鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的加固原理及常見措施

申婧婧

摘要：近年來，隨著我國持續(xù)三十多年的建設(shè)熱潮的逐步放緩，出于安全需求或改造需求，對既有建筑物加固項(xiàng)目越來越多，這其中絕大部分是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固工程。加固項(xiàng)目的增多，符合“可持續(xù)發(fā)展”的理念，也是建筑行業(yè)發(fā)展到一定階段的內(nèi)在需要。本文在剖析現(xiàn)階段鋼筋混凝土建筑加固原因的基礎(chǔ)上，簡述了加固工作的流程及相關(guān)原則，最后對常見的加固方法如增大截面法、粘鋼法、粘碳纖維法、外包角鋼法以及增設(shè)結(jié)構(gòu)構(gòu)件法的特征和適用范圍進(jìn)行了概述。

關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu);加固原理;施工措施

引言

從國外發(fā)達(dá)國家及國內(nèi)的建筑業(yè)的發(fā)展歷程來看，我國已經(jīng)告別了大規(guī)模拆舊建新的第一階段，目前正逐步進(jìn)入了新建與加固并存的第二階段，改造加固的建筑數(shù)量逐年遞增，既有建筑物的維修或加固費(fèi)用在建筑業(yè)總產(chǎn)值中所占比例越來越大。與拆建相比，加固避免了對原建筑物及其使用者的擾動，簡化了施工流程的同時(shí)也降低了成本，有數(shù)據(jù)表明，加固比新建工程可節(jié)約五分之二的投資，能縮短一半左右的工期，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

隨著國內(nèi)對結(jié)構(gòu)加固材料和技術(shù)的研究的深入開展，復(fù)合加固材料、新的加固工藝和新的施工技術(shù)不斷涌現(xiàn)，一批具有成熟的加固施工經(jīng)驗(yàn)的企業(yè)逐漸成長并壯大起來，這進(jìn)一步促進(jìn)了建筑加固行業(yè)的蓬勃發(fā)展。

一、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固的原因分析

我國現(xiàn)存的建筑中絕大部分為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，而對混凝土結(jié)構(gòu)的加固，一般可歸結(jié)為以下兩個(gè)原因。

一是安全原因，即保證建筑物的安全性。一方面，現(xiàn)有建筑物多多少少存在超期服役的問題，除了遭受天氣因素如雨、雪、風(fēng)、溫度等的長期侵蝕，還可能會受到一些突發(fā)事件或自然災(zāi)害如地震、水災(zāi)、火災(zāi)、爆炸等的危害，同時(shí)，也不能忽視日常使用過程中的人為損壞如碰撞或物品堆載過大等對建筑物的不利作用，種種因素復(fù)合作用下，結(jié)構(gòu)材料產(chǎn)生了不同程度的老化，結(jié)構(gòu)主體出現(xiàn)了損傷和安全隱患，必須及時(shí)進(jìn)行加固;另一方面，由于既有建筑按之前的規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，安全度偏低，難以符合現(xiàn)行規(guī)范中的抗震區(qū)劃及對應(yīng)的抗震設(shè)防要求，除此之外，之前的施工技術(shù)管理體系過于粗糙，缺少統(tǒng)一、細(xì)致的施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致建筑施工質(zhì)量普遍不高，出于對結(jié)構(gòu)安全性的考慮，也必須對這些問題進(jìn)行針對性的加固處理。

二是改造需求，即提高或改善建筑物的適用性。隨著社會經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展和生活水平的不斷提高，人們對建筑物的使用功能提出了更高的要求，例如層高大、空間寬，通風(fēng)性能或采光性能好等等。此外，基于綠色建筑即“可持續(xù)發(fā)展”理念，舊建筑整體改造蔚然成風(fēng)，例如最常見的形式為廢舊廠房、車間、公寓等改造為辦公空間或商業(yè)空間等等，所有的這些改造活動必須滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求，也必然伴隨著結(jié)構(gòu)加固行為。

二、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固的流程及特點(diǎn)

一般而言，鋼筋混凝土建筑加固要遵循以下幾個(gè)步驟。

建筑物的現(xiàn)狀是進(jìn)行后續(xù)設(shè)計(jì)或施工的工作基礎(chǔ)。首先應(yīng)對結(jié)構(gòu)形式、構(gòu)件和材料性能等進(jìn)行可靠性鑒定和抗震性能評估，這部分工作由結(jié)構(gòu)檢測鑒定單位完成。在現(xiàn)場檢測工作成果的基礎(chǔ)上，檢測鑒定單位依據(jù)國家現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（GB50292-1999）、《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（GB50144-2008）、《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（GB5023-2009）等出具建筑物的鑒定報(bào)告。

在充分研究上述鑒定報(bào)告的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)單位提出加固方案，并會同業(yè)主和施工單位對加固方案進(jìn)行比選，主要的比對因素包括加固周期、成本投入、施工難度、技術(shù)成熟度以及環(huán)境影響等。在方案比選階段，必須綜合考慮各方的實(shí)際需求和經(jīng)驗(yàn)，避免過度重視某一兩種因素，必要時(shí)可召開業(yè)內(nèi)專家咨詢會或評審會進(jìn)行專項(xiàng)研究。

整體的加固方案確定后，即進(jìn)入深化設(shè)計(jì)階段。深化設(shè)計(jì)階段又包括原結(jié)構(gòu)承載力復(fù)核和加固設(shè)計(jì)兩部分內(nèi)容，其主要依據(jù)為《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50367-2013）。

與新建建筑不同，加固設(shè)計(jì)受建筑現(xiàn)狀和環(huán)境的影響，一方面要保證加固部分與既有構(gòu)件的協(xié)同工作性能，另一方面還需要采用合理的施工技術(shù)，克服施工作業(yè)空間狹小的問題，減少對既有結(jié)構(gòu)的不利影響。所以，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)從結(jié)構(gòu)的總體性能角度出發(fā)，遵循技術(shù)可靠、施工方便的原則，既保證加固方案的安全性，也要保證其經(jīng)濟(jì)性。

施工單位根據(jù)設(shè)計(jì)單位提供的加固圖紙，進(jìn)行圖紙三方會審，同時(shí)應(yīng)編制施工組織設(shè)計(jì)，及時(shí)組織施工。施工過程中由業(yè)主單位組織施工單位，監(jiān)理單位以及設(shè)計(jì)單位分階段進(jìn)行驗(yàn)收，驗(yàn)收工作的主要依據(jù)為《建筑結(jié)構(gòu)加固工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB50550-2010）。驗(yàn)收完成后，在后續(xù)的正常使用過程中，還可以對建筑物進(jìn)行必要的監(jiān)測。

三、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固的常用方法

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的加固工藝總體上可以分為直接加固和間接加固兩類，必要時(shí)，可同時(shí)采用上述兩種加固方案，稱為綜合加固。

顧名思義，直接加固法就是在原結(jié)構(gòu)構(gòu)件的基礎(chǔ)上，通過一些直接措施增大此構(gòu)件的承載力或剛度。常見的直接措施有增大截面法、粘鋼（鋼板或鋼筋）法、粘貼碳纖維法、外包角鋼法和置換混凝土法、預(yù)應(yīng)力法等等。間接加固法一般是通過增設(shè)附加的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，調(diào)整結(jié)構(gòu)荷載的傳遞路徑，從源頭上減少原結(jié)構(gòu)構(gòu)件負(fù)擔(dān)的荷載，降低其內(nèi)力，使其不需經(jīng)過大幅度加固仍能滿足正常使用要求。

增大截面法，也被稱為外包混凝土法，其原理極其簡單，即在不滿足承載力要求的構(gòu)件周圍增大混凝土面積并配置附加鋼筋，總體上提高了此構(gòu)件的配筋率，增大了構(gòu)件的承載能力和剛度，常用于對受彎構(gòu)件、受壓構(gòu)件或壓彎構(gòu)件的加固。此方法的優(yōu)點(diǎn)在于，原理簡單，適用范圍廣，施工工藝成熟，加固質(zhì)量和使用效果良好。但其缺點(diǎn)也是明顯的，一方面增大了構(gòu)件自重，也擠占了周邊的使用空間，另一方面，現(xiàn)場濕作業(yè)工作量大，施工周期偏長。

粘鋼法，即在構(gòu)件承載力不足的部位用結(jié)構(gòu)膠（一般為環(huán)氧樹脂膠）粘貼鋼板，鋼板的作用類似于密集的鋼筋，可顯著增大配筋率，同時(shí)，附加的施工措施如鋼板箍等又可以提高構(gòu)件的整體性能，限制裂縫的開展，適用于需大幅度提高承載能力或抗震性能的梁、墻、板、柱等構(gòu)件。粘鋼法所粘貼的鋼板厚度一般在2～6mm，對結(jié)構(gòu)外觀和空間影響較小，并且施工工藝簡單，易操作，具有施工進(jìn)度快，成本低的優(yōu)點(diǎn)。

粘碳纖維法，碳纖維材料具有較高的抗拉剛度，將其粘貼到構(gòu)件受拉一側(cè)的表面，可參與構(gòu)件的整體工作，提供其承載能力。此方法適用性強(qiáng)，施工效率高，工作量小，但其缺點(diǎn)在于碳纖維材料的沖擊韌性和耐火性較差，需附加一些防火處理措施。

外包角鋼法通常采用綴材等將角鋼固定到梁、構(gòu)件柱等的角部，外包鋼除直接參與受力外，還可以形成類似于套箍混凝土的效果，提高混凝土的承載能力和延性。此方法同樣適用于需大幅度提高承載力的梁或柱構(gòu)件，也具有施工周期短的優(yōu)點(diǎn)，但由于鋼材防腐蝕性能較差，需輔助進(jìn)行一些除銹或涂漆保護(hù)措施，其綜合成本較上述其他方法要高一些。

常見的間接加固方法有增設(shè)支撐法和增設(shè)剪力墻法等。在梁構(gòu)件跨中位置附近增設(shè)支撐，相當(dāng)于減小了梁跨度，也就降低了梁的撓度，提高了其變形能力。此外，在層數(shù)較低的框架結(jié)構(gòu)或框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中還可以變部分填充墻為剪力墻，以提高結(jié)構(gòu)的整體剛度和抗震性能。

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