分析鋼筋混凝土框架結構加固技術的研究與應用

魏冬冬

【摘要】本文研究的主要內容是既有建筑的可靠性鑒定及其加固技術。我國房屋建筑用地資源有限、原有建筑不滿足目前的使用要求、地震災害造成既有建筑存在安全隱患、偶然作用使得建筑部分構件出現損傷等等多重原因造成建筑物急需進行加固維修，促使近年來我國建筑加層、加固技術發展越來越快，對既有建筑進行加固施工已經成為政府部門及建筑行業廣泛關注和研究的問題。影響建筑物加固的因素有很多，如建筑結構形式不一、施工難易程度不同、加固改造要求不同、后期使用條件不同等。

【關鍵詞】鋼筋混凝土；框架結構；加固技術

我國經濟水平不斷提高，城市大規模擴建、人口迅速膨脹，人們對居住的衛生環境、周邊的教育規模、交通通暢情況等也要求越來越高，這使得本就已經受到限制的城市用地更加緊張。土地資源有限使得人們越來越多的把目標投向了對既有建筑物的修繕與改造，通過在已有建筑上加層設計達到增加使用面積的目的。建筑物自身性能漸漸老化、結構功能慢慢衰減是建筑物的一個不可逆轉的客觀規律，科學地評估建筑物的損傷規律及其程度，并及時采取有效措施進行加固和修繕，可延緩既有建筑的結構損傷進程，達到延長建筑物使用壽命的目的。所以對建筑結構的加固技術進行研究并使之發展應用，具有重要的理論意義和巨大的經濟效益。

一、建筑結構加固技術

1.增大截面加固法

增大截面加固法是較為經典的一種建筑物加固技術，主要是借助在建筑物的構件外表面增大其截面面積或增配鋼筋來提高建筑物的構件承載能力和整體剛度的目的，增大截面加固法可廣泛的應用于一般的梁、板、柱、墻等混凝土受彎、受壓構件，其工藝簡單、適用面較廣泛，是目前建筑行業最為廣泛的一種建筑結構加固形式。根據結構構件受力特點、加固目的、構件尺寸等，可將既有建筑結構的增大截面加固方案設計分為單側加固、雙側加固、三側加固、四面包裹四種；根據不同的加固目的和要求又可分為以增大截面面積為主要形式的加固方式和以增加鋼筋用量為主的加固方式以及增大截面同時增加鋼筋的加固形式。較早的民間運用增大截面加固技術對自己房屋等進行加固，具有相對成熟的設計理論和豐富的實際工程經驗，并且增大截面加固的工程成本較低，但加固時候的施工工藝較復雜，現場施工的濕作業時間長、會增大結構的自重、會減少建筑物的凈空的和實際使用面積。

2.外貼型鋼加固法

外貼型鋼加固法是一種在既有混凝土結構構件四周包以型鋼進行加固的方法，分干式外貼型鋼和濕式外貼型鋼兩種施工形式[54]。外貼型鋼法主要是通過在既有混凝土結構的外表面粘貼型鋼，讓新增的型鋼與被加固的原構件共同作用形成一個受力體系，以增強被加固構件的抗彎能力和抗剪能力，從而進一步提高結構的安全度。外貼型鋼加固法適用承受靜力作用且處于正常濕度環境中的受彎構件的加固，是近年來發展最快的一種加固方法。這種方法適用于需要大幅度提高承載力、增大延性和剛度，但不允許過大的增大結構構件截面尺寸的混凝土結構構件的加固。一般較適用于混凝土柱、梁、屋架、特別是大型結構和大跨度結構的加固。

3.粘貼碳纖維復合材料加固法

纖維聚合物具有強度高、剛度大、優異的耐腐燭、抗疲勞性能并且剪裁方便，碳纖維的主要組成部分是碳元素（一般為90%以上），不同種類的碳纖維含碳量個不相同，碳纖維耐高溫、耐腐燭、具有顯著的各向異性、可加固各種形狀的構件。碳纖維的比重僅為鐵的1/4-1/5，但是它的強度和重量比卻是鋼板的3-5倍，碳纖維擁有與鋼材相近甚至比鋼材更高的的強度和剛度，而且具有鋼材所不能比擬的耐腐燭性和各向異性、耐螺動性、耐熱性、抗疲勞能力，碳纖維增強材料能在具有高腐燭危害的環境中使用，碳纖維復合材料在延續了碳纖維材料各種性能的同時添加了部分新新材料（樹脂、陶瓷、特殊金屬等）以提高材料自身性能，因其具有的優越性而越發受到土木工程行業的重視。碳纖維復合材料加固既有的混凝土結構構件，使得新、舊組合構件的后期強度大幅度提高，并且加固的施工速度也大幅度上升，加固后的組合結構構件比鋼材具有更好的的耐腐燭性、耐久性；碳纖維復合材料加固技術適用面廣、施工質量容易保證，對結構的影響小。

二、工程概況

西安某高校運動場占地12022.20m2，附屬建筑面積為3502.97m2，觀眾席固定席位為8200座，建筑耐火等級為2級，建筑耐久年限為50年，結構類型為框架結構，建筑抗震設防烈度為8度。由于設計變更，看臺原結構設計中舞臺位置的鋼筋混凝土柱不能夠滿足承載力要求。該工程中需要加固的鋼筋混凝土柱高7.29m，其上立有一根長10.5m的鋼柱。鋼筋混凝土套箍加固技術是我國另一種應用較多的增大截面加固技術，其主要是通過套箍加固層來約束、限制核心混凝土（即原有混凝土柱構件）的橫向變形，提高核心混凝土的強度與延性，充分發揮混凝土材料的抗壓性能；新增鋼筋混凝土套箍可以封閉既有結構構件出現的裂縫，使原有的結構構件裂縫變成新構件的內部裂縫，使裂縫開裂處的應力強度因子降低約40%左右，抑制了裂縫的進一步擴展。鋼筋混凝土套箍加固技術主要是通過沿原結構構件的環向增加新的鋼筋混凝土套箍層，使其形成新舊構件組合的結構共同受力，從而增大結構構件的剛度、強度，達到提高結構整體性能和承載力的目的。本工程實例中，鋼筋混凝土柱構件因承載力不足而需加固，且需保證加固過程不會影響運動場的正常使用，采用套箍加固技術能達到有效加固的效果，故可采用。原有建筑結構其形式各有不同，針對不同使用要求的原有建筑結構應采取不同的加層、加固措施。綜合考慮加層加固方案的合理性、經濟性和安全性后，小食堂改、擴建項目初步計劃采取直接在原結構上加層加固設計的方案有以下幾種：

第一，增加兩層鋼筋混凝土全框架結構。此方案的優點是造價相對比較低，新加的結構能和原有建筑結構相同并有很好的連接，立面也比較容易處理，維護簡單方便。缺點是新增重量相對較大，當遇見跨度大的空間時其所用的梁、柱截面等都需要較大的增加，影響加層加固后的實際空間的使用，對原有結構的影響也大，上下節點連接的處理比較麻煩。

第二，增加兩層輕鋼結構。此種結構的優點是施工周期短、重量輕、工業化程度高、加層結構形式多選。不足之處是造價較高，同時鋼結構與下部鋼筋混凝土結構連接處節點構造復雜，對現有結構影響大，下部現有結構為鋼筋混凝土結構，上部采用鋼結構，上下剛度不一致，結構體系復雜

結束語：我國目前因土地資源有限，使得人們越來越多地把目光投向了對既有建筑的修繕與改造，通過在己有建筑上加層以達到增加建筑使用面積的目的。與新建建筑物相比，對原有建筑物進行加層、加固和現代化改造不僅見效快，而且其造價僅為新建建筑物的30%-60%，經濟效益和社會效益顯而易見。

參考文獻

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