既有建筑加固技術(shù)探討

1.引言

建筑結(jié)構(gòu)改造與加固有效地延長了建筑物的使用壽命，增加了建筑的外觀美觀，且節(jié)省了費(fèi)用資金，是建筑活動實(shí)踐中較為常用的技術(shù)。一些老建筑在改造和加固后重又煥發(fā)了活力，如由清華大學(xué)建筑設(shè)計研究院支持進(jìn)行的中國美術(shù)館改造裝修工程，可謂既有建筑改造的典范之作。在結(jié)構(gòu)加固領(lǐng)域，歐美等發(fā)達(dá)國家已逐步演變上升為融材料、化工、機(jī)械、結(jié)構(gòu)等為一體的專項學(xué)科，我國與之相比有較大差距。

2.既有結(jié)構(gòu)加固方法的優(yōu)缺點(diǎn)分析：

我國在建筑結(jié)構(gòu)加固方面一般采用傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)加固方法，主要有：

（1）加大截面加固法：通過加大構(gòu)件的截面面積以提高其承載能力和滿足正常使用要求。其間可輔以化學(xué)植筋錨固技術(shù)和免振混凝土技術(shù)，其方式有：外包柱、疊合梁、疊合板、夾板墻。其優(yōu)點(diǎn)是：適用范圍廣，可用于混凝土結(jié)構(gòu)梁、板、柱及砌體磚墻的加固；施工技術(shù)要求低；工程造價低。其缺點(diǎn)是：施工周期長，施工作業(yè)對周邊環(huán)境干擾和污染較大；加固后構(gòu)件幾何尺寸和自重增加，影響建筑的美觀，且明顯減少了建筑的有效使用空間；屬被動加固技術(shù)，加固部分存在截面存在應(yīng)力、應(yīng)變滯后情況。

（2）粘鋼或包鋼法：多用于混凝土結(jié)構(gòu)，是一種在構(gòu)件表面粘貼鋼板加固方法。目前多采用濕式施工工藝，即使用結(jié)構(gòu)膠將型鋼或鋼板粘貼到混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的表面，通過約束作用和兩者共同工作提高其承載能力和變形能力，其間常輔以化學(xué)錨栓技術(shù)。其優(yōu)點(diǎn)是：應(yīng)用廣泛，可用于混凝土結(jié)構(gòu)梁、板、柱的加固和鋼結(jié)構(gòu)加固；被加固構(gòu)件截面和自重增加不大，不影響建筑效果；施工工期相對短，對周邊環(huán)境干擾較小。其缺點(diǎn)是：建筑結(jié)構(gòu)膠屬高分子類建材，對室內(nèi)環(huán)境有污染，不符合綠色環(huán)保發(fā)展趨勢；結(jié)構(gòu)構(gòu)件節(jié)點(diǎn)的加固處理不易實(shí)施；因加固使用鋼材，決定了其使用環(huán)境溫度不能過高，其表面需嚴(yán)格封閉或進(jìn)行防腐、防火處理，且需定期檢查維護(hù)，施工費(fèi)用和后期維護(hù)費(fèi)用相對較高；施工工藝較復(fù)雜；亦屬被動加固技術(shù)，加固鋼材截面存在應(yīng)力、應(yīng)變滯后。

（3）粘貼纖維材料加固法：多用于混凝土結(jié)構(gòu)，是近年從日本傳入我國的一種加固技術(shù)，其原理和方法類似于粘鋼加固技術(shù)，只是用碳纖維或玻璃纖維片材或板材以及配套樹脂替代鋼材和結(jié)構(gòu)膠，充分發(fā)揮其材料高強(qiáng)度、高彈膜同時可塑性強(qiáng)的特性。其缺點(diǎn)是：貼纖維用樹脂屬高分子類建材，存在一定環(huán)境污染和長期老化問題，亦不符合綠色環(huán)保發(fā)展趨勢；纖維材料有易燃性的特征，不能在高溫環(huán)境施工，且后期維護(hù)仍較繁雜，費(fèi)用較高；碳纖維布是導(dǎo)電體，對施工現(xiàn)場環(huán)境要求較高。

（4）增設(shè)耗能減震支撐法與體外預(yù)應(yīng)力加固法：增設(shè)耗能減震支撐法與體外預(yù)應(yīng)力加固法存在施工工藝復(fù)雜，技術(shù)難度大，施工周期長等缺點(diǎn)，其應(yīng)用受到了限制。

（5）其他的加固法：如多層磚砌體鋼筋（絲）網(wǎng)水泥砂漿抗震加固，玻璃纖維水泥砂漿抹面與鋼絲網(wǎng)相結(jié)合等方法。鋼筋（絲）網(wǎng)水泥砂面層加固墻體，是在墻體表面設(shè)鋼筋（絲）網(wǎng)，再抹以水泥砂漿的修復(fù)加固方法，通過砂漿面層與原墻體及鋼筋（絲）網(wǎng)的粘接，可以較大幅度地提高墻體抗側(cè)剛度和強(qiáng)度，并提高其變形性能，既可以用于原墻體的加固，也可用于震后開裂墻體的修復(fù)和加固。由于采用普通水泥砂漿滲透性較差、圓面的鋼筋（絲）與砂漿的粘接力小、需要的抹灰層較厚，減小了建筑物的使用面積、鋼筋（絲）網(wǎng)的錨固工藝復(fù)雜，很多現(xiàn)場條件不容易實(shí)現(xiàn)等因素，極大地制約了這一加固方法的應(yīng)用與發(fā)展。

3.高強(qiáng)不銹鋼絞線網(wǎng)-滲透性聚合物砂漿加固法：

高強(qiáng)不銹鋼絞線網(wǎng)-滲透性聚合物砂漿加固法是一種新型的加固法，鋼絞線是受力的主體，在加固后的結(jié)構(gòu)中同鋼筋一樣受拉，滲透性聚合物砂漿其保護(hù)鋼絞線網(wǎng)的作用，并將其粘貼在原結(jié)構(gòu)上，使鋼絞線網(wǎng)在任一截面與原結(jié)構(gòu)變形協(xié)調(diào)。

3.1 加固材料性能：

高強(qiáng)鋼絞線型號為6*7+IWS，直徑3.05mm。作為主要的連接材料，滲透性聚合物面層砂漿具有滲透性好、粘接強(qiáng)度高、收縮性小等特點(diǎn)，同時易于機(jī)械噴涂或手工涂抹。實(shí)驗(yàn)表明，滲透性聚合物面層砂漿7天的正拉粘接強(qiáng)度大于2.0MPa，壓縮強(qiáng)度大于40 Mpa，彎曲強(qiáng)度大于9.0 Mpa。且滿足耐久性及防火要求，施工后無需做面層，可直接在其表面進(jìn)行表面涂裝作業(yè)。

3.2 加固原理：

高強(qiáng)不銹鋼絞線網(wǎng)-滲透性聚合物砂漿加固技術(shù)需要將被加固構(gòu)件進(jìn)行界面處理，然后將鋼絞線網(wǎng)片敷設(shè)于被加固構(gòu)件的受拉區(qū)域，再在其表面涂抹聚合物砂漿。其中鋼絞線是受力的主體，在架構(gòu)后的結(jié)構(gòu)中發(fā)揮其高于普通鋼筋的抗拉強(qiáng)度作用；聚合物砂漿有良好的滲透性、粘接強(qiáng)度和密實(shí)度高，它一方面起保護(hù)鋼絞線網(wǎng)片的作用，同時將其粘接在原結(jié)構(gòu)上形成整體，使鋼絞線網(wǎng)片在任一界面上與原結(jié)構(gòu)變形協(xié)調(diào)，在結(jié)構(gòu)受力時，通過原構(gòu)件與加固層的共同工作，可以有效提高其強(qiáng)度和承載能力。

3.3 加固設(shè)計：

3.3.1 梁、板加固：

在梁、板構(gòu)件的受拉區(qū)固定鋼絞線網(wǎng)片進(jìn)行受彎加固時，梁底受拉區(qū)布置的鋼絞線方向應(yīng)與加固的受力方向一致。采用高強(qiáng)鋼絞線網(wǎng)片對梁、板等混凝土構(gòu)件進(jìn)行受彎加固承載力計算時，除應(yīng)符合現(xiàn)行國家規(guī)范鋼筋混凝土構(gòu)件正截面受彎承載力計算的基本假定外，還應(yīng)符合下列要求：

（1）達(dá)到受彎承載力極限狀態(tài)時，鋼絞線的拉應(yīng)變應(yīng)根據(jù)平截面應(yīng)變保持屏幕的假定確定，但不應(yīng)超過鋼絞線的允許拉應(yīng)變；

（2）當(dāng)考慮二次受力影響時，應(yīng)根據(jù)加固時的荷載情況按平截面應(yīng)變保持平面的假定計算加固前受拉區(qū)邊緣混凝土的初始應(yīng)變；

（3）在構(gòu)件達(dá)到破壞狀態(tài)前，鋼絞線與混凝土之間不發(fā)生粘接剝離破壞。

3.3.2 柱子加固：

加固柱所用鋼絞線網(wǎng)片同梁板。采用掛網(wǎng)方法對柱進(jìn)行抗震加固時，主鋼絞線主受力方向應(yīng)與柱軸相垂直。應(yīng)優(yōu)先采用封閉加固形式，也可采用U型加固、側(cè)面加固。

當(dāng)對柱進(jìn)行抗震加固時，鋼絞線網(wǎng)片在箍筋加密區(qū)宜連續(xù)布置。鋼絞線網(wǎng)片兩端應(yīng)采用搭接或可靠性連接措施形成封閉結(jié)構(gòu)，各網(wǎng)片搭接位置應(yīng)相互錯開。

3.3.3 磚墻砌體加固：

采用鋼絞線網(wǎng)片對磚墻進(jìn)行抗震加固時，鋼絞線方向應(yīng)按水平和豎直方向同時進(jìn)行。

3.4 優(yōu)點(diǎn)分析：

（1）高強(qiáng)不銹鋼絞線網(wǎng)為鍍鋅鋼絲編織而成，抗拉強(qiáng)度高、不易生銹，且與砂漿的粘接力好；

（2）聚合物砂漿滲透性好；

（3）加固面層薄，不影響原結(jié)構(gòu)的使用空間；

（4）施工操作簡便，周期短，不需要大型設(shè)備，施工干擾小；

（5）加固后結(jié)構(gòu)自重增加不大，維護(hù)成本低，材料采用無機(jī)材料，耐久性、耐高溫性好，不污染環(huán)境，符合綠色環(huán)保的要求。

4.施工注意事項

應(yīng)在5℃以上的環(huán)境溫度下施工，施工時應(yīng)考慮環(huán)境濕度對乳液固化的不利影響。界面劑及聚合物砂漿的配制要嚴(yán)格按比例，按操作規(guī)程進(jìn)行，攪拌器內(nèi)不得有油污及雜質(zhì)，應(yīng)根據(jù)環(huán)境溫度和使用量決定攪拌量；鋼絞線為導(dǎo)電材料，施工時用注意遠(yuǎn)離電器設(shè)備和電源，或采取可靠的保護(hù)措施；現(xiàn)場施工人員應(yīng)采取相應(yīng)的勞動保護(hù)措施。

5.結(jié)束語

綠色環(huán)保是當(dāng)今建筑發(fā)展趨勢，建筑加固技術(shù)也應(yīng)順應(yīng)時代的發(fā)展潮流。廣大建筑設(shè)計、施工技術(shù)人員應(yīng)牢固樹立綠色環(huán)保意識，深入研究，不斷提高，將更多的綠色環(huán)保技術(shù)應(yīng)用到實(shí)踐工作中，為我國的建筑節(jié)能、綠色建筑發(fā)展作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)，為我國的節(jié)能減排和社會可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)智慧和力量。