建筑結構鑒定與加固改造技術的進展

鄭慧敏

（山西省太原市建筑設計研究院，山西太原 030002）

0 引言

國內外的建筑工程發展軌跡表明：工程建設發展到一定階段之后，主要的建設方式轉變為工程結構的加固改造。我國的房屋建筑在一定程度上更需要對既有建筑進行加固改造。改造之前需要對既有建筑進行結構鑒定，然后根據結果采取相關的加固措施。我國的建筑結構發展滯后，很多建筑存在設計、施工先天不足的問題，隨著時代的發展，老舊建筑結構的鑒定與加固已經成為急待解決的問題。

1 建筑結構目前存在的問題

根據近期相關專家的統計，當前我國的民用建筑面積已經達到100 億平方米，其中需要加固的建筑面積為35 億平方米，急需加固的建筑面積為10 億平方米。根據相關專家的預測，這些建筑中約有40%會出現安全性下降或者進入功能衰退期。與國外相比，我國的建筑存在以下的一些問題：

1.1 勘察不足的問題

我國部分建筑存在勘察不足的問題，尤其是農村的自建房屋。還有一部分勘察不足體現在地質勘察報告不能夠準確地反映地基土和地下水的真實情況，造成這些結果的原因有勘察的點數過少、鉆孔的深度不足，勘察人員工作不負責等問題?？辈斓牟蛔闳菀自斐山ㄖ镌诤笃诔霈F的地基沉降等問題。

1.2 結構設計的問題

設計人員考慮建筑的設計思路時，如果經驗不足，只能夠考慮建筑相關的計算模型，但是實際情況與設計理念總是有一些區別，光是考慮建筑的使用因素和安全因素無法克服當前設計中的缺陷。當前的結構設計技術雖然有很多發展，但是由于結構需要結合相關的經驗，并且差異仍然存在各種各樣的缺陷，加上我國的結構設計冗余度較低，在后續的使用中存在安全隱患。

1.3 施工過程的問題

結構的許多不足還是來自于施工，隨著建設規模的增長，很多施工隊伍特別是農村隊伍逐步建立，但是技術與素質普遍低下，根據相關的統計，建筑隊伍中受過專業訓練的人員占比僅為5%，二級以下的工人占比超過80%，而且在管理方面存在很多混亂，不少工程的建設質量明顯偏低，在施工中以及剛竣工就坍塌的工程也不在少數，再加上使用環境的影響以及缺乏正確的管理、維護，還有未經過鑒定就增加荷載等，造成建筑安全岌岌可危。

2 建筑結構鑒定技術的發展

經過人類社會的世界大戰，建筑損壞的規模和程度都極為嚴重，隨著居住要求的提高，建筑結構鑒定開始快速發展。而且當時很多房屋建筑建設標準低，使用時間不超過30 年就不得不進行大修和改造促進建筑結構鑒定技術的提高。國外對于既有建筑的維修和改造非常重視，制定相關的法規等，當前發達國家的加固設計費用已經占據到建筑總投資費用的一半以上。

我國的基建發展時間較晚，隨著建筑技術的提高，在80 年代開始了第一批建筑改造，后期的地震災害讓設計人員意識到抗震設計的重要性，這段時間國家也發布相關的鑒定標準，引進大量的新技術，實施若干檢測標準，見圖1。

90 年代后，改革開放使得很多建筑需要改變用途，這一時間發布了較多的建筑加固標準，對結構進行抗震加固。2008 年的汶川地震給建筑物的抗震鑒定提出更高的要求，技術標準也不斷更新，鑒定行業也逐漸形成規模，從經驗到數據支持，加固技術從注重構件到注重整體效果。在結合使用環境、效果、荷載作用和幾何參數、變形、裂縫等因素進行貼切分析，結合現場檢測技術得到相關的材料強度等，從而進行加固設計。

3 建筑加固技術的發展

近幾年我國在加固技術上取得非常大的進展。

針對不同的建筑結構形式發展出不同的加固方法，其中砌體結構、混凝土結構和鋼結構都發展出增大截面的加固方法，以及增加厚度等的連接加固法。

圖1 加固設計標準

很多因素都會導致使用中的建筑物出現傾斜的問題，有些處理不及時造成倒塌，比如英國的ELY 大教堂等。引起建筑傾斜的原因主要有地基基礎土層厚薄不均勻、軟硬不均勻；地基的穩定性差容易受周邊環境影響；勘察不準確、地基承載力補足；其他自然災害導致基礎浸水等；上部結構存在荷載不均勻、剛度不均勻等。解決方法有建筑物糾偏、整體移位等，下面就當前最新的建筑物整體移位技術進行介紹。

建筑物的整體移位需要先在新址開挖澆筑基礎，然后在原建筑的基礎面澆筑圈梁，形成移動底盤，加強結構的整體性且能夠作為建筑物移位的軌道。之后鋪設鋼板、在鋼板上設置支座，利用牽引力將建筑物移動到制定的位置，再把建筑物和新址的基礎有效連接起來。我國的首例整體遷移技術為1992 年的重慶某4 層磚混樓，平移后還轉動10°。

4 建筑整體移位實際案例

需要移位的樓房共九層，在設定牽引力時考慮到滾軸直徑的大小，將其設定為樓房總重力的1/60～1/40 之間，根據實際監測，實際牽引力與重力的比值比設定要大，在1/20 左右。

在設計柱的托換節點時，對托換節點進行梁的承載力計算：

其中：c-系數，如果采用HRB335 以上的鋼筋取66，采用HPB235時取45；ft-混凝土軸心抗拉強度設計值；fyv-箍筋抗拉強度設計值；psv-配箍率；h0-構件的截面有效高度，見圖2。

根據實際案例中混凝土與鋼筋的變化和構件的裂縫，可以設計托換節點的受力模型。

在建筑結構移動中需要對建筑整體移位進行同步控制，控制采用我國針對建筑整體移位采用的PLC 控制系統，對控制器的衛衣、千斤頂的供油壓力等進行實時監測，及時糾偏。最后采用水泥砂漿和細石混凝土將結構的上部結構與新址的基礎連接起來，如果連接部位受力比較復雜則還需要采用預埋鋼筋和預埋件進行焊接連接，本案例中增加橡膠隔震支座，延長建筑結構的自振周期，減少地震影響。

5 結論

圖2 托換節點模型

當前我國建筑行業快速發展，鑒定技術和加固技術均有了較大的進展，加固后的建筑工程質量得到充分的保障，但是仍然存在一些問題需要研究與解決，在工程鑒定的過程中往往需要對構件進行破壞，這樣會影響原結構，因此發展無損檢測技術顯得尤為重要，現在需要研究的是如何將無損檢測方法的精度提升到符合實際需求的范圍，并且對鑒定和建筑物的壽命之間的關系進行研究。

加固設計的計算方法目前還比較混亂，很多設計人員容易忽略原有建筑的特點，一味按照新的設計理念來處理，不重視加固后的二次受力問題，在理念培訓的同時還應當加強相關計算軟件的開發。相關的建筑加層、改擴建、移位等技術還需要系統的研究。