砌體結(jié)構(gòu)建筑房屋加固既有方法解析

張文鵬 戰(zhàn)美秋 狄書(shū)億 郭桐羽 沈城龍 郭易非

【摘? 要】新世紀(jì)以來(lái)我國(guó)房屋建設(shè)產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展，為了適應(yīng)群眾的日常生活和工作需要，在興建新的建筑的同時(shí)，對(duì)大量的老舊的建筑進(jìn)行加固維護(hù)也迫在眉睫。砌體結(jié)構(gòu)的房屋建設(shè)形式仍在我國(guó)現(xiàn)存住宅結(jié)構(gòu)中占比量大，利用先進(jìn)適宜的砌體加固技術(shù)進(jìn)行維護(hù)加固砌體房屋，使其在地震作用下呈現(xiàn)整體較柔性狀態(tài)，延緩我國(guó)大量砌體結(jié)構(gòu)房屋建筑拆遷重建周期，促進(jìn)我國(guó)舊城區(qū)改造計(jì)劃實(shí)施及保障居民生命財(cái)產(chǎn)安全的意義巨大。本文簡(jiǎn)要的闡述分析了砌體結(jié)構(gòu)房屋建筑加固維護(hù)技術(shù)在工程施工中的應(yīng)用方法，旨在為實(shí)際工程應(yīng)用提供參考。

【關(guān)鍵詞】建筑;砌體結(jié)構(gòu);加固方法

引言

我國(guó)已從建設(shè)新型民用居住建筑階段過(guò)渡到舊房的加固改造與新建筑興建共存的階段。砌體結(jié)構(gòu)房屋建筑在我國(guó)現(xiàn)存的房屋住宅中占比量大，砌體結(jié)構(gòu)因其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，抗震能力較差，地震災(zāi)害中破壞甚至倒塌普遍。地震的產(chǎn)生往往有許多的不確定性和突發(fā)性，對(duì)砌體結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)進(jìn)行深層次的加固改造與維護(hù)，可延長(zhǎng)建筑物自身使用年限，有效的縮短城市規(guī)劃的改建工期，提高建筑物的實(shí)用性、安全性，提高人們居住質(zhì)量。

1.砌體結(jié)構(gòu)建筑加固理念

砌體結(jié)構(gòu)房屋是指以黏土磚或混凝土磚作為主要材料，通過(guò)砂漿砌筑所建造的房屋建筑，建筑結(jié)構(gòu)的柱、樓板、墻體是整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)中的主承重構(gòu)件，由于砌筑砌塊本身離散性大，導(dǎo)致砌體結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)整體性差、柔性弱，其抗震性能遠(yuǎn)不如鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）在傳統(tǒng)工藝下建造的磚砌體建筑的圈梁、構(gòu)造柱等構(gòu)造措施不足，同時(shí)砌體結(jié)構(gòu)本身的抗拉、抗剪力差，隨著建筑物使用時(shí)間年限的增加，受到外界干擾因素增多，其整體及局部穩(wěn)定性不斷下降，極易在使用過(guò)程中發(fā)生裂縫等問(wèn)題，如圖1所示;（2）受制于傳統(tǒng)砌體結(jié)構(gòu)建筑的在施工過(guò)程中存在技術(shù)不規(guī)范問(wèn)題和施工技術(shù)水平低的原因，導(dǎo)致許多老舊的砌體結(jié)構(gòu)建筑在后期使用期間出現(xiàn)程度不等的問(wèn)題，如材料老化等問(wèn)題，如圖2所示;（3）砌體結(jié)構(gòu)建筑材料自身的脆性較大，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)類(lèi)型普遍為獨(dú)立基礎(chǔ)，易引發(fā)地基沉降導(dǎo)致的建筑整體變形問(wèn)題，如圖3所示，另外砌體建筑物在高溫高濕和溫度變化大的環(huán)境中引發(fā)變形、裂縫等問(wèn)題也會(huì)影響建筑物的安全性。

砌體結(jié)構(gòu)改造與加固首先需要對(duì)建筑的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的鑒定分析， 根據(jù)結(jié)構(gòu)功能需要分析其中的不規(guī)范合理結(jié)構(gòu)， 將所有的建筑信息、結(jié)構(gòu)信息進(jìn)行綜合，并結(jié)合實(shí)際工程與改造加固目標(biāo)綜合確定改造與加固方案。

目前對(duì)砌體結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固與改造的方法與工藝多種，綜合工程造價(jià)、工期、應(yīng)用效果等因素，同一砌體結(jié)構(gòu)房屋加固方案可采用多種加固方法。

2.砌體結(jié)構(gòu)加固方法

2.1增加扶壁柱

扶壁柱是指增加緊靠墻體的鋼筋混凝土柱，以增加砌體結(jié)構(gòu)墻體的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性，也可增加墻體局部受壓承載力，樓面暗梁、圈梁可與扶壁柱和墻一起協(xié)同工作，此方法屬于增大截面法的一種，可顯著改善砌體結(jié)構(gòu)的整體抗震性，可彌補(bǔ)建筑中因設(shè)計(jì)或年限過(guò)長(zhǎng)等原因?qū)е碌慕Y(jié)構(gòu)空缺、荷載加大等問(wèn)題的影響， 尤其是較長(zhǎng)的砌體墻體較為適用，且在技術(shù)在操作上相對(duì)于其他施工方法較為容易，間接對(duì)建筑進(jìn)行加固的施工時(shí)，使建筑的結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性進(jìn)一步加強(qiáng)，延長(zhǎng)建筑物的使用壽命，如圖4所示。

2.2墻面粘貼纖維增強(qiáng)復(fù)合材料方法

纖維增強(qiáng)復(fù)合材料普遍具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，常用的纖維增強(qiáng)編制成布的有碳纖維布、玄武巖纖維布和石英纖維及玻璃纖維布等。玄武巖纖維是以天然玄武巖為原材料拉制的連續(xù)纖維，其電絕緣性、耐腐蝕性、耐高溫性?xún)?yōu)異，是一種環(huán)保綠色的、綜合性能介于碳纖維和玻璃纖維之間的一種高性能的纖維材料。

目前常用碳纖維、玄武巖纖維復(fù)合高性能砂漿或膠黏劑大面積加固砌體結(jié)構(gòu)墻面，可根據(jù)工程需要進(jìn)行單面或者雙面加固，如圖5所示。此種加固方法適用位置限制小，粘貼纖維布方法對(duì)結(jié)構(gòu)的不同部位和不同環(huán)境下的進(jìn)行施工、受力均勻、不會(huì)造成應(yīng)力集中、不占用建筑空間、施工工期較短、結(jié)構(gòu)外觀尺寸不會(huì)出現(xiàn)明顯變化，可顯著提高墻體在承受各種破壞情況下的自身極限承載力及延伸性，實(shí)驗(yàn)顯示纖維增強(qiáng)復(fù)合加固在具體測(cè)試中的作用與桁架模型中的拉力桿相同，拉力桿機(jī)制進(jìn)一步改善了墻體的受力狀態(tài)并增加纖維布對(duì)墻體的約束，自身極限位移增大，滯回環(huán)也較為飽滿，墻體的剪力承載能力及地震作用下結(jié)構(gòu)耗能能力顯著提升。

2.3外貼混凝土加固墻

通過(guò)新型材料對(duì)建筑物聯(lián)結(jié)與拉結(jié)的將新的加固構(gòu)件與原有的破損構(gòu)件去整合成一個(gè)更牢固的整體。新型建筑加固材料可根據(jù)建筑物加固的不同的需求來(lái)進(jìn)行挑選，一般為有聯(lián)結(jié)與拉結(jié)的構(gòu)件材料，主要有錨桿、鋼筋、銷(xiāo)鍵以及螺栓等，如圖6所示。灌漿是指在混凝土墻板和砌體墻之間進(jìn)行灌漿，將混凝土墻板黏貼到磚墻上，灌漿與銷(xiāo)鍵產(chǎn)生聯(lián)結(jié)、拉結(jié)作用能夠控制裂縫的發(fā)展并減小裂縫的寬度，大大提高位移延性系數(shù)，提升建筑構(gòu)件和配件的抗震強(qiáng)度，加強(qiáng)整體屈服承載力和局部極限承載力與穩(wěn)定性，減少部分地震作用力，避免砌體墻造成重大破壞。可采用預(yù)制加固墻板，增加施工進(jìn)度。

2.4增加抗震橫墻

增加抗震橫墻對(duì)水平地震作用所需的剛度能夠顯著提升，多用于前期設(shè)計(jì)抗震橫墻數(shù)量較少的砌體結(jié)構(gòu)建筑。在對(duì)建筑增加抗震橫墻的時(shí)候，通過(guò)對(duì)比設(shè)計(jì)圖紙來(lái)增加抗震橫墻的數(shù)量，以抗震橫墻的面積率作為加固定稿圖紙主要的憑證，在抗震墻材料選擇上，應(yīng)優(yōu)先使用與原墻體結(jié)構(gòu)材料相同的材料作為抗震墻，同時(shí)所增加的抗震墻與其他抗震墻之間的間隔大于國(guó)家抗震標(biāo)準(zhǔn)所要求的最低標(biāo)準(zhǔn)距離。

2.5格構(gòu)式鋼板加固法

格構(gòu)式鋼板加固墻體的抗側(cè)承載力可提高150%左右，通常在砌體結(jié)構(gòu)墻表面、四角以及兩側(cè)等位置進(jìn)行加固。在兩側(cè)及四角的加固，可對(duì)墻體起到穩(wěn)定作用，對(duì)提升其承載力、抗震能力和防止倒塌有重大作用，這種方法可以保證砌體建筑物在大面積上出現(xiàn)小型裂縫的情況下仍能保持原有的結(jié)構(gòu)體系不變，以維持建筑物的使用年限和經(jīng)濟(jì)效益。其中雙面斜支撐格構(gòu)式鋼板加固墻體的開(kāi)裂荷載可提高160%。

2.6高延性混凝土加固

高延性混凝土具有韌性高、強(qiáng)度大、有較高的抗外界損傷能力和防止產(chǎn)生大裂縫的特種混凝土，同時(shí)其抗?jié)B性好、抗凍性抗裂性高、防碳化能力強(qiáng)、抗氯離子滲透性能力強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)顯示采用單面抹壓厚度為9mm的高延性混凝土加固磚砌體，其整體延性大幅度提升，可抵御9度以上地震，尤其適用于砌體結(jié)構(gòu)震后修復(fù)。同時(shí)，高延性混凝土單面加固或雙面加固無(wú)需復(fù)合纖維或者鋼筋、工期段、施工簡(jiǎn)便，是一種快捷高效的砌體結(jié)構(gòu)加固方式。

3.結(jié)語(yǔ)

綜上所述，每種加固方法都存在較強(qiáng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，在對(duì)砌體結(jié)構(gòu)建筑物針對(duì)加固與維護(hù)需根據(jù)工程檢測(cè)分析與可靠性鑒定結(jié)果綜合分析研究，同時(shí)結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，有目的性地選擇加固方法，確保所選擇的加固方法能有效滿足結(jié)構(gòu)使用要求。在對(duì)砌體結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固與前期施工作業(yè)檢查過(guò)程中，嚴(yán)格遵循相關(guān)的規(guī)范要求，加固的技術(shù)也要符合實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行不斷發(fā)展與創(chuàng)新，巧妙的利用砌體加固方法實(shí)現(xiàn)最佳的加固效果并獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。在具體的工程施工當(dāng)中，還應(yīng)保證加固工程不會(huì)干擾其他建筑物抗震性。

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基金項(xiàng)目：2020年度吉林省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：202010191148）。