柱外包鋼加固是一種常見的結構加固方法，通過在外包角鋼或鋼板與原混凝土柱之間灌注結構膠或高強砂漿，形成整體受力體系，顯著提升柱的承載力和抗震性能，其計算方法和步驟如下：需根據原柱的截面尺寸、材料強度及受力狀況，確定加固后目標承載力；選擇外包鋼類型（如角鋼、扁鋼或鋼板）并計算其截面面積，確保其與混凝土協同工作，計算時需考慮鋼材的強度設計值、長細比影響系數及穩定性系數，通過驗算加固后的組合截面抗壓、抗彎及抗剪承載力，確保滿足規范要求，施工步驟包括：表面處理（清理原柱、除銹）、定位焊接鋼骨架、壓力灌注膠粘劑或砂漿，最后進行防腐處理，關鍵要點包括保證鋼材與原柱的有效粘結、控制焊接變形，以及分層灌注避免空鼓，該方法適用于軸壓、偏壓及抗震加固，具有施工便捷、占用空間小等優勢，但需嚴格遵循設計規范和施工工藝。

柱外包鋼加固的基本原理

柱外包鋼加固的核心原理是通過在混凝土柱外包裹鋼材（如角鋼、鋼板或鋼管），并通過灌漿料或結構膠使其與原混凝土柱形成整體，從而提高柱的承載能力和抗震性能，加固后的柱受力模式由原來的混凝土單獨受力轉變為混凝土與鋼材共同受力，從而提高其抗壓、抗彎和抗剪能力。

柱外包鋼加固的計算方法

基本計算原則

柱外包鋼加固的計算需遵循《混凝土結構加固設計規范》（GB 50367）等相關規范，主要考慮以下幾個方面：

• 承載力計算：包括軸心受壓、偏心受壓及抗剪承載力計算。
• 剛度計算：加固后柱的剛度變化對整體結構的影響。
• 連接構造驗算：鋼材與原混凝土柱的連接方式是否滿足受力要求。

軸心受壓柱加固計算

對于軸心受壓柱,加固后的承載力計算可采用以下公式：

[ N_u = \alpha_c f_c A_c + \alpha_s f_y A_s ]

• ( N_u ) —— 加固后柱的極限承載力；
• ( \alpha_c ) —— 混凝土強度折減系數（通常取0.85）；
• ( f_c ) —— 混凝土抗壓強度設計值；
• ( A_c ) —— 混凝土柱的截面積；
• ( \alpha_s ) —— 鋼材強度折減系數（通常取0.9）；
• ( f_y ) —— 鋼材的屈服強度；
• ( A_s ) —— 外包鋼材的截面積。

偏心受壓柱加固計算

對于偏心受壓柱,需考慮彎矩的影響，計算加固后的承載力：

[ N_u = \alpha_c f_c A_c + \alpha_s f_y A_s - M_u / e ]

• ( M_u ) —— 柱的極限彎矩；
• ( e ) —— 偏心距。

抗剪承載力計算

外包鋼加固后,柱的抗剪承載力由混凝土和外包鋼材共同承擔：

[ V_u = V_c + V_s ]

• ( V_c ) —— 混凝土部分的抗剪承載力；
• ( V_s ) —— 外包鋼材的抗剪貢獻，通常由綴板或鋼板提供。

剛度計算

加固后柱的剛度 ( EI ) 可近似計算為：

[ EI = E_c I_c + E_s I_s ]

• ( E_c ) —— 混凝土彈性模量；
• ( I_c ) —— 混凝土柱的慣性矩；
• ( E_s ) —— 鋼材彈性模量；
• ( I_s ) —— 外包鋼材的慣性矩。

柱外包鋼加固的施工步驟

前期準備

• 結構檢測：對原柱進行檢測，確定混凝土強度、鋼筋配置及損傷情況。
• 設計計算：根據檢測結果進行加固設計，確定外包鋼的規格、布置方式及連接方式。
• 材料準備：采購符合要求的鋼材（如角鋼、鋼板）、灌漿料或結構膠、螺栓等。

表面處理

• 清理混凝土柱表面,去除松散部分，并打磨至堅實基層。
• 對銹蝕的鋼筋進行除銹處理,必要時進行補強。

外包鋼安裝

• 角鋼或鋼板定位：按設計要求在柱四角或四周安裝角鋼或鋼板，并用綴板焊接固定。
• 焊接或螺栓連接：確保鋼材與原柱緊密貼合，焊接質量符合規范要求。
• 灌漿或注膠：在鋼材與原柱之間灌注高強灌漿料或結構膠，確保兩者協同受力。

防腐處理

• 對外包鋼材進行防腐處理,如涂刷防銹漆或采用鍍鋅鋼材。

養護與驗收

• 灌漿料或結構膠需養護至設計強度。
• 進行質量驗收,檢查焊縫質量、灌漿密實度及整體加固效果。

工程應用中的注意事項

1. 材料匹配性：鋼材與灌漿料的性能需匹配，避免因收縮或膨脹導致脫粘。
2. 焊接質量控制：焊接應避免過熱影響混凝土強度，并確保焊縫無缺陷。
3. 節點處理：柱與梁、基礎的連接節點需特別加強，避免應力集中。
4. 施工監測：加固過程中應進行變形監測，確保結構安全。