鋼筋混凝土結構的加固原理及常見措施

申婧婧

摘要：近年來，隨著我國持續三十多年的建設熱潮的逐步放緩，出于安全需求或改造需求，對既有建筑物加固項目越來越多，這其中絕大部分是鋼筋混凝土結構加固工程。加固項目的增多，符合“可持續發展”的理念，也是建筑行業發展到一定階段的內在需要。本文在剖析現階段鋼筋混凝土建筑加固原因的基礎上，簡述了加固工作的流程及相關原則，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結構構件法的特征和適用范圍進行了概述。

關鍵詞：鋼筋混凝土結構;加固原理;施工措施

引言

從國外發達國家及國內的建筑業的發展歷程來看，我國已經告別了大規模拆舊建新的第一階段，目前正逐步進入了新建與加固并存的第二階段，改造加固的建筑數量逐年遞增，既有建筑物的維修或加固費用在建筑業總產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也降低了成本，有數據表明，加固比新建工程可節約五分之二的投資，能縮短一半左右的工期，具有良好的經濟效益和社會效益。

隨著國內對結構加固材料和技術的研究的深入開展，復合加固材料、新的加固工藝和新的施工技術不斷涌現，一批具有成熟的加固施工經驗的企業逐漸成長并壯大起來，這進一步促進了建筑加固行業的蓬勃發展。

一、鋼筋混凝土結構加固的原因分析

我國現存的建筑中絕大部分為鋼筋混凝土結構，而對混凝土結構的加固，一般可歸結為以下兩個原因。

一是安全原因，即保證建筑物的安全性。一方面，現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、溫度等的長期侵蝕，還可能會受到一些突發事件或自然災害如地震、水災、火災、爆炸等的危害，同時，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，種種因素復合作用下，結構材料產生了不同程度的老化，結構主體出現了損傷和安全隱患，必須及時進行加固;另一方面，由于既有建筑按之前的規范進行設計，安全度偏低，難以符合現行規范中的抗震區劃及對應的抗震設防要求，除此之外，之前的施工技術管理體系過于粗糙，缺少統一、細致的施工技術標準，導致建筑施工質量普遍不高，出于對結構安全性的考慮，也必須對這些問題進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。隨著社會經濟水平的發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，通風性能或采光性能好等等。此外，基于綠色建筑即“可持續發展”理念，舊建筑整體改造蔚然成風，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空間等等，所有的這些改造活動必須滿足現行規范的要求，也必然伴隨著結構加固行為。

二、鋼筋混凝土結構加固的流程及特點

一般而言，鋼筋混凝土建筑加固要遵循以下幾個步驟。

建筑物的現狀是進行后續設計或施工的工作基礎。首先應對結構形式、構件和材料性能等進行可靠性鑒定和抗震性能評估，這部分工作由結構檢測鑒定單位完成。在現場檢測工作成果的基礎上，檢測鑒定單位依據國家現行規范標準《民用建筑可靠性鑒定標準》（GB50292-1999）、《工業建筑可靠性鑒定標準》（GB50144-2008）、《建筑抗震鑒定標準》（GB5023-2009）等出具建筑物的鑒定報告。

在充分研究上述鑒定報告的基礎上，設計單位提出加固方案，并會同業主和施工單位對加固方案進行比選，主要的比對因素包括加固周期、成本投入、施工難度、技術成熟度以及環境影響等。在方案比選階段，必須綜合考慮各方的實際需求和經驗，避免過度重視某一兩種因素，必要時可召開業內專家咨詢會或評審會進行專項研究。

整體的加固方案確定后，即進入深化設計階段。深化設計階段又包括原結構承載力復核和加固設計兩部分內容，其主要依據為《混凝土結構加固設計規范》（GB50367-2013）。

與新建建筑不同，加固設計受建筑現狀和環境的影響，一方面要保證加固部分與既有構件的協同工作性能，另一方面還需要采用合理的施工技術，克服施工作業空間狹小的問題，減少對既有結構的不利影響。所以，設計時應從結構的總體性能角度出發，遵循技術可靠、施工方便的原則，既保證加固方案的安全性，也要保證其經濟性。

施工單位根據設計單位提供的加固圖紙，進行圖紙三方會審，同時應編制施工組織設計，及時組織施工。施工過程中由業主單位組織施工單位，監理單位以及設計單位分階段進行驗收，驗收工作的主要依據為《建筑結構加固工程施工質量驗收規范》（GB50550-2010）。驗收完成后，在后續的正常使用過程中，還可以對建筑物進行必要的監測。

三、鋼筋混凝土結構加固的常用方法

鋼筋混凝土結構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，可同時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構構件的基礎上，通過一些直接措施增大此構件的承載力或剛度。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、預應力法等等。間接加固法一般是通過增設附加的結構構件，調整結構荷載的傳遞路徑，從源頭上減少原結構構件負擔的荷載，降低其內力，使其不需經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，總體上提高了此構件的配筋率，增大了構件的承載能力和剛度，常用于對受彎構件、受壓構件或壓彎構件的加固。此方法的優點在于，原理簡單，適用范圍廣，施工工藝成熟，加固質量和使用效果良好。但其缺點也是明顯的，一方面增大了構件自重，也擠占了周邊的使用空間，另一方面，現場濕作業工作量大，施工周期偏長。

粘鋼法，即在構件承載力不足的部位用結構膠（一般為環氧樹脂膠）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，附加的施工措施如鋼板箍等又可以提高構件的整體性能，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、柱等構件。粘鋼法所粘貼的鋼板厚度一般在2～6mm，對結構外觀和空間影響較小，并且施工工藝簡單，易操作，具有施工進度快，成本低的優點。

粘碳纖維法，碳纖維材料具有較高的抗拉剛度，將其粘貼到構件受拉一側的表面，可參與構件的整體工作，提供其承載能力。此方法適用性強，施工效率高，工作量小，但其缺點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件，也具有施工周期短的優點，但由于鋼材防腐蝕性能較差，需輔助進行一些除銹或涂漆保護措施，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支撐法和增設剪力墻法等。在梁構件跨中位置附近增設支撐，相當于減小了梁跨度，也就降低了梁的撓度，提高了其變形能力。此外，在層數較低的框架結構或框架-剪力墻結構中還可以變部分填充墻為剪力墻，以提高結構的整體剛度和抗震性能。

參考文獻：

[1]姚繼濤，等.建筑物可靠性鑒定和加固[M].北京：科學技術出版社，2003.

[2]閆瑞琦.鋼筋混凝土結構再生利用項目評價體系研究[D].西安：西安建筑科技大學，2012.

[3]GB50367-2013.混凝土結構加固設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2013.

[4]林文修.混凝土結構加固方法與實施要點[M].北京：中國建筑工業出版社，2007.

[5]光軍. 剛度理論在既有結構改造加固設計中的應用[J]. 建筑結構，2013.