建筑結構加固方法簡析

張玉梅

（江蘇省常州建設高等職業技術學校，江蘇 常州 213016）

一、建筑結構加固背景

在過去的30年，隨著我國國內經濟飛速發展，GDP高速增長，城市化的進程不斷提高，我國的建筑業得到了巨大的發展，它正充當著拉動國家經濟發展的主要引擎。鋼筋混凝土結構由于耐久性好、可模性好、原材料成本低、易于保養等特點，仍是現今結構工程的主流。大多數建筑物及構筑物都是鋼筋混凝土結構或離不開鋼筋混凝土結構。

在建筑物設計壽命內，由于其所有權變更、使用功能改變和建筑結構構件使用荷載變化等因素影響，使得這些建筑物不能滿足使用功能的要求，重建既不可能或因經濟因素，大量建筑物就需要進行加固改造處理。我國現有大量為20世紀80年代以前的建筑，由于歷史原因和結構的自然損傷，許多建筑物都急待維修。據住建部有關資料表明，我國每年有將近3000多萬平方米的建筑物發生開裂、傾斜和破損。建筑物使用年限過長在我國工業廠房建筑中尤為明顯。20世紀五六十年代，我國共建成各類工業項目50多萬個，各類公共建筑項目近百萬個，累計竣工的工業與民用建筑數億平方米，其中，相當比例的房屋臨近退役期，加固改造到了刻不容緩的地步，所以不少地方建設已從新區開發轉到新區開發與舊房治理相結合的軌道上。由于加固的費用明顯低于新建，故加固已有建筑對于節約社會的資源消耗具有明顯的促進作用。

在建造時，由于設計、材料和施工等等原因及環境劣化、自然或人為因素影響，降低了原建筑物設計預定功能的能力，必須對結構的局部或整個結構進行加固改造，以滿足建筑物使用功能要求。

另外，由于建筑物遭受自然災害，如地震、風災、火災和腐蝕等也會造成結構損壞，出現超出建筑設計規范允許值的結構變形和裂縫，承載力下降，不能滿足設計功能使用要求，此類建筑物同樣需要進行加固改造。

據有關部門統計，我國現有城鎮房屋建筑面積約70億平方米，這些建筑物中有近40億平方米需要分項分期分批進行加固，其中有近20億平方米急需加固才能保證其正常使用。

二、國內外建筑結構加固分析

1.國外建筑結構加固分析

結構加固技術的發生和發展始于二次世界大戰后恢復生產與經濟建設時期。西歐不少國家非常重視舊房維修加固與改造，一些國家加固改造投資占建筑業總投資50%左右。近幾十年來，由于舊建筑工程事故不斷發生，所以經濟發達的國家正逐漸把建設重點轉移到舊建筑物的維修、加固和改造方面。例如：日本政府組織進行了提高建筑物使用壽命的技術開發項目，以防為主，從建筑立法、設計、施工和改造維修入手來解決建筑物的使用壽命問題，并制定了一系列法令和標準。

2.我國建筑結構加固分析

從20世紀60年代起，我國開始使用加固技術進行許多工業廠房的加固改造，而加固技術的大量使用是在20世紀70年代末期。隨著加固市場的不斷擴大，經過幾十年的工程實踐，我國在加固技術方面積累了豐富的實踐經驗，同時在理論研究與規范制訂上也取得了明顯的進展。在90年初制訂了《混凝土加固技術規范》《磚混結構房屋加層設計規范》和《鋼結構加固技術規范》，為結構加固設計和施工提供了技術標準和理論指導。

三、建筑結構加固設計改造原則

對加固工程進行加固方案的選擇和確定，應視具體情況而定。根據大量的實踐經驗，加固設計改造應遵循以下基本原則：

1.全面了解原有結構的材料和結構體系

結構加固方案確定前，必須對已有結構進行檢查和可靠性鑒定分析，全面了解已有結構的材料性能、結構構造和結構體系以及結構缺陷和損傷等結構信息，分析結構的受力現狀和持力水平，為加固方案的確定奠定基礎。

2.結構技術方案應技術可靠、經濟合理、方便施工

結構加固方案的選擇應充分考慮已有結構實際現狀和加固后結構的受力特點。對結構整體進行分析，保證加固后結構體系傳力線路明確，結構可靠。采取措施保證新舊結構或材料的可靠連接。還要盡量考慮綜合技術指標，考慮加固施工的具體特點和加固施工的技術水平，在加固方法的設計和施工組織上采取有效措施，減少對使用環境和相鄰建筑結構的影響，縮短施工周期。

3.減少對原有建筑的損傷，盡量利用原有結構的承載力

在確定加固方案時，應盡量減少對原有結構或構件的拆除和損傷。對已有結構或構件，在經結構檢測和可靠性鑒定分析后，對其結構主要承載能力等有了全面的了解，在此基礎上，應盡量保留和利用有價值的結構，避免不必要的拆除，同時又要保證保留部分的安全可靠和耐久性。

4.加固實施過程中應加強對實際結構的檢查，并隨時消除隱患

對已有結構的實際狀況及結構損傷和缺陷情況是無法百分之百掌握的，因此，在加固實施過程中，應加強對實際結構的檢查工作，發現與鑒定結論不符或檢測鑒定時未發現的結構缺陷和損傷，應及時采取措施消除隱患，最大限度地保證加固的效果和結構的可靠性。

5.保證加固后工程效果

考慮建筑美觀，無論是室內還是室外都應進行必要的藝術處理，盡量避免留下加固的痕跡，以達到良好的加固工程效果和藝術效果。

四、常用建筑結構加固方法分析

目前我國在混凝土結構加固實際加固工程實踐中廣泛使用的加固方法主要有：增大截面加固法、置換混凝土加固法、改變結構傳力途徑加固法、外包鋼加固法、粘鋼加固法、外粘纖維復合材加固法、體外預應力加固法、水泥復合砂漿鋼筋網加固法。這些加固方法和技術存在各自的優缺點，現分析如下：

1.增大截面加固法

增大截面加固法即采取增大混凝土結構或構筑物構件的截面面積和配筋,以提高其承載力和滿足正常使用的一種方法。可廣泛用于鋼筋混凝土結構和構筑物的梁柱板等構件的加固。加大截面加固法要求加固前構件的混凝土強度等級一般不低于C20，其優點是適用范圍廣，適應性強，但現場濕作業，時間長，且加固后對凈空有房屋的美觀也會產生影響。

2.置換混凝土加固法

置換混凝土加固法是將混凝土構件強度較低的部分鑿去，重新澆筑高強混凝土。該方法對受壓構件加固效果較好，對于加固梁、板構件時可與其他方法配合使用（如受壓區采用置換法，受拉區采用預應力加固法、粘鋼或粘貼碳纖維布加固法）。

3.改變結構傳力途徑加固法

改變結構傳力途徑加固法通過增設支點（柱或托架）的辦法是使結構受力體系得到改善的加固方法。優點是在梁、板跨中增設支點后可大幅度提高承載力，減小和限制梁板的撓曲變形，施工簡單，受力可靠。缺點是占用空間或改變空間分割，對使用有影響，許多情況下不適用。

4.外包鋼加固法

外包鋼加固法即在混凝土構件（梁、柱）四周包型鋼的一種加固方法。適用于不允許增大混凝土構件截面尺寸同時又要大幅度提高承載力的混凝土結構的加固。目前廣泛應用于加固鋼筋混凝土梁、柱、桁架弦桿及腹桿。外包鋼加固法的優點是：構件截面尺寸增加不多，而構件的承載力可大幅提高；缺點是老式的干式外包鋼板加固法是型鋼直接外包于被加固構件四周，型鋼與構件間填充乳膠水泥，這種加固法不能確保結合面的傳遞剪力；濕式外包鋼需要對外包型鋼和混凝土間壓力灌注環氧漿液，施工較復雜。另外，外包鋼外表面需要進行防銹防腐處理，以提高其耐久性。

5.粘鋼加固法

粘鋼加固法即在混凝土構件外部粘貼鋼板，以提高其承載力和滿足正常使用的一種加固方法。適用于承受靜力及不直接承受動載作用的一般受彎構件及受拉構件。優點是能夠有效提高被加固構件的剛度和抗裂性，可以按需要任意粘貼，不會在混凝土中產生應力集中的現象；占用的空間小，不影響結構外觀與使用空間；施工周期短；材料消耗小，工藝簡便。缺點是對環境要求高（環境溫度不大于60℃，相對濕度不大于70℃，以及無化學腐蝕的影響），否則需要采取防護措施，同時不適用于低強度的混凝土構件的加固。

6.外粘纖維復合材加固法

外粘纖維復合材加固法即在混凝土構件外部粘貼纖維復合材料，以提高其承載力的一種加固方法。適用于受彎及受拉構件，尤其適用于抗剪承載力不足需要加固的構件。優點是纖維復合材料質輕高強，故施工簡便，同時能較大幅度提高所加固的構件的承載力和變形性能。缺點是由于纖維復合材料與混凝土彈性模量不匹配，非預應力的纖維復合材料不能充分利用其高強度，且拉斷時呈明顯的脆性，不適用于低強度混凝土構件的加固。

7.體外預應力加固法

體外預應力加固法即采用體外預應力的方式施工反向荷載，對結構進行加固的方法。適用于要求提高承載力、剛度和抗裂性及加固后占用空間小的混凝土承重結構。優點是通過施加預應力強迫后加的鋼絞線受力，改變原結構的內力分布，并降低原結構的應力水平，使一般加固結構中所特有的應力應變滯后的現象得以消除，因而后加的部分與原結構以能較好地共同工作，使結構的總承載力可顯著提高，并可減少結構的變形，使裂縫的寬度減小甚至閉合。該加固方法特別適用于大型結構的加固。缺點是不適用于處在溫度高于60℃環境下的混凝土結構，也不適用于混凝土收縮徐變的混凝土結構。從20世紀90年代體外預應力便采用高強低松弛鋼絞線加固法，已形成了一套較為完整的施工工藝和施工技術，改進或慢慢取代了原來采用預應力拉桿橫向收緊加固法和預應力撐桿加固法。

8.水泥復合砂漿鋼筋網加固法

水泥復合砂漿鋼筋網加固法即在原有的鋼筋混凝土梁板柱表面綁扎鋼筋網片再粉刷（或噴涂）一定厚度的水泥復合砂漿層的加固方法。該加固技術實質是一種體外配筋，通過提高加固構件的配筋量，以大幅度提高構件的強度、剛度、抗裂度和延性等方面的能力。該加固法的優點是防火、耐高溫和耐腐蝕性能優良（水泥復合砂漿是一種無機復合材料，解決了有機環氧化合物加固材料產生的問題，且耐各種酸、堿、鹽的腐蝕），施工簡易方便、質量易保證，基本不改變結構形狀和外觀。缺點是現場濕作業，對施工場地有一定的影響。

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