民用建筑結構的加固設計改造

文／王維肖 山東建勘集團有限公司 山東濟南 250000

惠金 深圳招商房地產有限公司 廣東深圳 518000

肖長青 山東建勘集團有限公司 山東濟南 250000

引言：

國民經濟迅速發展背景下，建筑工程規模不斷擴大，相應的施工要求也越來越嚴格。民用建筑屬于特殊性質商品，針對其使用壽命具有非常嚴格的標準規范，隨著加固工程數量的不斷增多，其實際作用也發生了相應的變化。如電梯、樓層、戶型等，對民用建筑進行改造，盡管能夠與時俱進，順應城市發展潮流，但難以避免在工程建設中存在質量問題，導致民用建筑使用壽命大大縮短，所以需要應用科學有效的加固設計改造措施，盡可能延長民用建筑的使用年限，為居民權益提供保障。

1、民用建筑的發展現狀

目前，我國各類民用建筑的面積已達150 億m2，但木材和其它結構的比重還不到40%，而混凝土結構是主要的。近年來，我國鋼結構的比重也在逐年上升。混凝土結構中存在著許多使用年限都在20 多年以上的住宅，它們的使用年限較久、建造年代比較久遠，存在老化開裂等情況。因為混凝土結構本身抗拉和抗剪能力比較差，因此在民用建筑中應用混凝土很容易導致構件產生裂縫，若地基下沉，很難有效保障構件質量。以往的鋼筋處理技術還無法滿足現階段的水準，很容易導致鋼筋發生生銹和腐蝕的情況，這會在很大程度上影響鋼筋的使用年限。因為鋼筋表面很容易被氧化和腐蝕，因此民用建筑中鋼結構耐候性與混凝土建筑相比顯著匱乏。現階段我國大多數的民用建筑都是高層結構，因此對于抗震性能方面標準非常高。

2、建筑結構加固設計改造的原則

2.1 選用材料的原則

建筑結構被破壞的原因多種多樣，比如腐蝕、振動和高溫等都會對其造成不良影響。對于民用建筑結構來說，一般情況下需要針對破壞原因，采取科學有效的加固措施，并在不對原有結構造成破壞的基礎上，采取相應的加固手段，最大限度的防止出現替換與拆卸原有結構的情況，為建筑的實用價值提供保障。在對建筑物實施加固設計改造等過程中，還應該遵循相關原理，選取科學有效的材料，大部分材料對其性能以及強度等方面都有著比較嚴格的標準規范，同時還要求材料質量輕、耐久性好、與原構件具有很好的兼容性。在工程實踐中，通常會依據房屋原有構件的性能、強度和類型，選用不同的加固材料。當建筑物原有構件的強度數據不夠全面時，應在施工現場對原結構材料進行強度測量，并按強度等級設置一個區間。

2.2 建筑結構加固設計原則

因為建筑物種類的區別，所以建筑結構出現損壞的原因也各不相同，應用的加固設計方案也需要針對相應原因實施設計。在對民用建筑結構進行加固的過程中，為了給建筑工程的安全性以及使用壽命提供保障，需要確保加工設計改造方案制定的科學合理性，同時還需要遵循以下原則進行建筑結構的加固設計：（1）建筑物自身作用增大或變化的情況；（2）建筑工程質量不能保證的建筑物；（3）因惡劣氣候造成的建筑物結構損壞。遵循建筑物結構出現損傷的因素，選用有效的加固結構設計改造方案，為建筑物加固之后的安全性提供保障。

3、建筑結構加固設計改造原理

在進行結構加固設計之前，必須對現有建筑物進行全面的檢測與評價，以確定加固效果。并結合工程實際情況，提出經濟、可行的加固方案。在理論上，對房屋建筑結構進行加固設計改造有很多原理，如基于體系的加固、基于構件的加固等。（1）健全的管控體系與混凝土原料的建筑結構加固。為了提升整體的工程質量，必須建立一個完整的應變結構和應變控制體系，因此需要逐步強化每一處的加固，并在必要的時候，利用測量儀器對整個結構進行監測。同時，要保證混凝土和水泥質量，以保證有關粘合劑和化學灌漿材料的收縮性能，并對其進行系統的控制。另外，在將鋼筋連接到混凝土部件時，也應該保證每個接觸表面都有很好的粘合程度。（2）根據建筑物的受力特征，制定合理的建筑結構加固設計改造方案；為了提高結構的整體穩定和抗拉強度，必須對結構的受力性能進行全面的研究和系統的分析。需要有關人員基于之前架構與新架構之間，建立一個相對合理的連接，以維持其協調性能。（3）對加強結構二次受力體系的承載力進行系統的研究，確保兩種構件之間應變能力和接觸面之間的科學控制，根據定值進行系統研究和數據分析。（4）在實際的加固設計過程中，新舊結構的銜接是非常重要的，需要有關工作人員對拉力、剪力以及壓力等指標進行全面系統的分析，使全截面共同工作，從而達到建筑整體加固效果提高的目的。

4、民用建筑加固改造特性

與新建工程相比，老舊房屋的加固、更新改造難度更大，因為傳統的民用建筑加固改造對加固改造的方案和施工工藝都有很高的要求。（1）每個改造方案都會受到各種客觀條件的限制，必須根據現有的建筑結構和現狀，對架構的加固與改造進行科學的分析。（2）老舊房屋的加固和改建一般都要求在很短的時間內完成，對于施工也有著較高的標準規范，需要盡量再少停工或者是不停工的情況下完成全部工作；不僅如此，因為傳統民用建筑的使用空間比較小，因此對于建筑結構的架構設計改造方案也有著較為嚴格的標準規范，很多的大型設備都不可以直接抵達施工現場，材料的規格、型號、安裝等都會受到很大的限制，這些都是在設計方案的過程中需要給予重點考慮的內容。（3）此類房屋的加固和改建常常需要大量的設計步驟，而且，在施工現場也有潛在的不安全隱患，在施工現場工作的過程中，也會由于多種因素的影響制約施工進度。這些都需要在項目前期規劃中進行深入考慮的內容，在設計過程中應盡量避免各種可能發生的問題，或者制定出一套完整的對策，避免出現不可控制的后果。

5、民用建筑加固設計改造流程

科學、合理的工藝過程對于提高整體設計的可靠性而言具有十分重要的作用。（1）對整個建筑的可靠性進行系統的調查和分析，保證其基本功能符合相應的理論參數，并根據相關法規進行深入的分析和研究。（2）完善維修與提升計劃，透過相關專業機構的認證與評估，深入探討與理解工程，制定全面的處置策略，以提升整體工程的整體安全；（3）探討整體結構設計的內力特征，以確保結構設計能與實際需要相符，并使各施工單位能采取相應的措施，使各施工要求都能得到貫徹落實，從而實現施工質量的優化。（4）要統籌制定施工組織計劃，制定切實可行、合理的加固方案，加強施工現場的協調性與配合程度，深入確保工程建設和驗收的質量符合相關的要求和標準。特別要注意的是，施工完畢后，必須進行相應的簽字驗收工作，確保符合資質的施工單位可以利用專業的檢測設備，對整個工程項目的可靠性及安全性實施全方面的監測與管控。

6、加固改造在設計當中應該要注意的問題

在民用建筑結構加固設計改造的過程中，界面的處理效果會在很大程度上影響加固設計的效果。脫落、鼓包、“兩層皮”等現象都是建筑結構改造過程中存在的安全問題。所以在施工的過程中，需要對這些給予足夠重視，提高安全儲備能力。對于新舊混凝土以及新加混凝土而言，都需要使用植筋、抗剪件、結構膠等技術進行處理，保障加固面和原來連接的緊密性，從而確保其符合設計的標準規范。不僅如此，還需要對設計人員本身的條件予以重視，現在大部分企業聘請的技術人員并不是專業從事建筑結構加固設計，因此在其思維以及設計方法方面還有很大進步空間。在剛剛開始設計的過程中，設計人員需要對施工現場的情況以及環境，還有材料質量的進行認真仔細的檢查。設計人員制定好施工方案之后，應由經驗豐富設計人員與有關部門共同商議，將認為不合理的地方進行標注并修正。設計人員需要注重吸取和借鑒其他項目的成功經驗，制定出最適合項目的設計方案。

7、民用建筑加固的設計改造方法

7.1 混凝土結構加固改造

7.1.1 加大截面法

在對混凝土受彎構件實施現澆層加蓋時，可以科學合理的增大截面高度與面積，進而不斷優化受彎構件的承載能力，提高截面的加固效果。在適筋情況下，鋼筋面積與其受彎構件承載力呈現正比例的關系，通過科學合理的增大主筋面積，能夠優化建筑結構的抗彎性能。進行柱體、板面、墻體等構件的施工中，常采用擴大截面的方法。

7.1.2 預應力加固法

該項方法通過使用鋼拉桿或撐桿，在建筑原來的結構上施加預應力，把原有結構承受的荷載地轉移到加工設計改造之后的結構上。一般情況下，這種方式可以有效提高構件承載能力和剛度，比如梁、板、屋架等混凝土構件。但是對于溫度超過60℃或者混凝土具有收縮再變大結構的情況，則不能夠應用這種方法。

7.1.3 外包鋼加固法

該方法能夠在很大程度上優化混凝土結構承載能力，一般情況下，把型鋼包裹在混凝土構件周圍，和混凝土一起配合使用，主要有干式與濕式兩種，而且工作的溫度最好不要超過60℃，在含有腐蝕性物質的環境中，應該采取科學有效的措施進行保護。

7.1.4 碳纖維織物加固法

該技術把碳纖維織物粘附在混凝土表面，能夠有效的提高混凝土的承載能力，一般情況下用于耐腐蝕和耐潮濕的建筑結構，維護成本比較小，而且使用壽命很長，但是需要予以重視的是，應用該方法需要增設防火裝置。

7.1.5 粘貼鋼板法

該方法可將鋼板粘結到低承載力的構件區段上，可以有效地改善構件的承載能力。該加固方法施工簡便，通常情況下，在沒有濕度的條件下進行，不會影響日常的生產和生活，其主要用于梁、板等受彎受拉構件。但是，在實際進行加固的過程中，最后的施工效果與施工人員的水平息息相關，而且時間施工過程中存在很多外界因素，都會在一定程度上影響工程質量，因此通常情況下，該方法應用于承載靜力荷載的構件上。

7.1.6 繞絲加固法

繞絲加固法主要是在加固的受壓構件上纏繞鋼絲，對混凝土產生約束作用，進而在根本上增強構件極限承載能力。加固方法和增大截面法比較來說，優點與缺點都是一樣的，因此對于缺乏斜截面承載能力的構件或者適用于橫向約束條件的構件而言，該方法同樣適用。

7.2 砌體結構加固改造

7.2.1 間接加固法

砌體結構的間接加固方法分為結構構造性修復與加固和預應力撐桿加固。對于砌體結構而言，針對局部開裂的情況或者是墻體垂直裂縫的情況，都可以使用梁墊進行加固，在縱橫墻上存在交叉缺陷或不合理的圈梁布置時，可使用圈梁加固的方法，為房屋建筑的穩定性提供保障。預應力撐桿加固的方法能夠有效地改變砌體的受力，提高加固作用，特別是對高應力、高應變情況下的砌體進行加固，然而在環境溫度超過60℃的情況下不宜使用。

7.2.2 直接加固法

直接將固法分為扶壁柱加固法與鋼筋混凝土外加層加固法。第一種是對截面進行加固，具有適應性強、承載力強與施工簡便等優勢，但其不易經受強烈震動，所以不適用于震區建筑物結構的加固處理。第二種是復合截面加固法，通常情況下，在壁墻和柱等結構的建筑中應用比較廣泛，能夠顯著提高砌體的承載能力，然而施工需要很長時間，最后加固的砌體也會減小建筑物凈空。

7.3 鋼結構加固改造

7.3.1 改變結構計算圖形

鋼結構加固方式有增加支承法與增大截面法等。比如轉變整個結構的分析簡圖結構機制，典型的有增加支承法，把一榅一榅形式的臺架模式轉化為空間形式，加入支撐縮短組件之間的長細比，以提高整體結構的穩定性與承載力。增加支承法可以對荷載分布以及節點等進行有效調節，還可以通過增設支承以及加大預應力的方式對建筑結構實施加固處理，有效提高構件剛性，或集中于某個支柱進行加固處理。此外還可以通過加大構件截面的方法進行加固，改變受彎構件的截面應力，對于連續結構的支撐位置進行調整，從而采取有效措施對桁架的桿件內力實施優化，如預應力拉桿，科學合理的對建筑結構進行加工。

7.3.2 結構連接的加固

通常情況下，應用焊接、螺栓、鉚接等方法將鋼筋混凝土結構與加固構件進行焊接，螺栓由普通螺栓與高強度螺栓，可按實際情況選擇合理的連接形式。實際施工過程中，需要詳細分析建筑結構架構的情況，并根據施工場地和結構的特點，綜合考慮多種因素，確定最佳的連接形式。在鋼結構加固中，最常見的形式有焊縫、高強度螺栓兩種連接方式，當對鋼結構連接進行特別要求時，應將兩種不同的方法結合在一起，同時還要注意焊接工藝的質量，確保所使用的材料達到標準。

7.3.3 鋼結構裂紋處理及加固

由于鋼結構在承受多個載荷的情況下，在加工、選材、設計等方面出現了一些不合理的問題，造成了結構的損傷、開裂，如果不能及時地進行修復，裂縫就會在荷載的作用下，繼續增大裂縫的寬度和長度，從而加重結構的破壞，引起更大的安全隱患。所以，對鋼結構裂縫應采取相應的對策。對其產生的原因及可能產生的影響進行深入分析，并據此提出相應的加固措施，以改善結構的穩定性，防止因開裂而引起建筑鋼結構不平衡情況，強化建筑鋼結構的穩定性，防止因為裂紋而使得建筑物結構失衡，從而給人們的生命和財產帶來一定的危害。

8、基于結構設計的民用建筑加固改造的有效措施

8.1 完善結構設計

我國建筑設計方法仍然受到傳統建筑模式的制約，因循守舊，未能實現重大突破，與我國目前的發展現狀相違背。我國是一個龐大的人口大國，快速上漲的房價造成大部分老百姓的住房困難。民用建筑改造問題的產生，是因為居民希望擴大居住空間。因此，本文提出，在民用建筑結構的改造設計中，要重視新穎、實用的問題，并要充分考慮怎樣使建筑的居住面積最大。但這并不意味著要忽視房屋的品質，在進行房屋新穎、實用的設計時，應加強民用建筑結構的安全設計，以防止出現豆腐渣工程。

8.2 注重對原材料質量的管理

我國出現這么多的“豆腐渣”項目，不僅是因為設計上的問題，更是因為產品的質量問題。許多施工單位為了謀取暴利，以低廉的價格購買劣質的裝飾和加固材料，以降低工程造價。要想從根本上阻止這種情況發生，就必須要有制度進行支撐。許多施工單位為了謀取暴利而落荒而逃，其主要原因是缺少一套行之有效的監管機制與懲戒手段。由于我國法律法規不多，而且缺乏嚴厲的懲罰手段，因此違法的代價非常小，所以人們往往會為了獲得更大的經濟利益，不惜以賠償的方式達到自己的目的。因此，我國應當加大對建筑施工人員的管理力度，嚴懲偷工減料、侵犯人們利益的行為，并采取嚴格的處罰措施來遏制此類現象的蔓延。此外，還應強化監管與強制執行機制。低劣原材料的存在損害了大部分房主的利益。因此，我國相關部門應當加強對這一領域的監管與管理。對銷售此類商品的人采取嚴厲的法律措施進行懲處。從根本上防止此類產品進入建材市場。同時，還要借助群眾的力量，舉報和獎勵那些違法加固改造與銷售的房屋，并對這種行為進行獎勵，以此來提升人們的信心。

8.3 加強對環境的保護

生活中的很多東西都會對環境造成污染，特別是在裝修房子的時候，會產生噪音、廢物垃圾等，這些都是難以避免的。因此，在進行房屋加固和改建時，應注意保護環境,針對臥室和起居室等主要功能空間可以選用隔音棉或夾層玻璃這類環保型隔音材料，可達到減少噪音、增加居住舒適度、減少陽光照射等效果。此外，還應加強對自然資源的利用，居民在房屋進行加固和改建的過程中，可以采用加裝太陽能設備的方式，來實現對自然資源的充分利用。

結語：

當前，再對民用建筑結構進行加固設計改造的過程中，有關設計人員和技術人員需要重視對加固設計的研究與歸納總結掌握其中的關鍵與重點，進而在根本上提高加固的水平和加固的質量，推動我國建筑領域的發展與進步。