การเสริมความแข็งแรงด้วยไฟเบอร์กลาส

1. การสำรวจทางวิศวกรรม

อาคารหลักเป็นโครงสร้างคอนกรีตเสริมเหล็ก มีพื้นที่ประมาณ 6,000 ตารางเมตร แบ่งออกเป็น 3 ช่วงตึก เดิมเป็นอาคารสำนักงาน ปัจจุบันมีแผนจะปรับปรุงอาคารเป็นศูนย์การค้าสามชั้นแรก และโรงแรมชั้นสาม

เพื่อทำความเข้าใจคุณภาพทางวิศวกรรมของอาคารโดยละเอียด เจ้าของอาคารจึงมอบหมายให้หน่วยงานตรวจสอบที่เกี่ยวข้องดำเนินการตรวจสอบและประเมินโครงสร้างหลักของอาคารอย่างละเอียดก่อนการปรับปรุง ซึ่งรวมถึงการตรวจสอบการเสียรูปของโครงสร้าง การตรวจสอบรอยแตกร้าวส่วนที่มองเห็น การตรวจสอบความแข็งแรงของคอนกรีตและการกัดกร่อนของเหล็ก การตรวจสอบจุดเชื่อมต่อ และอื่นๆ ผลการทดสอบแสดงให้เห็นว่ากำลังอัดของคอนกรีตในพื้นที่บล็อก III ยังไม่ถึงระดับความแข็งแรงที่ออกแบบไว้เดิม และส่วนอื่นๆ เป็นไปตามข้อกำหนดการออกแบบโครงสร้างเดิม การตรวจจับความเอียงทำให้อัตราการเอียงของอาคารสำนักงานต่ำ ซึ่งอยู่ในขอบเขตที่กำหนดโดยมาตรฐานการประเมินความน่าเชื่อถือของอาคารโยธา (GB 50292-1999) นอกจากนี้ รอยแตกร้าวในส่วนที่มองเห็นได้ของโครงสร้างหลักส่วนใหญ่มักปรากฏบนผนังที่ถม และไม่พบรอยแตกร้าวบนคาน แผ่นพื้น และเสา นอกจากนี้ คุณภาพของฐานรากก็ได้รับการทดสอบแล้ว และผลการทดสอบอยู่ในเกณฑ์ปกติ นับตั้งแต่อาคารนี้สร้างขึ้นในช่วงทศวรรษ 1970 และ 1990 ตามลำดับ การใช้งานของอาคารก็เปลี่ยนแปลงไปเช่นกัน จึงไม่เป็นไปตามมาตรฐานปัจจุบัน ดังนั้น เพื่อให้มั่นใจว่าการใช้งานจะปลอดภัยและเป็นไปตามข้อกำหนดการใช้งาน จึงจำเป็นต้องดำเนินการเสริมกำลังและบูรณะอาคารอย่างครอบคลุม

2. การเสริมแรงและการปรับปรุง

2.1 หลักการออกแบบการเสริมแรงโครงสร้าง

นอกจากการพิจารณาสภาพอาคารจริงแล้ว แผนการเสริมแรงยังต้องเป็นไปตามข้อกำหนดของกฎหมายการออกแบบการเสริมแรง เพื่อให้อาคารเสริมแรงสามารถตอบสนองความต้องการด้านการใช้งานและโครงสร้างรองรับแรงแผ่นดินไหวได้ หลังจากการเสริมแรงและปรับเปลี่ยนโครงสร้างแล้ว อายุการใช้งานของอาคารจะยาวนานขึ้น ในขณะเดียวกัน ควรพิจารณาภาระงานในการเสริมแรงและปรับเปลี่ยนโครงสร้างเพื่อประหยัดต้นทุน

2.2 แผนการเสริมกำลังและบูรณะโครงสร้าง

2.2.1. การเสริมคานโครงและเสา

บล็อก I และบล็อก II ได้รับการออกแบบและก่อสร้างในช่วงทศวรรษ 1970 โดยเป็นอาคารสำนักงานโครงสร้างหลายชั้นแห่งแรกในพื้นที่ เป็นที่เข้าใจกันว่าการออกแบบและการก่อสร้างในขณะนั้นมีความรอบคอบเป็นอย่างยิ่ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกระบวนการก่อสร้าง ความต้องการวัสดุก่อสร้างได้มาถึงจุดที่ยากลำบาก ซึ่งสามารถเห็นได้จากผลการทดสอบโครงสร้าง

ขนาดของตาข่ายเสาในบล็อก I คือ 3 เมตรในช่องเปิด 6 เมตร ลึก 5.3 เมตร เสากลาง 300 เมตร x 600 เมตร เสาข้าง 300 เมตร x 500 เมตร และคานโครง 250 เมตร x 550 เมตร จากการคำนวณและตรวจสอบโครงสร้างพบว่าคานโครงและเสาเดิมเป็นไปตามข้อกำหนดของน้ำหนักบรรทุกหลังการเปลี่ยนแปลงโครงสร้าง โดยโครงสร้างเดิมเป็นเพียงโครงสร้างสำหรับการป้องกันแผ่นดินไหวและความทนทาน

มีการพิจารณาสองรูปแบบในการออกแบบ: (1) วิธีการเสริมแรงด้วยคาร์บอนไฟเบอร์; (2) วิธีการเสริมแรงด้วยแผ่นเหล็กยึดติด วิธีการเสริมแรงทั้งสองวิธีนี้เหมาะสำหรับชิ้นส่วนดัดและชิ้นส่วนรับแรงดึงในสภาวะปกติ เนื่องจากข้อจำกัดของขนาดหน้าตัดเสาและเงื่อนไขอื่นๆ สุดท้ายนี้ จากการเปรียบเทียบ ฉันได้วางแผนการเสริมแรงเสาโดยใช้การเสริมแรงด้วยคาร์บอนไฟเบอร์

ในขณะเดียวกัน การใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีการก่อสร้างของวิธีการเสริมแรงด้วยคาร์บอนไฟเบอร์อย่างเต็มที่ กาวเรซินอีพอกซีจะถูกเคลือบลงบนพื้นผิวของโครงสร้างคอนกรีตเดิม และยึดติดผ้าคาร์บอนไฟเบอร์อย่างแน่นหนาบนพื้นผิวของโครงสร้างคอนกรีต ทำให้ทั้งสองส่วนกลายเป็นโครงสร้างใหม่และแข็งแรง หากสารยึดเกาะของ CFRP เสริมแรงเสื่อมสภาพได้ง่ายเมื่อโดนแสงแดดโดยตรง จะส่งผลกระทบต่อความแข็งแรงของโครงสร้างและอายุการใช้งาน ดังนั้นจึงจำเป็นต้องเคลือบสารป้องกันที่ด้านนอกของ CFRP การเคลือบสารป้องกันจะต้องทำหลังจากเรซินแข็งตัวแล้ว ในขั้นตอนนี้ สามารถทากาวและพ่นทรายละเอียดเพื่อเพิ่มการยึดเกาะ วิธีนี้ไม่เพียงแต่ช่วยเสริมความแข็งแรงของคานและเสาให้สมบูรณ์เท่านั้น แต่ยังช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการป้องกันแผ่นดินไหวของโครงสร้างในระดับหนึ่งและตรงตามข้อกำหนดด้านความทนทานอีกด้วย

บล็อก II เป็นโครงสร้างช่วงเดียวขนาด 10.5 เมตร มีช่องเปิดขนาด 4.2-6 เมตร กว้าง 350 มม. จากการคำนวณโครงสร้างพบว่าเสาโครงเดิมมีคุณสมบัติตรงตามข้อกำหนดของน้ำหนักบรรทุกหลังการแปรรูป และคานโครงยังเสริมแรงไม่เพียงพอ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องไม่เพียงแต่รับมือกับแรงสั่นสะเทือนและความทนทานของโครงสร้างเดิมเท่านั้น แต่ยังต้องเสริมกำลังรับน้ำหนักของคานโครงด้วย เสาโครงยังคงเสริมความแข็งแรงด้วยแผ่น CFRP เมื่อเสริมความแข็งแรงแล้ว แผ่น CFRP จะถูกพันรอบเสาเป็นวงกลม ซึ่งจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการป้องกันแผ่นดินไหว เมื่อพิจารณาถึงเทคโนโลยีการก่อสร้าง ระยะเวลาก่อสร้าง และต้นทุน จึงเลือกใช้เหล็กเส้น D15.24 ที่มีแรงคลายตัวต่ำ เพื่อรับประกันความทนทานของคานโครงและเสา จึงสามารถเคลือบกาวอีพอกซีเรซินบนพื้นผิว พ่นทรายละเอียด และทาสีทับได้

ในบล็อก III ขนาดหน้าตัดของเสาโครงเหล็กคือ 300 มม. * 350 มม., 350 มม. * 350 มม. และขนาดหน้าตัดของคานโครงเหล็กคือ 250 มม. * 450 มม. และ 250 มม. * 570 มม. การคำนวณโครงสร้างแสดงให้เห็นว่าคานและเสาโครงเหล็กเดิมไม่สามารถตอบสนองความต้องการด้านน้ำหนักบรรทุกหลังการก่อสร้างใหม่ได้ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องเสริมกำลังคานและเสาเดิมอย่างรอบด้าน วิธีการเพิ่มหน้าตัดและวิธีการยึดเหล็กถูกนำมาพิจารณาในการเสริมกำลังเสาโครงเหล็ก เนื่องจากข้อดีของต้นทุนต่ำและความทนทานที่ดี น้ำหนักตายจะเพิ่มขึ้นและระยะเวลาการก่อสร้างจะยาวนาน ข้อดีและข้อเสียของอย่างหลังตรงกันข้ามกับอย่างแรก เมื่อพิจารณาว่าช่วงการเสริมแรงของเสาในบล็อก III มีขนาดใหญ่และไม่ได้ไปตามถนน มีสถานที่ก่อสร้างและเงื่อนไขอื่นๆ บางประการ ในที่สุดวิธีการขยายส่วนจึงถูกนำมาใช้เพื่อเสริมกำลังเสา วิธีการขยายหน้าตัด การเสริมความแข็งแรงด้วย CFRP และการอัดแรงภายนอก ถือเป็นปัจจัยสำคัญในการเสริมความแข็งแรงคานโครง เนื่องจากความสูงของชั้นอาคารเดิมอยู่ที่เพียง 3.3 เมตร จึงตัดวิธีการขยายหน้าตัดออกก่อน นอกจากนี้ โครงสร้างบล็อกที่สามเป็นโครงสร้างแบบช่วงเดียว ความสูงของคานตามแบบเดิมยังไม่เพียงพอ หลังจากการคำนวณซ้ำพบว่าการโก่งตัวของคานค่อนข้างสูง ดังนั้นการเสริมแรงภายนอกจึงเป็นทางเลือกแรก สำหรับการรักษาความทนทาน ยังคงใช้วิธีเดียวกันกับบล็อกที่ 1 และ 2

2.2.2 การเสริมแรงพื้น

เนื่องจากมีการใช้อิฐขัดเงาหรือพื้นหินในการตกแต่งพื้นหลังการปรับปรุงอาคาร ฟังก์ชันการใช้งานจึงเปลี่ยนจากอาคารสำนักงานเป็นห้างสรรพสินค้า ทำให้การออกแบบน้ำหนักบรรทุกตายตัวและน้ำหนักบรรทุกจรเพิ่มขึ้น แผ่นพื้นแบบเดิมเป็นแผ่นพื้นสำเร็จรูปแบบเจาะรู ซึ่งความแข็งแรงและความทนทานไม่เป็นไปตามข้อกำหนด จึงจำเป็นต้องเสริมความแข็งแรงแผ่นพื้น เมื่อพิจารณาถึงต้นทุนและความทนทาน จึงได้ใช้วิธีการเสริมแรงดังต่อไปนี้: เจาะรูกลมสองรูทั้งสองด้านของแผ่นพื้นจากด้านบน วางเหล็กเสริมตามยาวหนึ่งรูที่ด้านล่างของรู และใส่เหล็กเสริมตามยาวหนึ่งรูบนพื้นผิวแผ่นพื้น และวางตาข่ายเสริมแรงสองทางขนาด 6 และ 150 มม. ลงบนพื้นผิวแผ่นพื้น สุดท้าย เทและบดอัดรูกลมทั้งสองด้านด้วยคอนกรีตหินละเอียด C25 และเพิ่มความหนาพื้นผิวแผ่นพื้นขึ้นอีก 50 มม. ในขณะเดียวกัน จำเป็นต้องปรับพื้นผิวตกแต่งให้เรียบด้วยวิธีการอัดแทนการปรับระดับ เพื่อให้ความสูงของแผ่นเสริมความแข็งแรงที่มีรูพรุนไม่น้อยกว่า 120 มม. และแผ่นเสริมความแข็งแรงที่มีรูพรุนเทียบเท่ากับแผ่นร่องแบบมีซี่โครง นอกจากนี้ พื้นผิวแผ่นเสริมความแข็งแรงยังต้องเติมกลูเตน และเทคอนกรีตที่ปลายแผ่นเสริมความแข็งแรงให้แน่นหนา เพื่อให้สามารถเปลี่ยนแผ่นเสริมความแข็งแรงช่วงเดียวให้เป็นแผ่นเสริมความแข็งแรงต่อเนื่องได้ คำแนะนำในการเสริมแรงยังกำหนดให้ต้องปรับปรุงพื้นผิวคอนกรีตทั้งเก่าและใหม่ด้วย

3. บทส่งท้าย

โครงการนี้ได้ถูกนำไปใช้งานจริงหลังการออกแบบและก่อสร้าง และผู้ใช้งานให้การตอบรับเป็นอย่างดี แนวปฏิบัติด้านการออกแบบทางวิศวกรรมแสดงให้เห็นว่าในการออกแบบโครงสร้างเหล็กเสริมที่ซับซ้อน ไม่เพียงแต่ต้องปฏิบัติตามข้อกำหนดของการออกแบบเท่านั้น แต่ยังต้องเข้าใจแก่นแท้อย่างยืดหยุ่น เพื่อให้วิธีการเสริมแรงง่ายและใช้งานได้จริง เพื่อตอบสนองความต้องการของโครงการเสริมแรงขนาดใหญ่