房屋建筑結構加固設計及加固施工技術的應用

浦紹武

（云南省建筑科學研究院，昆明650223）

1 加固設計方法的選擇

1.1 增大截面法

增大截面法主要在原有混凝土構件的基礎上通過外澆新混凝土的方式對增加的構件配筋進行加固，從而加大原構件的截面，提高構件的承載力。采用該加固方法前，應對軸心受壓混凝土構件、小偏心受壓混凝土構件等結構進行計算。

1.1.1 軸心受壓混凝土構件和計算過程

正截面承載力應按照式（1）計算得出：

式中，N為構建加固之后的軸向壓力設計值；φ為構件穩定系數；Aco和Ac分別為構件加固前混凝土界面面積和加固后新增部分混凝土截面面積；αcs為修正系數；fco為舊混凝土軸心抗壓強度設計值；f′yo為鋼筋的抗壓強度設計值；f′y為縱向鋼筋的抗壓強度設計值；fc為新加混凝土的抗壓強度設計值；A′so為原構件受壓較大邊縱向鋼筋截面面積；A′s為新加混凝土和縱向鋼筋的截面面積。

在采用增大截面加固軸心受壓構件時，正截面受壓承載力需要滿足以上規定，并對縱向鋼筋的強度利用系數α進行分析。若新加的混凝土和鋼筋應力為σc1和σs1，采用式（2）和式（3）計算新加混凝土強度的利用系數：

式中，αc為新加混凝土強度的利用系數；f′y1為縱向鋼筋的抗壓強度設計值；σ′s1為離軸向力較遠一側舊鋼筋的應力。

然后，根據迭加原理以及中心受壓混凝土的應變關系公式，算出新增加部位混凝土的強度利用系數和強度，得出加固施工時原混凝土構件的極限應變值：

式中，εc為加固施工時原構件混凝土的應變值；εco為極限壓應變。

β為原構件混凝土主要應力水平指標，可根據式（5）計算：

當β在0～1時，αc為1～0，根據新加部分混凝土的強度利用系數公式，得出不同的系數。

由以上的計算可以得知，在加固過程中，為了充分利用混凝土強度利用效率，可以通過卸荷的方式環節超荷載問題。

1.1.2小偏心受壓混凝土構件和計算過程

一般情況下，鋼筋在小偏心受壓混凝土構件中，如果在遠離軸向力的一側插入鋼筋時，無法達到鋼筋屈服強度，計算雙側加固時，需要按照式（5）計算其正截面承載力：

式中，fcm1為舊混凝土彎曲抗壓強度的設計值；fcm為新混凝土彎曲抗壓強度的設計值；b為原構件截面的寬度；b1為新加部分的截面寬度；h1為受壓側新加混凝土的截面厚度；A1為受拉區縱向鋼筋的截面面積；A′為受壓區縱向鋼筋的截面面積；A2為新加受拉區縱向鋼筋的截面面積；f′y1為新受拉區縱向鋼筋的抗壓強度設計值。σs、σs1均為離軸向力較遠的一側應力，σs應根據GB 50010—2010《混凝土結構設計規范》做如下計算：

式中，ξ為混凝土構件的相對受壓區高度；ξb為相對界限受壓區高度；fy為縱向鋼筋的抗壓強度設計值。

1.2 外粘型鋼加固法的計算過程

對房屋建筑結構加固時，可以采用型鋼外包原構件，能夠發揮加固作用，提高房屋建筑結構的承載力。這種加固方法主要是將角鋼包在構件截面的4個角，再運用一些螺絲或者膨脹螺栓等將角鋼與混凝土結構進行連接，從而使角鋼與混凝土成為整體，提高結構的整體強度。采用型鋼外包的方法不僅能對柱結構進行加固，還能對梁結構以及不同形狀的截面結構進行加固。但是無論哪種結構加固，其都需要對結構橫向設置或者應用角鋼等焊成箍套。當外包鋼設置在梁的受拉邊側，需要按照式進行計算正截面承載力：

式中，As為縱向鋼筋的截面面積；h01為原構件截面有效高度；x為混凝土受壓區高度；fa為新加型鋼抗拉強度設計值；Aa為全部受拉肢型鋼截面面積；M為軸向壓力設計值

計算時，還需要考慮型鋼的受拉和受壓強度，按照相關規范，計算后，對其進行折減，其中我國規范規定其系數為0.9。

1.3 外粘纖維復合材料加固法

采用該方法進行加固能夠提高房屋建筑結構的承載力、抗震性能以及耐久性。該方法主要是將樹脂膠結合碳纖維布（板）粘貼在原建筑結構表面進行加固。這些材料的質量較輕、黏合強度較大，加之碳纖維材料的成本較低，施工難度不大，采用此方法對建筑進行加固后，建筑結構很少發生腐蝕現象，因此，成為建筑結構加固中的常用方法。需要注意的是，碳纖維材料的耐高溫性能較差，因此，使用這種方法進行加固時，對溫度的要求相對較高，一般需要將環境溫度控制在60℃以下，如果超出范圍，則需要采用保護措施。

1.4 預應力加固法

利用預應力鋼拉桿、型鋼等構件提高建筑結構承載能力的方法稱為預應力加固法。預應力加固方法主要是采用外加預應力鋼拉桿或者型鋼撐桿對結構構件進行加固的一種方法。采用該方法后，可以在提高構件的抗彎能力的同時，減小構件的撓度，有效控制建筑結構產生的變形[1]。

2 加固施工技術分析

為保證加固的構件具備相應承載能力，應對加固施工技術的應用要點和實施的方法加以重視，從而達到預期的效果，主要包括以下3方面：（1）先對待加固建筑進行全面的分析與調查，包括對原有構件的實地考察、見證取樣以及試驗檢測等，并由具備資質的質量檢測機構或實驗室對取樣的原材料和新材料等進行試驗分析，以保障評估后出具的報告更加真實準確。采購后期所使用的輔材時，特別要對焊條的規格和焊接技術等予以高度重視。（2）加固施工技術應用前，對鋼材等原材料表面上的氧化物、雜質等進行清理，掌握原構件結構損壞情況，為之后開展加固設計工作提供重要保障和依據。（3）設計人員對原結構進行計算并加以討論后，應結合理論計算數據，把握房屋建筑的承載能力，進一步完善加固方案。為滿足施工需要，在加固施工實施前，還應明確加固施工的原材料和設備，使其工藝技術更符合專業技術規范，全面提高質量和質量施工效率。此外，在加固過程中，還需要靈活應對出現的問題，在加強監督和檢查的力度基礎上及時對出現的問題予以調整和改進，并提出更加全面的解決對策，提高房屋建筑結構加固的質量。

3 結語

通過剖析不同的加固方法，探討加固施工技術，可以為之后開展房屋建筑加固工作提供計算依據。同時，房屋建筑結構進行加固和改造能夠有效提升房屋建筑結構的承載能力，通過借助這些加固方法能夠進一步提升整體構件的剛度，為促進房屋建筑行業的可持續發展提供了重要保障。