一种剪力墙无支撑置换加固快速设计方法与流程

本发明属于混凝土施工加固设计领域，具体涉及一种剪力墙无支撑置换加固快速设计方法。

背景技术：

1、钢筋混凝土剪力墙结构体系广泛应用于高层住宅建筑中。在实际工程中，经常遇到建筑物局部混凝土强度不足的情况，需要进行加固处理后才能正常使用。常用的加固方法包括：置换混凝土法、增大截面法、外包型钢法、粘贴钢板法和粘贴纤维复合材料法。增大截面法会影响使用净空，使用范围受限；外包型钢法、粘贴钢板法和粘贴纤维复合材料法无法解决轴压比不足问题，且不能用于c15以下混凝土。相比之下，置换混凝土法可以加固混凝土而不损失建筑的室内使用空间，并且施工工期较短。

2、常用的置换混凝土加固法均是有支撑置换，即在问题构件上层设置附着承托构件，将上部荷载通过承托构件传递至下层构件。虽然有支撑置换技术应用较广，但施工成本高，而且现场承托构件安装工作量大、施工工序复杂，导致施工周期延长。无支撑置换混凝土加固法的是利用原有构件的承载力安全储备，分批次将问题混凝土逐段拆除置换，从而避免了安装墙体承托构件体系的需求(只需对置换墙体周边梁板进行支撑)，解决了传统的有支撑置换加固法施工过程工序复杂、费用高昂、现场管理难度大等问题。

3、然而，无支撑置换混凝土加固工程中，后置换墙段相比先置换墙段存在竖向应力滞后现象。具体而言，后置换墙段的混凝土在凝结硬化后几乎不承受应力，只起到分担后续增加荷载的作用，而先后置换墙段之间始终存在应力差，先置换墙段应力始终大于后置换墙段，这种应力滞后可能导致结构的安全性降低。

4、目前，混凝土施工过程应力滞后效应研究通常需要使用大型有限元通用软件，如abaqus、ansys、sap2000等，采用生死单元法进行施工过程分析。该分析需要根据实际工程情况，建立施工阶段的结构模型，不仅需要专业设计人员，且需花费大量时间。因此，亟需提供一种针对无支撑置换加固的快速设计方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有技术的不足，并提供一种剪力墙无支撑置换加固快速设计方法，提升无支撑加固设计的效率、安全性和经济性。

2、本发明所采用的具体技术方案如下：

3、本发明提供了一种剪力墙无支撑置换加固快速设计方法，具体步骤如下：

4、s1：检测待置换剪力墙混凝土强度，得到待置换剪力墙混凝土的强度设计值fc0和弹性模量e0；

5、s2：计算得到待置换剪力墙所受压力n0，并获取置换后剪力墙使用阶段承受压力n1；

6、s3：采用高强度混凝土，根据墙体分段设计对待置换剪力墙进行无支撑置换加固；所述高强度混凝土强度设计值为fc1，弹性模量为e1；

7、s4：采用先中间后两端的顺序进行三批次置换，第一批次置换的第一墙段长度为l1，第二、三批次置换的第二墙段和第三墙段的长度分别为l2和l3；考虑应力滞后效应，计算三批次置换阶段置换墙段的轴压比最大值umax1；计算置换后剪力墙使用阶段墙段的轴压比最大值umax2；

8、s5：若umax1＜0.7，且使用阶段轴压比最大值满足抗震要求，则采用该三批次置换；否则，改变l1、l2和l3的取值，重复步骤s4步骤计算umax1和umax2，直至umax1＜0.7，且umax2满足抗震要求。

9、作为优选，三批次置换阶段置换墙段的轴压比最大值umax1的具体计算方法如下：

10、s41：第一墙段凿除后，荷载转移至第二墙段和第三墙段上，此时第二墙段的轴力n22和第三墙段的轴力n32如下：

11、

12、此时，第二墙段的轴压比u22和第三墙段的轴压比u32如下：

13、

14、

15、其中，u0为待置换剪力墙的轴压比，a为待置换剪力墙截面积；

16、第一墙段浇筑高强度混凝土后，荷载不发生转移，即置换后第一墙段的轴力n13＝0，第二、第三墙段轴力不发生改变；

17、s42：第二墙段凿除后，荷载转移到第三墙段和置换后第一墙段上，此时置换后第一墙段的轴力n14和第三墙段的轴力n34如下：

18、

19、此时，置换后第一墙段的轴压比u14和第三墙段的轴压比u34如下：

20、

21、

22、第二墙段浇筑高强度混凝土后，荷载不发生转移，即置换后第二墙段的轴力n25＝0，置换后第一墙段、第三墙段轴力不发生改变；

23、s43：第三墙段凿除后，荷载转移到置换后第一墙段和置换后第二墙段上，此时置换后第一墙段的轴力n16和置换后第二墙段的轴力n26如下：

24、

25、此时，置换后第一墙段的轴压比u15和置换后第二墙段的轴压比u26如下：

26、

27、

28、第三墙段浇筑高强度混凝土后，荷载不发生转移，即置换后第三墙段的轴力n37＝0，置换后第一墙段和置换后第二墙段轴力不发生改变；

29、所述u22、u32、u14、u34、u16和u26中最大值即为三批次置换阶段轴压比最大值umax1。

30、进一步的，置换后剪力墙使用阶段墙段的轴压比最大值umax2具体计算方法如下：

31、置换后第三墙段使用阶段的轴压比

32、置换后第二墙段使用阶段的轴压比u28＝u26+u38；

33、置换后第一墙段使用阶段的轴压比u18＝u16+u38；

34、所述u18即为使用阶段轴压比最大值umax2。

35、作为优选，步骤s2中计算待置换墙体所受压力n0过程考虑墙体的永久性荷载和活荷载，其中永久性荷载包括主体结构自重、面层荷载和砌体墙自重。

36、进一步的，活荷载选择1～1.5kpa。

37、作为优选，高强度混凝土为无收缩灌浆料，其强度高于原设计强度一至两个强度等级。

38、作为优选，根据置换后剪力墙的抗震等级，参考《建筑抗震设计规范》得出使用阶段剪力墙轴压比限值[u]；所述umax2＜[u]，即满足抗震需求。

39、作为优选，步骤s1中检测待置换剪力墙的混凝土强度采用回弹法或钻芯法。

40、本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：

41、(1)在剪力墙无支撑置换过程中，由于材料的非线性特性和置换部分的刚度变化等因素，可能会出现应力滞后现象。本发明提供的设计方法考虑应力滞后效应的轴压比计算公式，使得设计者能够在不借助大型有限元软件的情况下，直接进行设计。这一改变极大地降低了设计的难度，提高了设计效率。

42、(2)本发明提供的方法考虑了应力滞后效应进行墙体分段设计，可以更准确地预测剪力墙在置换过程中的应力分布情况，从而更精确地进行置换设计和加固设计，提升了加固设计的安全性、可靠性。

技术特征：

1.一种剪力墙无支撑置换加固快速设计方法，其特征在于，具体步骤如下：

2.根据权利要求1所述的剪力墙无支撑置换加固快速设计方法，其特征在于，所述三批次置换阶段置换墙段的轴压比最大值umax1的具体计算方法如下：

3.根据权利要求2所述的剪力墙无支撑置换加固快速设计方法，其特征在于，所述置换后剪力墙使用阶段墙段的轴压比最大值umax2具体计算方法如下：

4.根据权利要求1所述的剪力墙无支撑置换加固快速设计方法，其特征在于，步骤s2中计算待置换墙体所受压力n0过程考虑墙体的永久性荷载和活荷载，其中永久性荷载包括主体结构自重、面层荷载和砌体墙自重。

5.根据权利要求4所述的剪力墙无支撑置换加固快速设计方法，其特征在于，所述活荷载选择1～1.5kpa。

6.根据权利要求1所述的剪力墙无支撑置换加固快速设计方法，其特征在于，所述高强度混凝土为无收缩灌浆料，其强度高于原设计强度一至两个强度等级。

7.根据权利要求1所述的剪力墙无支撑置换加固快速设计方法，其特征在于，根据置换后剪力墙的抗震等级，参考《建筑抗震设计规范》得出使用阶段剪力墙轴压比限值[u]；所述umax2＜[u]，即满足抗震需求。

8.根据权利要求1所述的剪力墙无支撑置换加固快速设计方法，其特征在于，步骤s1中检测待置换剪力墙的混凝土强度采用回弹法或钻芯法。

技术总结
本发明公开了一种剪力墙无支撑置换加固快速设计方法，属于混凝土施工加固设计领域。该方法具体如下：(1)检测待置换剪力墙混凝土强度；(2)获得待置换剪力墙所受压力N<subgt;0</subgt;以及使用阶段剪力墙承受压力N<subgt;1</subgt;；(3)选择高强度的置换材料；(4)采用先中间后两端的顺序进行三批次置换，计算置换阶段轴压比最大值u<subgt;max1</subgt;以及置换后剪力墙使用阶段轴压比最大值u<subgt;max2</subgt;；(5)若u<subgt;max1</subgt;＜0.7，且使用阶段轴压比最大值u<subgt;max2</subgt;不超过《建筑抗震设计规范》限值要求，则采用该设计方案；否则调整墙体分段重新计算，直至满足要求。相较于现有技术采用大型有限元软件建模分析，本发明提供的方法能够更方便、快速、准确地进行剪力墙无支撑置换加固设计，提高设计效率。

技术研发人员：王理军,尤克泉,楼亚东,陈万里,金晓友,何骏炜,陈丽丽
受保护的技术使用者：中天建设集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29