既有建筑改造結構體系加固原則與應用研究

文/滑成 煙臺國泰建筑加固有限公司 山東煙臺 264002

既有建筑工程混凝土結構加固設計明確加固設計的內容和范圍，從整體上考慮結構的整體性、牢固、構造合理、連接可靠，適用經濟，同時與實際施工方法緊密結合，采取有效措施，保證新增構件和部件與原結構連接可靠，共同工作。在具體加固方法上，要根據梁、板、柱、墻等構件類型，分析其受力和損傷特點，采用合理的加固方法，做到安全、適用、經濟、可靠。

1、既有建筑工程中混凝土加固設計的目的及原則

1.1 建筑工程中的混凝土結構加固設計的目的

在社會發展過程中對具有歷史價值建筑的保護，建筑物材料老化、環境侵蝕等自然因素影響，設計失誤、施工不當等人為過失，荷載加大、使用功能改變等，以及設計規范對安全度要求提高、安全儲備的要求提高等諸多原因，大量建筑物、構筑物等工程的結構強度、剛度、變形或局部和整體的穩定性等不能滿足要求，從經濟性或文化保護的角度考慮，這些建筑不允許或不宜推倒重建，因此就需要對其進行加固和修復。

對于既有建筑而言，其結構需要延長使用年限、改變使用用途、改建、擴建或出現安全隱患需要進行加固、修復等，均應對其進行評定、驗算或加固設計。建筑工程中混凝土結構加固設計目的主要是通過對結構或構件進行加固以提高結構或構件的安全性、適用性、耐久性及抗災害能力，提高結構的安全度以減少事故的隱患，保證結構滿足正常的使用要求。

1.2 結構體系加固的原則

結構加固是以提高或恢復建筑物結構降低的或已喪失的可靠性,使其失去部分抗力的構件或結構重新獲得或大于原有抗力為目的,其主要包括如下內容:提高結構構件承載力、通過增加結構構件剛度來降低荷載作用下的變形及位移、增強構件穩定性以降低結構裂縫開展并改善其耐久性。對于需進行加固的結構,應依據相應加固原則進行加固。

結構加固的一般原則包括以下幾點:應避免一些不必要的更換及拆除,如果設計時的安全儲備可以利用,通過修補就可以解決問題的不應進行加固,這樣可以避免加固中導致的結構受損加劇及新問題的出現;若結構存在損傷已對結構安全造成影響,危及人民的生命財產安全,同時具有修復及保存價值或者相對拆除重建更加經濟時,應對其進行加固;對于文物及一些有紀念意義、藝術價值及歷史價值等的建筑物,亦應進行修復和保存;應對加固工作中可能會出現的結構傾斜、失穩、坍塌以及過大變形等問題,在加固設計文件當中提出相應安全措施,同時要求施工單位嚴格執行;未經鑒定及許可的加固工程,加固后不得改變結構的用途及使用環境。

2、加固技術及其應用

2.1 直接加固法

2.1.1 增大截面法

在鋼筋混凝土結構加固中,增大截面加固法是通過使用同種材料增大原結構構件的截面面積,進而提高構件的承載力及剛度的加固技術,一般被用于軸心受彎、受壓、截面受剪、偏心受壓的構件截面增大中,其應用案例主要包括常見的柱、梁、板等。增大截面法是一種傳統的加固方法,具有技術成熟便于施工、可靠性強、適用面廣、對構件抗力及剛度提升幅度大等優點。截面加固法的應用中,應考慮整體結構,不可僅局限于局部的加大,以避免整體結構局部薄弱層出現重大事故。增大截面法也存在著一些弊端,如會在一定程度上降低建筑物使用空間、加大結構自重,并且進行鋼筋混凝土構件的加固時,現場的濕作業工作量較大,且養護期也較長,會對建筑物的使用帶來一定影響。

2.1.2 置換加固法

該法的優點與加大截面法相近，其優點是構件加固后能恢復原貌，不改變原使用空間；缺點是剔除舊混凝土的工作量大，易傷及原構件的鋼筋，且濕作業時間較長；適用于受壓區混凝土強度偏低或有嚴重缺陷的梁、柱等混凝土承重構件的局部加固。

2.1.3 外部粘鋼法

外部粘鋼加固法是指按照加固設計的要求,通過粘結劑將鋼板粘貼于混凝土或鋼結構表面之上,使之共同工作的加固技術。該法具有施工便捷、取材容易的優點,可在幾乎不使構建外觀及使用空間發生變化的條件下,大幅提升其承載力和使用性能。通常使用外部粘鋼加固法將鋼板粘在梁底的受拉區以提升高粱承載力,將鋼板粘于梁側還可提高梁斜截面的承載力。

2.1.4 外粘型鋼加固法

其優點為受力可靠、能顯著提高結構、構件的承載能力、對使用空間影響小、施工簡便且濕作業少；缺點是對使用環境的溫度有限制，且加固費用較高；主要用于柱、桁架、梁和一般構筑物的加固。

2.1.5 粘貼纖維材料法

隨著材料科學的發展,很多輕質高強度的復合材料被應用于結構加固中,如碳纖維、芳綸纖維、玻璃纖維等。纖維合成材料是通過樹脂類的膠結材料在混凝土表面上粘貼纖維布,進而達到對構建的補強加固和改善結構的受力性能的目的。與傳統混凝土結構的加固技術相比,粘貼纖維材料法具有高強高效、施工便捷、耐腐蝕和耐久性能極佳等明顯優勢。

2.2 間接加固的方法

2.2.1 增加支承加固法

該法是通過減少受彎構件的計算跨度，達到減少作用在被加固構件上的承載效應，提高結構承載水平的目的；其優點為受力明確、簡便可靠，且易拆卸、復原；其缺點是顯著影響使用空間；該法用于對使用條件和外觀要求不高的場所、搶險工程的臨時性支頂等的梁、板、桁架的加固。

2.2.2 預應力加固法

預應力加固法是通過外加預應力鋼拉桿或者型鋼撐桿進行結構加固的方法。該法是通過對鋼拉桿或者型鋼撐桿施加預應力,使其受力來影響和改變原結構的應力分布,降低結構原有的應力水平,較好消除普遍存在于一般加固法中的應力應變的滯后現象。預應力加固法可促進原結構與后加部分較好地協同工作,顯著提升結構總體承載力。該法有加固、卸載及改變結構應力分布的效果,應用于大跨度的結構加固中,可對其他加固方法無法實施或者加固效果較差的高應力應變下的大型結構進行加固。

結語：

對既有建筑進行改造加固,要盡量避免大規模整改,以節省效益。在改造加固過程中,要對多種加固方法進行分析評價,以尋找較為合適的方法,做到既有工作效率,又能借鑒人力物力。