淺析結構加固改造的一般原則

伊新富,吳 韜

(1.浙江省城鄉規劃設計研究院,浙江 杭州 310030；2.浙江交工高等級公路養護有限公司,浙江 杭州 310052)

淺析結構加固改造的一般原則

伊新富1,吳 韜2

(1.浙江省城鄉規劃設計研究院,浙江 杭州 310030；2.浙江交工高等級公路養護有限公司,浙江 杭州 310052)

對現行主要加固改造規范標準進行整理,淺析了結構加固改造的幾個一般原則：加固方案的選擇；設計使用年限的確定；抗震標準提高的對策。這些原則對建筑結構加固改造的設計和施工有一定的指導意義。

加固改造；一般原則；方案選擇；設計使用年限；抗震標準

1 背景概況

近年來,全國各地都在進行危房檢測。隨著危房檢測的進行,發現很多建筑物使用功能的改變,還有一些建筑物的上部加層和地下室的改擴建,以及建筑物的水平和豎向移位，等等,以后將會有越來越多的工程需要進行結構加固改造。

《中國地震動參數區劃圖(GB 18306—2015)》已于2016年6月1日施行。《建筑抗震設計規范(GB 50011—2010)》也更新為2016版本。我國很多地方的抗震標準都有不同程度的提高。有些是從不抗震設防提高為6度抗震設防，有些是從6度抗震設防提高為7度抗震設防，還有一些涉及地震分組的提高，等等。這些都對以后的結構加固改造提出了更高的要求。

2 結構加固改造的基本程序

結構加固改造應遵循下列工作程序。

第一步：原結構(可靠性和抗震)鑒定→第二步：加固改造方案的選擇→第三步：加固改造施工圖設計(審查)→第四步：施工及驗收。

以上四個程序都是必須的,而且先后次序不得顛倒。

結構可靠性鑒定,重點是結構的安全性和房屋的正常使用性。應收集原有設計圖紙、計算書、詳細的巖土工程勘察報告、竣工驗收原始資料等；調查建筑結構現狀與原始資料相符合的程度、施工質量和維護狀況,并進行必要的檢測；當資料不全時,應根據鑒定的需要進行補充或實測。

結構抗震鑒定,重點是房屋的綜合抗震能力及整體性。根據各類建筑結構的特點、結構布置、構造和抗震承載力等因素,采用相應的鑒定方法,進行綜合抗震能力分析并作出評價,對不符合抗震鑒定要求的建筑提出相應的抗震減災對策和處理意見。

施工是對加固改造設計的實施過程,一般應由有相應加固資質的專業化隊伍或經專門培訓的隊伍進行。結構加固施工前應按設計要求及結構特點編制施工組織設計,嚴格按相應工藝標準采取有效措施以確保施工質量和安全。結構加固改造的施工還應符合下列要求：

1)應采取措施避免或減少損傷原結構構件;

2)發現原結構或相關工程隱蔽部位的構造有嚴重缺陷時,應會同加固設計單位采取有效處理措施后方可繼續施工;

3)對可能導致的傾斜、開裂或局部倒塌等現象,應預先采取安全措施。

3 結構加固改造的一般原則

3.1 加固改造方案的選擇

加固方案應根據結構鑒定結論及可靠性差異程度和原因,結合該結構特點及加固施工條件,按安全可靠、經濟合理的原則確定。

加固方案宜結合維修改造,并根據原結構的具體特點和技術經濟條件的分析,采用新技術、新材料。加固方法應便于施工,并應減少對建筑正常使用功能的影響。

在選擇加固方案時,除了重視鑒定報告,更要重視到現場直接查看,這對于一些爛尾樓的加固改造尤為重要。很多鑒定報告中沒有提及的事項,可在現場查看時得以發現。

在選擇加固方案時,設計單位還要與有經驗的專業加固公司溝通，只有這樣才能使加固方案更加具有實施性,也更為經濟合理。根據結構鑒定報告和有關資料,設計人員會同專業加固人員選擇適當的加固方案是非常重要的。

按選擇的加固改造方案進行進一步詳細的加固改造設計時,應考慮合適的施工方法及合理的構造措施，并根據結構上的實際作用,進行承載能力、正常使用極限狀態方面的驗算。

加固方案應根據結構鑒定的完整報告和現場查看綜合確定,處理好各種關系,使方案有所優化。

3.2 加固設計使用年限的確定

3.2.1 在加固設計規范中,按如下原則對加固設計使用年限的確定

1)結構加固后的使用年限,應由業主和設計單位共同商定；

2)一般情況下,宜按30年考慮；到期后,若重新進行的可靠性鑒定認為該結構工作正常,仍可繼續延長其使用年限；

3)對使用膠粘方法或摻有聚合物加固的結構、構件,應定期檢查其工作狀態。檢查的時間間隔可由設計單位確定,但第一次檢查時間不應遲于10年。

4)當為局部加固時,應考慮原建筑物剩余設計使用年限對結構加固后使用年限的影響。

3.2.2 在抗震鑒定規范中,提出如下確定后續使用年限的原則

1)在20世紀70年代及以前建造經耐久性鑒定可繼續使用的現有建筑,其后續使用年限不應少于30年；在20世紀80年代建造的現有建筑,宜采用40年或更長,且不得少于30年。

2)在20世紀90年代(按當時施行的抗震設計規范系列設計)建造的現有建筑,后續使用年限不宜少于40年,條件許可時應采用50年。

3)在2001年以后(按當時施行的抗震設計規范系列設計)建造的現有建筑,后續使用年限宜采用50年。

對比加固設計規范和抗震鑒定規范,兩者對加固設計使用年限,即后續使用年限,存在一定的區別。

設計使用年限是對建筑繼續使用所約定的一個時期,在這個時期 ,建筑只需進行正常維護而不需要進行大修就能按預期目的使用，完成預定的功能。設計使用年限的限定,主要考慮的應該是耐久性問題。其次,是安全性、經濟性和合理性的問題。最后,還涉及荷載取值、構造要求等方面的問題。

抗震鑒定規范確定后續使用年限的方法是具有技術可能、經濟可能和科學性的。

要注意抗震鑒定規范的用詞,對于30年的年限,是使用了“不應”和“不得”。其余40年和50年的年限,是使用了“宜”和“條件許可時應”。

3.2.3 結合加固設計規范,按如下原則確定加固設計(后續)使用年限

1)對于絕大多數的加固改造工程,可按照設計使用年限為30年確定;

2)對于已經按2001規范執行的工程加固改造,加固設計使用年限,定為40年為宜;

3)50年的設計使用年限,建議只有在新建工程的加固改造時使用為宜。

因為按30年的設計使用年限,已經滿足了加固設計規范和抗震鑒定規范的基本要求。

對于加固改造中,存在大量的局部構件的加固改造,這些構件的設計使用年限應考慮原建筑物剩余設計使用年限對結構加固后使用年限的影響。如果它們的設計使用年限提得過大的話,對原結構可能存在安全性和耐久性方面的隱患。

對于加固改造工程,原結構的混凝土強度、砌體強度和砂漿強度,普遍存在偏低的問題。它們在加固改造后的耐久性如何,還需要時間的檢驗。

所以,加固設計使用年限,建議一般采用30年較好。而且對于這類工程,應加強監測和定期檢測,以便確保加固改造工程的安全性和耐久性。當然,若業主認為其房屋極具保存價值,而加固費用也不成問題,則可商定一個較長的設計使用年限。這在技術上都是能夠做到的,但畢竟很費財力,所以不應在業主無特殊要求的情況下,誤導他們這么做。

3.3 提高抗震標準的對策

全國很多地方的抗震標準將有質的提高,特別是對于從不抗震設防,提高為6度抗震設防的；從6度抗震設防,提高為7度抗震設防的。這些地區結構抗震加固改造的難度非常大。

房屋的抗震設計包括抗震驗算和抗震措施兩個方面。多遇地震的抗震驗算是實現第一水準設防目標的保證，罕遇地震的彈塑性變形驗算是實現第三水準設防目標的保證，而概念設計和抗震措施是三個水準目標的基本保證。

對于新建工程的抗震設計,實現三水準設防目標的做法是在構件層次同時滿足抗震驗算和抗震措施兩方面的要求。然而,對于現有建筑而言,如果要做到每個構件的承載力和構造措施都達到規范規定的要求是不現實的,其結果勢必會造成逐個構件的加固。這樣不僅加固工作量大,而且對原有結構的傷害也大,甚至還會因加固措施不當而產生新薄弱樓層，導致結構倒塌。

這時,采用“綜合抗震能力”是一種經濟合理的方式。所謂綜合抗震能力，是指整個建筑結構綜合考慮其構造和承載力等因素所具有的抵抗地震作用的能力。

實際上,結構在地震作用下的性能實現的途徑有兩個：一是承載能力達到了要求,與目標曲線形成一個交點；二是雖然承載能力未能達到預定的要求,但結構具有足夠的變形能力,因此同樣也能與目標曲線形成一個交點。

在現有建筑的抗震加固中,也可借用上述原理,針對現有結構的特點：可以采用通過提高結構承載力的方式加固,使之達到規定的目標要求；也可能采用不提高結構承載力而是提高結構延性功能的加固方式,同樣使之達到規定的設防目標的要求。

再按照上面加固設計使用年限的確定原則,如果采用30年的話,其抗震驗算系數比現行設計規范有所下降,較容易滿足抗震加固規范的要求。只有對新建工程的設計使用年限采用50年,這時的抗震加固改造也可以滿足抗震加固規范的要求。另外,在加固改造中,普遍使用了結構膠,而膠的使用年限和耐久性能能否滿足40年或者50年的要求,這也是建議使用加固設計使用年限為30年為主的一大原因。

在條件允許的情況下,適當地使用消能減震技術,是提高綜合抗震能力的有效手段。

4 結 語

1)原結構(可靠性和抗震)鑒定是加固改造工程的第一步,必須按現行規范嚴格進行,并提供完整的鑒定報告。

2)根據結構鑒定報告和有關資料,結合現場查看,由設計人員會同專業加固人員選擇適當的加固方案是非常重要的。

3)加固設計使用年限,建議一般采用30年為宜。而且對于加固改造工程,應加強監測和定期檢測,才能確保加固改造工程的安全性和耐久性。年限到期后,若重新進行的可靠性鑒定認為該結構工作正常,仍可繼續延長其使用年限。

4)對于抗震標準提高的對策,應以“綜合抗震能力”作為衡量指標具有非常重要的現實意義。

5)加固改造的施工是對加固改造設計的實施過程,一般應由具有加固資質的專業化隊伍或經專門培訓的隊伍進行。

Brief Analysis on the General Principles of the Structural Reinforcement

YIXinfu1,WUTao2

2016-11-02

伊新富(1974—),男，浙江金華人，高級工程師，從事結構設計工作。

TU746.3

B

1008-3707(2017)02-0012-03