Fortalecimiento de FRP

1. Estudio de ingeniería

El edificio principal es una estructura de hormigón armado con una superficie aproximada de 6000 m². Está dividido en tres bloques. Originalmente un edificio de oficinas, se prevé transformarlo en un centro comercial en las tres primeras plantas y en un hotel en la tercera.

Para comprender en detalle la calidad de ingeniería del edificio, el propietario encargó a las unidades de inspección pertinentes la realización de una inspección y evaluación exhaustiva de la estructura principal antes de la renovación. Esta inspección incluyó la deformación estructural, la inspección de grietas visibles en la estructura, la detección de la resistencia del hormigón y la corrosión del acero, y la inspección de las uniones, entre otros aspectos. Los resultados de las pruebas muestran que la resistencia a la compresión del hormigón local en el Bloque III no alcanza la resistencia de diseño original, mientras que las demás partes cumplen con los requisitos de diseño estructural originales. Gracias a la detección de inclinación, la tasa de inclinación de los edificios de oficinas es baja, lo cual se encuentra dentro del alcance requerido por la Norma para la Evaluación de la Fiabilidad de Edificios Civiles (GB 50292-1999). Además, las grietas en la parte visible de la estructura principal aparecen principalmente en el muro de relleno, y no se encontraron grietas en vigas, losas ni columnas. La calidad de la cimentación también se ha comprobado, con resultados dentro de los límites normales. Dado que el edificio se construyó en las décadas de 1970 y 1990, respectivamente, su función también ha cambiado y no cumple con los requisitos de la normativa vigente. Por lo tanto, para garantizar un uso seguro y cumplir con los requisitos funcionales, es necesario llevar a cabo un refuerzo y una reconstrucción integrales del edificio.

2. Refuerzo y rehabilitación

2.1 Principios de diseño del refuerzo estructural

Además de considerar la situación actual del edificio, el esquema de refuerzo también debe cumplir con los requisitos del código de diseño de refuerzo, para que el edificio reforzado cumpla con los requisitos de uso y la estructura sísmica. Tras el refuerzo y la transformación, se prolongará la vida útil del edificio. Al mismo tiempo, se debe considerar la carga de trabajo del refuerzo y la transformación para ahorrar costos.

2.2 Plan de refuerzo estructural y reconstrucción

2.2.1. Refuerzo de vigas y columnas

Los Bloques I y II se diseñaron y construyeron en la década de 1970 como el primer edificio de oficinas de varias plantas con estructura de la zona. Se entiende que el diseño y la construcción en aquel momento fueron extremadamente cuidadosos, especialmente durante el proceso de construcción, cuando los requisitos de los materiales alcanzaron un punto crítico, como lo demuestran los resultados de las pruebas estructurales.

Las dimensiones de la red de columnas en el Bloque I son de 3 m de vano, 6 m de canto, 5,3 m de canto, 300 mm x 600 mm en la columna central, 300 mm x 500 mm en la columna lateral y 250 mm x 550 mm en la viga. El cálculo y la comprobación estructural muestran que la viga y la columna originales cumplen básicamente con los requisitos de carga de servicio después de la transformación, y solo la estructura original cumple con los requisitos de resistencia sísmica y durabilidad.

Se consideraron dos esquemas en el diseño: (1) método de refuerzo con fibra de carbono; (2) método de refuerzo con placa de acero pegada. Estos dos métodos de refuerzo son adecuados para elementos de flexión y tracción en condiciones normales. Debido a las limitaciones del tamaño de la sección de la columna y otras condiciones, se ha planificado, en comparación, el refuerzo de la viga de bloque y la columna se basa en el uso de fibra de carbono.

Al mismo tiempo, aprovechando al máximo los requisitos tecnológicos de construcción del método de refuerzo con fibra de carbono, se aplica un adhesivo de resina epoxi sobre la superficie de la estructura de hormigón original, adhiriéndose firmemente la malla de fibra de carbono a la misma, de modo que ambas se convierten en una nueva unidad y se unen. Si el adhesivo del CFRP reforzado se deteriora fácilmente bajo la luz solar directa, afectará su resistencia estructural y vida útil, por lo que es necesario aplicar una capa protectora en la superficie del CFRP. La aplicación de la capa protectora debe realizarse después del endurecimiento de la resina. En ese momento, se puede aplicar una capa de adhesivo con brocha y pulverizar arena fina para aumentar su adherencia. Esto no solo completa el refuerzo de vigas y columnas, sino que también mejora en cierta medida el rendimiento sísmico de la estructura y cumple con los requisitos de durabilidad.

El Bloque II es una estructura de un solo vano de 10,5 m con aberturas de 4,2 a 6 m y 350 mm de espesor. El cálculo estructural muestra que la columna del marco original cumple básicamente con los requisitos de carga de servicio tras la transformación, y el refuerzo de la viga del marco es insuficiente. Por lo tanto, es necesario no solo abordar la resistencia sísmica y la durabilidad de la estructura original, sino también reforzar la capacidad portante de la viga del marco. Las columnas del marco siguen estando reforzadas con CFRP. Una vez reforzadas, se envuelven circularmente láminas de CFRP alrededor de las columnas, lo que mejora el comportamiento sísmico. Considerando la tecnología, el plazo y el coste de la construcción, se utiliza pretensado externo para reforzar la viga del marco y se utiliza un cable de acero de baja relajación D15.24. Para garantizar la durabilidad de las vigas y columnas del marco, se puede aplicar una capa de adhesivo de resina epoxi sobre la superficie, pulverizar arena fina y, finalmente, pintar.

En el Bloque III, las dimensiones de las secciones de las columnas del marco son de 300 mm x 350 mm, 350 mm x 350 mm, y las dimensiones de las secciones de las vigas del marco son de 250 mm x 450 mm y 250 mm x 570 mm. El cálculo estructural muestra que las vigas y columnas originales del marco no pueden cumplir con los requisitos de carga de servicio después de la reconstrucción, por lo que es necesario reforzar las vigas y columnas originales de manera integral. El método de aumento de la sección transversal y el método de acero adherido se consideran en el refuerzo de las columnas del marco. Debido a las ventajas de bajo costo y buena durabilidad, el peso propio aumentará y el período de construcción será largo. Las ventajas y desventajas de este último son justo lo opuesto a las primeras. Considerando que el rango de refuerzo de la columna en el Bloque III es grande y no va a lo largo de la calle, hay ciertos sitios de construcción y otras condiciones, finalmente se adopta el método de sección agrandada para reforzar la columna. El método de aumento de la sección, el refuerzo de CFRP y el pretensado externo se consideran en el refuerzo de las vigas del marco. Dado que la altura original del edificio es de tan solo 3,3 m, se descartó inicialmente el método de ampliación de sección. Además, la estructura del tercer bloque es una estructura de pórtico de un solo vano, y la altura de la viga de diseño original es insuficiente. Tras el cálculo de la revisión, la flecha de la viga es relativamente grande, por lo que el refuerzo de pretensado externo se convierte en la primera opción. Para el tratamiento de durabilidad, se sigue adoptando el mismo método que en los bloques I y II.

2.2.2 Refuerzo de pisos

Debido al uso de ladrillo pulido o pisos de piedra en la decoración tras la renovación del edificio, su función también ha cambiado de edificios de oficinas a centros comerciales, por lo que se han incrementado las cargas muertas y vivas en el diseño. El diseño original

2.2.1. Refuerzo de vigas y columnas

Los Bloques I y II se diseñaron y construyeron en la década de 1970 como el primer edificio de oficinas de varias plantas con estructura de la zona. Se entiende que el diseño y la construcción en aquel momento fueron extremadamente cuidadosos, especialmente durante el proceso de construcción, cuando los requisitos de los materiales alcanzaron un punto crítico, como lo demuestran los resultados de las pruebas estructurales.

Las dimensiones de la red de columnas en el Bloque I son de 3 m de vano, 6 m de canto, 5,3 m de canto, 300 mm x 600 mm en la columna central, 300 mm x 500 mm en la columna lateral y 250 mm x 550 mm en la viga. El cálculo y la comprobación estructural muestran que la viga y la columna originales cumplen básicamente con los requisitos de carga de servicio después de la transformación, y solo la estructura original cumple con los requisitos de resistencia sísmica y durabilidad.

Se consideraron dos esquemas en el diseño: (1) método de refuerzo con fibra de carbono; (2) método de refuerzo con placa de acero pegada. Estos dos métodos de refuerzo son adecuados para elementos de flexión y tracción en condiciones normales. Debido a las limitaciones del tamaño de la sección de la columna y otras condiciones, se ha planificado, en comparación, el refuerzo de la viga de bloque y la columna se basa en el uso de fibra de carbono.

Al mismo tiempo, aprovechando al máximo los requisitos tecnológicos de construcción del método de refuerzo con fibra de carbono, se aplica un adhesivo de resina epoxi sobre la superficie de la estructura de hormigón original, adhiriéndose firmemente la malla de fibra de carbono a la misma, de modo que ambas se convierten en una nueva unidad y se unen. Si el adhesivo del CFRP reforzado se deteriora fácilmente bajo la luz solar directa, afectará su resistencia estructural y vida útil, por lo que es necesario aplicar una capa protectora en la superficie del CFRP. La aplicación de la capa protectora debe realizarse después del endurecimiento de la resina. En ese momento, se puede aplicar una capa de adhesivo con brocha y pulverizar arena fina para aumentar su adherencia. Esto no solo completa el refuerzo de vigas y columnas, sino que también mejora en cierta medida el rendimiento sísmico de la estructura y cumple con los requisitos de durabilidad.

El Bloque II es una estructura de un solo vano de 10,5 m con aberturas de 4,2 a 6 m y 350 mm de espesor. El cálculo estructural muestra que la columna del marco original cumple básicamente con los requisitos de carga de servicio tras la transformación, y el refuerzo de la viga del marco es insuficiente. Por lo tanto, es necesario no solo abordar la resistencia sísmica y la durabilidad de la estructura original, sino también reforzar la capacidad portante de la viga del marco. Las columnas del marco siguen estando reforzadas con CFRP. Una vez reforzadas, se envuelven circularmente láminas de CFRP alrededor de las columnas, lo que mejora el comportamiento sísmico. Considerando la tecnología, el plazo y el coste de la construcción, se utiliza pretensado externo para reforzar la viga del marco y se utiliza un cable de acero de baja relajación D15.24. Para garantizar la durabilidad de las vigas y columnas del marco, se puede aplicar una capa de adhesivo de resina epoxi sobre la superficie, pulverizar arena fina y, finalmente, pintar.

En el Bloque III, las dimensiones de las secciones de las columnas del marco son de 300 mm x 350 mm, 350 mm x 350 mm, y las dimensiones de las secciones de las vigas del marco son de 250 mm x 450 mm y 250 mm x 570 mm. El cálculo estructural muestra que las vigas y columnas originales del marco no pueden cumplir con los requisitos de carga de servicio después de la reconstrucción, por lo que es necesario reforzar las vigas y columnas originales de manera integral. El método de aumento de la sección transversal y el método de acero adherido se consideran en el refuerzo de las columnas del marco. Debido a las ventajas de bajo costo y buena durabilidad, el peso propio aumentará y el período de construcción será largo. Las ventajas y desventajas de este último son justo lo opuesto a las primeras. Considerando que el rango de refuerzo de la columna en el Bloque III es grande y no va a lo largo de la calle, hay ciertos sitios de construcción y otras condiciones, finalmente se adopta el método de sección agrandada para reforzar la columna. El método de aumento de la sección, el refuerzo de CFRP y el pretensado externo se consideran en el refuerzo de las vigas del marco. Dado que la altura original del edificio es de tan solo 3,3 m, se descartó inicialmente el método de ampliación de sección. Además, la estructura del tercer bloque es una estructura de pórtico de un solo vano, y la altura de la viga de diseño original es insuficiente. Tras el cálculo de la revisión, la flecha de la viga es relativamente grande, por lo que el refuerzo de pretensado externo se convierte en la primera opción. Para el tratamiento de durabilidad, se sigue adoptando el mismo método que en los bloques I y II.

2.2.2 Refuerzo de pisos

Debido al uso de ladrillo pulido o pisos de piedra en la decoración tras la renovación del edificio, su función también ha cambiado de edificios de oficinas a centros comerciales, por lo que se han incrementado las cargas muertas y vivas en el diseño. El diseño original