混凝土建筑結構加固技術應用分析

李錫軍 繆冉

摘 ? ?要：混凝土建筑加固技術是現代建筑結構設計和施工的重要內容，本文研究了混凝土加固的材料和方法，以某住宅樓為例，擬定擴建方案和結構選型，著重分析了原有結構中主要構件的加固和節點處理，包括柱子補強及柱腳連接、鋼梁與混凝土柱的連接、加強新舊混凝土結合的措施等問題。

關鍵詞：建筑結構;加固技術;混凝土

1 ?引言

混凝土是現代建筑工程的重要材料，我國建筑采用混凝土材料已有近百年的歷史，隨著時間的推移，混凝土結構出現了不同程度的老化和損傷，由于設計缺陷或施工不當可能造成混凝土結構蜂窩、麻面、孔洞等質量缺陷，導致開裂、傾斜、坍塌等重大事故。為此，研究混凝土結構加固技術具有重要的現實意義。混凝土加固技術具有明顯的特點。首先，加固工程需要拆除或清理部分混凝土結構;其次，加固設計要對原有混凝土結構進行驗算和復核，判斷現有混凝土的結構與設計結構強度要求的差異;第三，協調新、舊兩種混凝土材料的交界面，增強結構的整體性。建筑混凝土結構加固要遵循整體效應的原則，即把握結構加固的宏觀效果;遵循構建加固和結構體系加固相結合的原則，即通過增強結構材料的力學性能，增強結構構建之間的連接強度，多方面改善受力情況。

2 ?混凝土結構加固的材料和方法

2.1 ?材料

常見的混凝土加固材料有鋼材及焊接部件、水泥及混凝土、纖維及復合材料、膠黏劑、外加劑等。Q235熱軋鋼筋、HRB335熱軋帶肋鋼筋是常見的加固鋼筋材料，具有較好的焊接性能和防脆裂性能。鋼材的連接可采用螺栓連接、擠壓套筒連接等冷連接方式，亦可采用焊接等熱連接方式。水泥強度等級不宜低于42.5級，通常為32.5級、42.5級或52.5級，水泥存放期限不得超過3個月。保障新澆混凝土和原混凝土緊密、有效粘結是加固混凝土的重要技術要求，新澆筑混凝土的強度等級應比原結構混凝土強度等級高出一級，且不應低于C20。纖維加固是利用FRP（樹脂結構膠材料）在結構臨界破壞上補強，具有質量輕、強度高、耐腐蝕的特點。膠黏劑的主要功能是保障原有結構與加固結構的良好連接，具有可灌性、耐久性、高粘結強度。常見的外加劑有減水劑、早強劑、引氣劑、緩凝劑等，用以改善混凝土結構的性能，加強新舊結構的連接強度。

2.2 ?方法

混凝土建筑結構加固改造可分為直接加固法和間接加固法。

直接加固法包括加大截面、混凝土置換法、外包鋼加固法、黏貼纖維復合材料法。加大截面法是指增大截面尺寸、增加受力配筋，從而提高建筑結構承載力的方法。該方法施工簡便、技術成熟、質量易于控制，但可能占據原有建筑空間。混凝土置換法是清除建筑結構中，混凝土強度不達標或嚴重質量缺陷的部位，并替換新混凝土。該方法的缺點是作業時間長、清除混凝土工作量大，同時需要增設部分加固設施。外包鋼加固法即是用鋼板、角鋼等將混凝土構建包裹起來，以此增強結構的抗壓能力，該方法操作簡便、強度較高、施工時間短、具有廣泛的運用前景。黏貼纖維復合材料法是將高強度纖維織物或預成型板材黏貼于加固構建表面，該方法對受拉和受壓承載不足的加固具有較好效果，適用于建筑抗震加固。間接加固法可分為增加支撐法、預應力法。增加支撐法即通過減小結構跨度、改變結構內力分布的方式，提高結構承載力。常用于搶險工程或對大跨空間要求不高的建筑，該方法受力明確、安裝簡便、結構穩固。預應力法是通過設置外預應力拉桿或撐桿的方式，改變原結構內力部分模式，從而降低建筑結構承載力。根據工程實例和建筑結構要求，選擇合理的加固材料和方法是實施混凝土建筑結構加固工程的關鍵。

3 ?工程概況

該高層建筑始建于20世紀90年代，總建筑面積1.1萬方，地上16層（其中1-2層為裙房，3-16層為住宅），地下2層。住宅樓為員工經濟適用住房，為改善員工住房條件，節約建設投資，同時，最大限度的利用建筑空間，擬將建筑南側和北側向外擴建，頂層加蓋一層，以此拓展建筑面積。這樣，原建筑外墻就變成了建筑內墻，建筑承重結構和承重能力發生了較大變化。住宅樓原為預制梁、板、柱裝配整體式框架剪力墻結構箱形基礎由600mm厚的基礎底板，400mm厚的外側墻，300mm厚的內側墻組成。

4 ?擴建方案及結構選型

為了有效的擴充建筑面積，使擴建后的住宅樓更為適用、經濟、美觀。建筑擴建方案及結構選型遵循以下原則：首先，擴建后建筑箱型基礎的布局和承載能力適宜，滿足JGJ 5—80《高層建筑箱型基礎設計與施工規程》的要求。其次，擴建后的建筑應具有較好的抗震性能，并滿足GBJ 11—89《建筑抗震設計規范》的要求，本地區的抗震級別設定為8級。第三，建筑原有平面布局和改建后的建筑布局應基本一致，并做到均勻、規則，防止剛度突變，豎向布置沿高度方向結構的側向剛度變化均勻，使擴建后的建筑形體能夠滿足JGJ 3—91《鋼筋混凝土高層建筑結構設計與施工規程》的要求。第四，擴建部分自重較輕，與原有建筑可靠連接。第五，施工中應采用工期短、噪音小、結構強度高的施工方法。因此，在部分位置推薦采用鋼結構組合樓板，發揮鋼結構樓板體系自重輕、抗震性好、施工簡易的特點。根據結構選型方案，開展結構內力分析。結構內力分析是實施加固施工的前提，永久荷載按實際取值，可變荷載根據GBJ 9—87《建筑結構荷載規范》確定，本項目的風荷載采用標準風壓為0.35kN/m2×1.1=0.385kN/m2;地震作用采用8度震級，丙類建筑，抗震級別設為二級。荷載組合方式應滿足GBJ 9—87《建筑結構荷載規范》的要求。原有建筑為框架剪力墻體系，加固采用鋼結構體系，結構復合中假設鋼梁與鋼柱、混凝土鉸接，經三維模擬和驗算，滿足GBJ 9—87《建筑結構荷載規范》為限。

5 ? 原有結構中主要構件的加固和節點處理

該項目實施建筑加固，應著重關注三個問題。即柱子補強及柱腳連接、鋼梁與混凝土柱連接、新舊混凝土結合。

5.1 ? 柱子補強及柱腳連接

原建筑裙房邊柱的截面尺寸為360mm×360mm，為鋼筋混凝土偏心柱，僅承受兩層的荷載，現若將建筑擴展至17層，則應對建筑支撐柱進行加固。常見的加固方法有三種：一是當荷載不大時，可采用等肢或不等肢角鋼補強;二是對較小的偏心受壓柱，可采用不等厚圍套補強;對較大的偏心柱，可采用雙面圍套或單面圍套進行補強。本項目中，兩側裙房上增設了建筑面積，荷載增加幅度較大，較難采用角鋼補強。原柱子生根于箱型基礎的外墻上，如果用雙面等厚度或不等厚的圍套補強，則會將地下室周邊的土挖開后再回填。本項目周邊緊鄰市政道路，施工場地有限，施工條件苛刻，該施工方案可能影響周邊交通組織，并加大作業量。

為此，本項目采用單圍套室內補強法。將柱的界面尺寸由360mm×360mm擴增至360mm×660mm，考慮到新增柱網與箱型基礎應有可靠連接，這樣才能承受地震產生的彎矩。但是，原裙房基礎中，箱型基礎的頂板厚度僅為250mm，尚不能滿足錨固的要求。因此，在箱形基礎中加強柱的下方設置混凝土柱墩，使所有的加強柱均生根于基礎底板上，滿足柱腳的固接要求。新增加鋼柱與混凝土加強柱的連接采用普通鋼柱固接法。由地腳螺栓穿過二層樓板錨固在下一層的柱子中，有些螺栓必須錨固在原有的混凝土柱中。因此，施工中必須打孔，施工工序按螺栓定位、鉆孔、清孔吹干、錨固地腳螺栓的順序進行。

5.2 ?鋼梁與混凝土柱的連接

在框架中，梁柱節點通常采用剛接。但本項目原裝配整體式結構中，梁柱節點處鋼筋排列錯綜復雜。為了不切斷主要受力鋼筋，應采用鋼筋探傷儀，查出鋼筋位置后確定錨固的具體位置。埋錨栓是采用在混凝土柱上水平鉆孔、清洗、吹干、灌膠、插入螺栓的施工方法進行，在施工質量上較難達到和地腳螺栓相同的預埋效果。基于上述分析，本項目將鋼梁與混凝土之間的連接做成鉸鏈連接形式，梁端剪力通過鉸鏈傳遞給錨栓。

5.3 ? 加強新舊混凝土結合的措施

強化建筑加固前后混凝土的的結合性能是確保建筑加固改造成功的關鍵。為此，本項目采取以下措施。對柱網而言，要去除原有柱表面面層，用風鎬鑿毛，露出原有柱子中的鋼筋，將柱子表面的灰塵清洗干凈，將補強柱中的箍筋和鋼筋焊牢，捆扎鋼筋，設置支撐模板并澆筑混凝土。對箱型基礎，柱墩中的配筋為構造配筋，新舊混凝土之間的粘結力是通過混凝土墻上的鋼板傳遞的。經過現場試驗，結構膠的粘結力遠大于混凝土自身的抗剪抗拉強度。

6 ?結語

鋼筋混凝土結構加固技術是土木工程領域的前沿和熱點。結構加固技術具有多變性和特殊性，要根據不同項目的實際情況和各種加固措施的應用效果，綜合考慮結構加固中整體和局部、臨時和長久、構件和材料的關系，確定結構加固方案。本文以某住宅建筑的擴建為例，分析混凝土加固的技術措施和結構選型，并著重闡述了原有結構加固節點的具體方案，具有一定的理論和實踐意義。

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