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摘 要：本文就一框架结构屋面温度变形引起顶层边柱开裂及加固实例，对裂缝产生的原因进行了分析，给出了裂缝宽度的理论计算结果。并提出了采用粘钢法对结构进行补强加固的设计方法，该方法可应用于类似的加固工程设计。
关键词：温度荷载；粘钢法；加固
中图分类号：TU37 文献标识码：B 文章编号：1671-3362（2013）03-0090-02
1工程概况
某六层框架结构，层高为4.5米，顶层边柱由第五层柱轴线内收1米，由下层大梁支撑。
建成后顶层边柱内侧出现开裂，裂缝出现于与窗下边缘平齐的顶层边柱内侧表面，为水平方向裂缝。裂缝开展与温度有关，通常在中午达到最大值，到晚上又逐渐回复。
此建筑的屋面保温隔热层内存有积水，经测试，最大温差可达60摄氏度。长此以往，导致裂缝的不断开展。周期荷载下构件还会发生疲劳破坏，造成柱的承受力降低，形成安全隐患。
2裂缝产生和开展的理论分析
2.1 边柱上裂缝的位置分析。
裂缝出现于与边柱拉结的墙变截面处。变截面处以上部分柱侧无墙。变截面处以下部分柱侧有带拉结钢筋的墙体。当拉结钢筋刚度、强度足够时，墙体与柱共同工作。当柱上端受水平推力时，墙体与柱拉结，相当于对柱起到侧向支撑的作用，承担一部分水平剪力。当柱产生大水平位移时，与柱拉结的墙体部分水平位移也较大，所承担的剪力相应增大。墙体部分所能承担的最大剪力与砌体的抗剪强度有关，可以取墙体部分承担的剪力值为砌体的抗剪強度乘以带拉结筋部分砌体截面积：
式中Δ为支座位移，l为构件长度，Δt为温差。本例l由屋盖的对称性取9.1米。温差取60摄氏度。边柱在窗下缘高度处（距六层屋面1.2米）分隔，分隔处计入按式（1）求得的柱侧拉结墙所承担的水平剪力。结构空间力学模型见图2.1。
2.3 裂缝宽度计算。
根据柱的内力，按《混凝土结构设计规范》，偏于安全地，按受弯构件计算边柱上裂缝宽度。应取边柱的长期刚度计算柱上裂缝的宽度。
式中，maxω为最大裂缝宽度，c rα为构件受力特征系数，？为裂缝间纵向受力钢筋应变的不均匀系数，c为纵向受拉钢筋外皮至受拉区底边距离，d为钢筋直径，t eρ为按有效受拉混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋配筋率，t eρ=As/Ate ，As为纵向受拉钢筋截面积，Ate为有效受拉区混凝土截面积，可取构件截面积的一半。sE为钢材的弹性模量，υ为钢筋表面特征系数，变形钢筋取1.0，s σ为按荷载短期效应组合计算的纵向受拉钢筋应力，
式中tp为所粘钢板厚度，bp为所粘钢板宽度，[ ]ω为规范所允许的构件最大裂缝宽度。
按上式计算，本工程取300*4 Q235钢板可满足要求。
3.3 粘钢法加固施工步骤。
在粘钢前须对加固构件表面进行表面处理，对粘和面进行打磨，去掉1～2mm厚表层，再用压缩空气除去粉尘，用棉花粘丙酮擦拭表面。对所粘钢板表面打磨至出现金属光泽再行粘贴。配胶、粘贴、固定与加压、固化和检验应符合文献[2]有关规定。
粘钢加固的钢板，应进行防腐处理，在钢板表面粉刷水泥砂浆保护。
粘钢加固后边柱上原有裂缝不再继续开展。对所粘钢板进行粉刷后，未出现新的裂缝。粘钢法达到了加固结构的目的。
结论
4.1 采用粘钢法加固，相当于增加了所粘一侧构件内纵向钢筋面积，减小了构件内纵向钢筋应力，防止了构件的继续开裂。对本工程而言，粘钢法相当于增加了柱所粘一侧柱内纵向钢筋面积，防止了柱内侧水平裂缝的继续开展。
4.2 对于结构设计，应注意当屋面温度变形较大时，要考虑温度荷载的影响，对结构进行计算。尤其是对边柱截面较小，抗弯能力较弱的情况，宜对其做抗裂缝计算。
4.3 本文提出的粘钢法加固设计方法，可直接计算粘钢所需钢板面积或厚度，是一种便于应用于工程实际的实用方法。
参考文献
[1]《混凝土结构设计规范》（GBJ10-89）.
[2]卓向木等，钢筋混凝土结构事故分析与加固，中国建筑工业出版社，1999.
关键词：温度荷载；粘钢法；加固
中图分类号：TU37 文献标识码：B 文章编号：1671-3362（2013）03-0090-02
1工程概况
某六层框架结构，层高为4.5米，顶层边柱由第五层柱轴线内收1米，由下层大梁支撑。
建成后顶层边柱内侧出现开裂，裂缝出现于与窗下边缘平齐的顶层边柱内侧表面，为水平方向裂缝。裂缝开展与温度有关，通常在中午达到最大值，到晚上又逐渐回复。
此建筑的屋面保温隔热层内存有积水，经测试，最大温差可达60摄氏度。长此以往，导致裂缝的不断开展。周期荷载下构件还会发生疲劳破坏，造成柱的承受力降低，形成安全隐患。
2裂缝产生和开展的理论分析
2.1 边柱上裂缝的位置分析。
裂缝出现于与边柱拉结的墙变截面处。变截面处以上部分柱侧无墙。变截面处以下部分柱侧有带拉结钢筋的墙体。当拉结钢筋刚度、强度足够时，墙体与柱共同工作。当柱上端受水平推力时，墙体与柱拉结，相当于对柱起到侧向支撑的作用，承担一部分水平剪力。当柱产生大水平位移时，与柱拉结的墙体部分水平位移也较大，所承担的剪力相应增大。墙体部分所能承担的最大剪力与砌体的抗剪强度有关，可以取墙体部分承担的剪力值为砌体的抗剪強度乘以带拉结筋部分砌体截面积：
式中Δ为支座位移，l为构件长度，Δt为温差。本例l由屋盖的对称性取9.1米。温差取60摄氏度。边柱在窗下缘高度处（距六层屋面1.2米）分隔，分隔处计入按式（1）求得的柱侧拉结墙所承担的水平剪力。结构空间力学模型见图2.1。
2.3 裂缝宽度计算。
根据柱的内力，按《混凝土结构设计规范》，偏于安全地，按受弯构件计算边柱上裂缝宽度。应取边柱的长期刚度计算柱上裂缝的宽度。
式中，maxω为最大裂缝宽度，c rα为构件受力特征系数，？为裂缝间纵向受力钢筋应变的不均匀系数，c为纵向受拉钢筋外皮至受拉区底边距离，d为钢筋直径，t eρ为按有效受拉混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋配筋率，t eρ=As/Ate ，As为纵向受拉钢筋截面积，Ate为有效受拉区混凝土截面积，可取构件截面积的一半。sE为钢材的弹性模量，υ为钢筋表面特征系数，变形钢筋取1.0，s σ为按荷载短期效应组合计算的纵向受拉钢筋应力，
式中tp为所粘钢板厚度，bp为所粘钢板宽度，[ ]ω为规范所允许的构件最大裂缝宽度。
按上式计算，本工程取300*4 Q235钢板可满足要求。
3.3 粘钢法加固施工步骤。
在粘钢前须对加固构件表面进行表面处理，对粘和面进行打磨，去掉1～2mm厚表层，再用压缩空气除去粉尘，用棉花粘丙酮擦拭表面。对所粘钢板表面打磨至出现金属光泽再行粘贴。配胶、粘贴、固定与加压、固化和检验应符合文献[2]有关规定。
粘钢加固的钢板，应进行防腐处理，在钢板表面粉刷水泥砂浆保护。
粘钢加固后边柱上原有裂缝不再继续开展。对所粘钢板进行粉刷后，未出现新的裂缝。粘钢法达到了加固结构的目的。
结论
4.1 采用粘钢法加固，相当于增加了所粘一侧构件内纵向钢筋面积，减小了构件内纵向钢筋应力，防止了构件的继续开裂。对本工程而言，粘钢法相当于增加了柱所粘一侧柱内纵向钢筋面积，防止了柱内侧水平裂缝的继续开展。
4.2 对于结构设计，应注意当屋面温度变形较大时，要考虑温度荷载的影响，对结构进行计算。尤其是对边柱截面较小，抗弯能力较弱的情况，宜对其做抗裂缝计算。
4.3 本文提出的粘钢法加固设计方法，可直接计算粘钢所需钢板面积或厚度，是一种便于应用于工程实际的实用方法。
参考文献
[1]《混凝土结构设计规范》（GBJ10-89）.
[2]卓向木等，钢筋混凝土结构事故分析与加固，中国建筑工业出版社，1999.