}A}{1 + \frac{e{0}}{h / 2 - a{s}}}(1 - \frac{\gamma{0}}{2})] (e{0})為偏心距；(h)為柱子截面高度；(a{s})為縱向受拉鋼筋合力點至截面近邊緣的距離；(\gamma_{0})為截面受壓區(qū)矩形應力圖的相對受壓區(qū)高度,可通過平截面假定及相關力學公式迭代計算確定。
考慮外包鋼對偏心受壓的影響外包鋼的存在改變了柱子的截面特性和受力狀態(tài)，外包鋼增加了柱子的抗彎剛度，減小了偏心距的影響；外包鋼與混凝土協(xié)同工作，承擔部分壓力，在計算時，需將外包鋼的截面面積及其形心位置納入考慮，重新計算柱子的中性軸位置、受壓區(qū)高度等參數(shù)，進而確定外包鋼的內力分布，通過迭代計算,使加固后柱子在偏心荷載下的承載力滿足設計要求。

（三）抗剪計算

原柱抗剪承載力計算原柱的抗剪承載力(V{u0})可按混凝土結構設計規(guī)范中抗剪公式計算： [V{u0} = V{cs} + V{p}] (V{cs})為混凝土自身的斜截面受剪承載力，(V{cs} = 0.7f{t}bh{0})，(f{t})為混凝土軸拉強度設計值，(b)為柱子截面寬度，(h{0})為柱子截面有效高度；(V{p})為箍筋的抗剪承載力，(V{p} = f{yv}\frac{A{sv}}{s}h{0})，(f{yv})為箍筋抗拉強度設計值，(A_{sv})為配置在同一截面內箍筋各肢的全部截面面積，(s)為箍筋間距。
外包鋼對抗剪的貢獻外包鋼對柱子抗剪承載力的提高主要體現(xiàn)在其對混凝土的約束作用以及自身直接抵抗剪力，外包鋼的側向約束使得混凝土處于三向受力狀態(tài)，提高了混凝土的抗剪強度，在剪力作用下，外包鋼與混凝土界面產(chǎn)生的摩擦力以及鋼材本身的抗剪能力也直接參與了抗剪，通過理論分析和試驗研究，建立外包鋼對抗剪承載力的提升系數(shù)(\beta)，則加固后柱子的抗剪承載力(V{u})為： [V{u} = V{u0} + \beta V{sp}] (V_{sp})為外包鋼直接承擔的剪力，可根據(jù)外包鋼的截面面積、強度設計值以及剪力分布規(guī)律計算確定。

（四）局部受壓計算

當柱子承受局部荷載時，如梁柱節(jié)點處,需進行局部受壓計算。

原柱局部受壓承載力原柱局部受壓承載力可按規(guī)范中局部受壓公式計算： [F{l0} = 0.9(\beta f{c}A{ln} + F{p})] (F{l0})為原柱局部受壓承載力設計值；(\beta)為混凝土局部受壓時的強度提高系數(shù)，根據(jù)局部受壓面積與計算底面積的比值查表確定；(A{ln})為混凝土局部受壓面積；(F{p})為間接鋼筋（如箍筋）提供的局部受壓承載力，(F{p} = 2\alpha f{yv}d A{cor})，(\alpha)為間接鋼筋對混凝土約束的折減系數(shù)，(d)為間接鋼筋的直徑，(A_{cor})為扣除箍筋保護層后核心混凝土面積。
外包鋼對局部受壓的影響外包鋼在局部受壓區(qū)域可起到類似“套箍”的增強作用，大大提高混凝土的局部受壓承載力，計算時，將外包鋼視為間接鋼筋的一部分，綜合考慮其截面積、強度以及對混凝土的約束效應，重新計算局部受壓承載力提升系數(shù),進而確定加固后柱子的局部受壓承載力是否滿足要求。

構造要求與計算修正

（一）構造要求

外包鋼的連接：外包鋼與原柱之間應采用可靠的連接方式，如膠粘劑粘貼、焊縫連接或螺栓錨固等，膠粘劑的性能應符合相關標準，保證其粘結強度和耐久性；焊縫質量應滿足鋼結構焊接規(guī)范要求，確保傳力均勻；螺栓錨固時應合理布置螺栓間距和直徑,防止混凝土局部破損。
防腐處理：由于外包鋼暴露在環(huán)境中易發(fā)生銹蝕，必須進行防腐處理，可采用涂刷防銹漆、環(huán)氧瀝青漆或熱浸鍍鋅等方法，延長外包鋼的使用壽命,確保加固效果的持久性。
防火保護：在有防火要求的區(qū)域，需對外包鋼進行防火處理，如包裹防火板材、涂抹防火涂料等，使柱子在火災情況下仍能保持一定的承載能力,滿足建筑消防安全要求。