探討建筑結構的加固及修復技術

于廣深

摘要：本文闡釋了常規建筑加固與修復的主要特點、適用范圍和施工重點。結合工程體會，指出了在建筑結構加固與修復中，需要注意的一些問題。探討了國內常用的直接加固和間接加固修復技術。

關鍵詞：建筑結構；檢測；加固；修復

伴隨城市規模的擴大，人口的急劇增長，日益嚴重的環境破壞，各類資源的匱乏，導致人類的生活條件和質量不斷惡化。同時，過度集中和無序的建筑建設，使建筑與環境的矛盾日益顯著。控制建筑物的數量與合理規劃，成為現代建設必須重視的問題，同時，提高現存建筑壽命及功能，則成為當務之急的使命。

一、結構加固的現狀

自上世紀70年代末實行改革開放以后，我國各類房屋建筑以及城市設施快速增加。據相關部門統計，我國現存的各類建筑總面積遠遠大于100億m2，其中以混凝土及砌體結構占主流。

新中國建立初期，大量工業與民用建筑的服役期幾乎都超過50年，存在安全隱患。由于勘察、設計和施工中的技術和管理問題，一些新修建的工程項目在初期就存在安全隱患。如果不及時采取措施，將導致嚴重的事故。因此，每年國家投入大量資金用于建筑的加固修復，形成巨大的市場空間。

在功能上，一些現有建筑采取舊的結構設計已不能滿足需求，促進了建筑加固修復專業的發展壯大。特別是，隨著我國經濟發展和人民生活水平的不斷提高，舊城改造已成為各大、中城市的共同熱點課題。為建筑加固修復業帶來了史無前例的機會。

二、結構加固的傳統方法及特點

通常情況下，由于災害（如火災、腐蝕、凍害）或施工質量問題或功能改變等因素，會出現須加固結構承載能力不足的現象。多數是從提高結構的有效受力面積出發（如加大載面法）減小截面的應力，或者直接改變結構的受力體系，改變其傳力途徑（如增加支撐法等）從而降低結構構件的受力，最終達到加固的目的。a）混凝土結構加固方法，b）砌體結構加固方法，c）鋼結構加固方法。根據實際條件與要求，選擇合適的結構加固方法。

目前，土建結構常用的幾種傳統加固方法，主要是以下幾種：

1.預應力加固法

指在原結構上增加預應力構件，來承擔原結構上所受的相應負載，從而提高原結構的承載能力的方法。目前使用較多的主要是體外預應力加固法。

預應力法加固效果好，能較大幅度地提高結構整體承載力。但加固后對原結構外觀有一定影響；比較適用于大跨度或重型結構的加固以及處于高應力、高應變狀態下的混凝土構件的加固。但不適合混凝土收縮變大的結構，此外，加固后需要觀測預應力鋼筋的防腐問題。

2.增大截面加固法

通常用于受彎構件，是指在原構件的上部或下部澆一層新的混凝土和補加相應的鋼筋，從而達到提高原構件承載能力的目的。

歸屬較為傳統的結構加固法，具有成熟的設計和豐富的施工經驗；工程成本相對較低，可用于梁、板、柱、墻和一般構造物等多種混凝土結構的加固。其主要缺陷是現場施工的濕作業時間長，而且會帶來建筑凈空的明顯減少。

3.改變受力體系加固法

包括在梁的中間部分增設支點（剛性支點或彈性支點），將多跨簡支梁變為連續梁等方法。改變結構的受力體系能大幅度降低計算彎矩，提高結構和構件的承載力，達到加強原結構的目的。

此法簡單，且效果可靠。但加固量較大，易損害建筑物的原貌和使用功能，通常還會減小建筑的使用空間。由于所增加的支撐構件一般需要將荷載傳遞到基礎上，適用于整個建筑的加固。

4.粘鋼加固法

通過在構件外側粘貼鋼板，鋼板運用膠粘劑與原構件共同作用，從而增強結構的抗彎和抗剪力，提高結構安全性能。目前，發展最快的一種加固方法是承受靜力作用且處于正常濕度環境中的受彎構件的加固。

特點是施工便捷，僅卸荷和按要求除銹后即可施工?，F場濕作業量少，加固后全天即可使用，且加固后對原結構自重、外觀尺寸和原有凈空無明顯影響，可明顯提高構件的剛度和承載力，且價格低廉；但加固質量很大程度上取決于膠粘劑質量和施工的水平，特別是粘鋼后一旦發現空鼓，進行補救比較困難。

5.外包鋼加固法

以角鋼外包于原構件四角，角鋼間用扁鋼焊接形成整體鋼構套的加固方法，提高構件的承載力和延性。

一般是在要求不顯著增大構件截面，同時又可以大幅度提高結構承載能力的情況下采用，特別是結構柱周圍裹鋼，結構受力比較可靠，同時現場的工作量也較小，結構截面增加也不大。主要缺點是較大的鋼材用量，加大工程成本；在節點處理上有難度。

三、結構加固的新方法及發展

由于自身的局限性，并不能滿足具體某種程度的耐久性和美觀需求，或受施工條件的限制而無法實施。全新的加固技術，如粘貼纖維復合材料加固法、鋼絲網水泥砂漿加固法、纖維材料的嵌入式加固法等，這些技術從一開始引進和在國內普遍應用，以其優異的性能、特點和加固效果取得工程界的廣泛認可。以下重點說明粘貼纖維復合材料加固法：

八十年代末到九十年代初，在發達國家興起的纖維材料（FRP）加固修補土建結構技術，因優點多，效果顯著，已成為廣泛使用的一項技術，并徹底產業化。

根據纖維材料的差異，分為玻璃纖維材料、碳纖維材料和阿拉米德材料。其中，又以碳纖維材料CFRP最具代表性，其性能特點主要有以下幾個方面：

（1）性能優良的物理力學：其抗拉強度為普通鋼材的10倍以上，彈性模量相當于普通鋼材的1.1～2.4倍；而且纖維片材重量輕，比重僅為鋼材的1/4；厚度小，一般片材增強層厚度在0.1mm～0.2mm之間，因此基本上不增加結構截面尺寸和自重。

（2）現場施工方便：沒有濕作業和明火施工，占用場地小，也無需大型施工機具，因此施工方便、工效高、施工質量容易得到保障。

（3）使用范圍廣：可用于梁、板、柱及橋梁、隧道、煙囪等多種結構的加固補強。特別是在曲面殼體和復雜節點的加固中，具有其它加固方式無法比擬的優勢，與混凝土的有效接觸面積可達100%。

（4）良好的耐久性和耐腐蝕、抗磁性等性能特點。

該材料技術始于上世紀80年代中期的土建結構加固。1991年歐洲首先用CFRP完成了國際第一座橋梁加固后，該項技術在世界上迅速推廣，特別是在上世紀90年代中期日本阪神大地震后的重建過程中，該項技術得到大量的應用。

四、結語

目前，重大的任務是土建結構的加固改造。伴隨建筑業的迅猛發展，其加固、維修、改造的應用領域和范圍也逾廣，各類全新的加固技術將取得長遠發展。建筑結構的加固是建筑工程質量安全保障體系的重要組成部分。嚴格遵循規范要求是建筑工程加固的前提。