加固技術在鋼筋混凝土框架結構設計中的運用

李聰齡 (甘肅省建筑設計研究院有限公司 甘肅 蘭州 730000)

引言

我國對于鋼筋混凝土框架結構加固技術的研究起步較晚,但經過數十年的發(fā)展,該項技術逐漸趨于成熟,在當前建筑、道路與橋梁施工工程中的應用也愈加廣泛。對鋼筋筑混凝框架結構進行加固設計的技術作為集實用性強和使用范圍廣于一身的工程技術,對當今建筑、道路與橋梁建筑工程中加固、抗?jié)B透等問題具有深遠意義。

一、鋼筋混凝土建筑框架結構設計中應用加固技術的重要性

(一)提高建筑安全保障,確保施工順利開展

建筑、道路、橋梁等作為城市鄉(xiāng)鎮(zhèn)建設基礎設施,為居民日常生活以及出行提供保障,因此為保護人民生命財產安全,城市鄉(xiāng)鎮(zhèn)內的相關建筑工程質量必須得到明確的建筑質量要求,在此基礎上各項建筑工程施工才能有序展開,在規(guī)定時間內完成相應建設目標。伴隨著我國建筑技術的飛速提升,傳統(tǒng)的鋼筋混凝土框架結構已經無法適應當前生產的需求,除此之外,鋼筋混凝土框架結構在完工后也會受到氣候條件、各種外力因素的影響,因此為保證建筑、道路與橋梁的正常使用,對鋼筋混凝土框架進行加固設計是極其重要的。以道路澆筑鋼筋混凝土為例,其施工質量標準內容復雜,對工程內外部都提出了多項參數需求,加之當前市政經濟活動頻繁,交通運輸壓力逐漸增大,對市政道路的持久性與穩(wěn)定性提出了新的要求,道路維護成本也日漸提高。因此為避免道路開裂、沉降等缺陷威脅人民日常生活起居,必須在市政道路建設過程中使用鋼筋混凝土框架結構加固技術,從根本解決道路質量問題。

(二)降低建筑維護成本

建筑結構是各類建筑建設的基礎,在建設過程中缺乏堅實的基礎,何談高質量的后續(xù)工作。鋼筋混凝土作為當前建筑結構的主要成分,如何保障高質量成為規(guī)范建設的第一步,也是確保人民生命財產安全的首要前提。但復雜的自然環(huán)境導致當前建筑基礎條件更為復雜,一定程度上影響鋼筋混凝土建筑的后續(xù)使用壽命,在未來的使用過程中甚至還會影響一系列經濟活動,因此建筑建設完成后,相關部門都會制定一系列的維護制度,及時修復鋼筋混凝土損傷。在這一過程中,建筑的各類的問題可以得到及時修復,但趕緊混凝土修復工作展開具有較大難度,成本也較高。因此為保證建筑具有穩(wěn)定的結構,對建筑正常使用提供有力支撐,解決建筑擠壓以及水文地質問題,在施工過程中使用鋼筋混凝土框架結構加固技術至關重要。

(三)有助于鋼筋混凝土框架結構設計外力預防

在建筑建設過程中,除地質、水文等自然環(huán)境因素外,氣候變化也制約著鋼筋混凝土框架結構設計。施工期間由于氣候變化產生的降水、溫度變化都會對建筑產生一定影響。尤其遇到暴雨、寒潮等極端天氣時,對鋼筋混凝土結構穩(wěn)定性會產生較大影響。因此在鋼筋混凝土框架結構設計過程中,要積極使用加固技術提高其抗壓能力與自身質量水平,延長其使用壽命。除上部外力預防外,建筑底部地下水也會受氣溫變化影響,一旦形態(tài)發(fā)生變化,路面建筑也會隨之發(fā)生改變。因此在建設建設過程中,要使用鋼筋混凝土框架結構加固技術,保證建筑建設過程中的外力預防。

二、鋼筋混凝土框架結構設計中應用加固技術是的注意要點

受到不同外界因素的影響,鋼筋混凝土工程框架改造加固設計工程中出現了若干問題,而上述問題也直接影響了鋼筋混凝土工程框架改造加固設計方案的可行性。所以在鋼筋混凝土工程框架改造的工程設計中一定要重視典型性問題,預防問題產生的同時針對已發(fā)生問題及時采取相應的措施,如此才能大大提高設計防范的有效性。

(一)鋼筋混凝土框架結構的可靠性鑒定

鋼筋混凝土框架設計的安全性評估是鋼筋混凝土生產構架進行加固設計的重要基石,所以在鋼筋混凝土框架進行加固方案工程設計前,工程設計技術相關人員務必嚴格依據《鋼筋混凝土構件加固設計技術規(guī)范》的相關條款,對鋼筋混凝土框架結構設計的安全性、適用性以及耐久性進行評估,同時他們還需要著重檢查鋼筋混凝土框架結構設計的強度等級、混凝土構造裂縫和混凝土構造中的鋼材配置情況等狀況,進而提出詳盡的評估報告,唯有如此方可為鋼筋混凝土框架結構設計改造的加固方案工程設計提供真正可信的技術基礎,從而提升鋼筋混凝土框架結構設計中融入加固設計方案的可行性。

(二)鋼筋混凝土工程框架改造加固后的應用年限

鋼筋混凝土工程結構改造加固后的設計期限,也是在鋼筋混凝土工程結構改造加固后設計中的重點關注問題之一,也是往往會被加固工程設計工作者忽視的問題所在。按照《混凝土結構加固設計規(guī)范》的相關要求,如果對鋼筋混凝土工程框架進行了部分改造加固,那么在改造加固之后的使用年限和已經使用年限之和應等于五零年,而如果強筋混凝土結構框架是全部進行了改建,那么改造之后的使用年限一般是三十年左右。所以,在鋼筋混凝土工程框架加固設計過程中,一定要重視使用年限,如此才能提高鋼筋混凝土工程框架的穩(wěn)定性。

(三)材料問題

材質問題也是在鋼筋混凝土結構框架改建加固工程設計中所必須遵循的關鍵性問題,所以在鋼筋水混凝土框架結構設計改造加固工程中,設計師必須為新材料的使用做好萬全準備,這不但可以改善鋼筋混凝土工程框架的結構特性,同時還可以在較大程度上減少施工量,從而減少了因混凝土框架加固施工而給建筑生產所造成的不便,最終滿足提升鋼筋混凝土框架結構強度的同時,大大提高了鋼筋混凝土工程構架改建加固設計方案的可行性。

(四)減少對原有結構的損傷

鋼筋混凝土構架改造的加固工程設計的基本原則是盡量減少對原來鋼筋混凝土構件的破壞,所以在鋼筋混凝土構架改造的加固工程設計中,設計人員必須要應盡可能減少對原來構件的拆卸與破壞,并盡可能使用原來鋼筋混凝土框架結構的承載能力,這不但可以合理降低原來鋼筋混凝土框架結構改造加固設計的施工量和鋼筋混凝土框架結構改造加固設計的成本,同時還可以在較大程度上增加原來鋼筋混凝土框架結構改造加固設計方案的可行性,從而可以改善原本鋼筋混凝土構架的結構特性,進而可以有效保障原本建筑施工生產的安全進行。

(五)鋼筋混凝土結構框架改造加固方法的運用

隨著國家對鋼筋混凝土構造要求的日益增加,對既有的鋼筋混凝土結構框架進行加固設計的建施工范圍也日益廣泛,不同的鋼筋混凝土改建加固技術也在不斷產生,比如增大截面補強法、置換混凝土補強法、粘結外包型鋼補強法、粘貼型鋼補強法、粘結纖維增強塑料增強法以及錨栓錨固法等方式,但不同的加固方式都存在著不同的優(yōu)勢和劣勢,而且不同的加固方式適應性也不一樣。所以在鋼筋混凝土框架結構的改造加固工程設計中,設計者一定要針對鋼筋混凝土骨架的實際狀況選用恰當的改造加固設計方式,唯有如此方可大大提高鋼筋混凝土結構框架改造加固設計的可行性,從而可以在較大程度上提升鋼筋混凝土框架結構的性能。

(六)加固方案遵循總體效應

無論多么優(yōu)秀的鋼筋混凝土框架結構加固技術,最終都服務于建筑本身,因此在鋼筋混凝土框架結構的加固設計方案中,要講建筑的總體效應作為首要參考因素。在加固之前,首先要對建筑整體結構以及建筑性能進行整體質量監(jiān)察,尋找建筑現存問題,找到與之對應的、科學的、可行性高的加固方案。隨后,根據已經明確的加固目的,推算加固后對建筑整體以及鋼筋混凝土框架結構的整體影響,計算加固是否改變了整體建筑特征,依據現有技術能否最大限度消除鋼筋混凝土框架結構加固設計帶來的不良影響。最后,加固方案要符合建筑結構的受力情況,最大程度上降低對建筑本身造成的傷害。

(七)加固強度計算

在鋼筋混凝土框架結構設計中,加固強度是關鍵,就傳統(tǒng)設計經驗而言,在進行加固強度計算時要嚴格遵循如下原則:

1.材料選擇

在加固設計過程中,要保證加固材料與原建筑結構中使用的完全一致,尤其是在鋼筋混凝土材料中的水泥與鋼筋選擇上,要嚴格勘察既有建筑所使用的鋼筋水泥型號,確保性能一致的情況下才能進行加固作業(yè)

2.強度級別檢測

在加固設計之前,如果既有建筑并沒有明確的建筑結構強度數據,則要進行強度級別檢測,進而進行加固強度計算。

3.保證加固質量

加固質量的保證需要由加固材料、加固過程兩方面來保障,一方面,加固材料是鋼筋混凝土框架結構加固設計有效的必要保障,另一方面,加固過程是否符合施工標準是加固設計是否有效的前提,二者相輔相成,缺一不可。

三、對鋼筋混凝土工程框架改造的加固設計

(一)框架柱的加固設計

通常情況下,由于鋼筋混凝土結構框架的穩(wěn)定性系數都很低,所以在對于鋼筋混凝土生產構架柱的改造加固設計中,需要采取加大散射截面面積的補強方式,首先要采用合理的除銹劑來去除受侵蝕鋼材表層的浮銹,并且對一些容易折斷的鋼材捆扎要進行綁焊補強,之后再按照計算出來的截面面積來澆注出新的鋼筋混凝土,這樣就可以有效提高鋼筋混凝土框架柱的承載能力。

(二)框架梁的加固設計

框架梁的加固設計工作是鋼筋混凝土工業(yè)框架改造加固方案設計的關鍵工作,所以工程設計部門應該要更加完善工業(yè)框架梁的加固方案設計工作,當工業(yè)框架梁的配筋與原來設計配筋差距很大時,就應當優(yōu)先選擇加大截面法加固方式,而當鋼筋混凝土工業(yè)框架的寬度不可以加大橫截面時,則應當選擇工業(yè)框架梁單側增大橫截面或是雙側增大橫截面的方式來進行,而當鋼筋混凝土工業(yè)框架梁的寬度不受限制時則可以選擇加大鋼筋混凝土工業(yè)框架梁底部橫截面的加固方式,這樣才能有效減少因鋼筋混凝土工業(yè)框架改造增加的工程量。

(三)鋼筋混凝土框架結構中剪力墻約束與邊緣結構的加固設計

怎樣解決生產鋼筋混凝土鋼結構的剪力墻底部加強處的補強問題,是如何確保加固后的下部加強區(qū)符合最新標準要求的關鍵所在,同時也是確保加強后的鋼筋混凝土框架結構在地震和天災的影響下仍然能夠應用的重點,所以工程設計技術人員一定要做好對剪力墻約束邊緣部位的補強工作。在加強結構時,尤其是節(jié)點的補強時一定要選用對穿螺釘,而不要選用膨脹螺栓或者化學螺栓,這樣才能有效避免預應力鋼筋混凝土框架的剪力墻因為二端的膨脹螺栓和化學螺栓都不能接地而起到不了相應的約束效果,但這樣也在一定程度上削弱了剪力墻對建筑結構的保護的作用。

四、鋼筋混凝土框架結構加固技術分析

(一)現澆加固法

作為加固技術中最常用的方法,現澆加固法在橋梁、壩體等鋼筋混凝土框架結構加固設計中最為常見,現澆加固技術的主要依據是既有建筑的實際情況,設計師會根據建筑的現有情況進行框架結構加固方案設計,隨后在施工現場制造模具進行澆筑,最終保證加固作用。此種加固方法成本較低,工藝也相對簡單,且具有加固效果顯著的優(yōu)點,諸多鋼筋混凝土框架結構使用此種加固技術后性能得到顯著提升,因此現澆加固具有廣泛的應用范圍。

(二)型鋼外包加固法

型鋼的外包處理就是在鋼筋或混凝土等建筑結構構件的周邊覆蓋型鋼,并利用型鋼承載方式來改善建筑構件的特性,該種方式的好處是不擴大建筑結構的斷面體積,但同時增加了建筑結構的剛度、承載力等,因此在柱體、建筑屋架、煙筒等高度較大的建筑構件中使用得較多。但是,型鋼外包加固方法在施工過程中要求專門的施工團隊進行作業(yè),并且在施工完成后,必須進行防銹處理,以增強補強效果,并且由于其鋼筋用量很大,因此加固成本相當高昂。

(三)纖維粘帖加固法

隨著中國建筑材料及綜合行業(yè)的蓬勃發(fā)展,中國涌現出了大批的高強度、高性能的人工合成玻璃纖維材,并在鋼筋混凝土建筑構件的框架結構加固中,使用效果不錯。一般要將玻璃纖維補強材料粘貼在牢固的地方,以增強建筑結構構件的受拉特性,因此在房屋建筑結構補強中,也可以將玻璃纖維復合材料直接粘貼到建筑結構的受拉部位,這樣提高了建筑局部構件的承載能力,從而達到了結構補強的效果。由于玻璃纖維補強法在建筑施工中,受環(huán)境的影響很大,特別是高溫和潮濕會極大影響補強的效果,所以一定要將建筑溫度控制在五℃以上,并且對加固表面也要做好找平處理,以增強加固建筑的美觀性能。

(四)化學灌漿加固法

化學灌漿加固方法是指利用壓力水將化學加固的漿液灌到加固對象中,進而增加了建筑構件的硬度和承載力,由于化學漿液對水泥裂紋的處理功效很明顯,能夠直接與水泥反應產生更致密的結構,減少了水泥構件的質量問題,在水電站堤壩、地基、梁體等的結構裂縫補強中,使用很普遍。化學砂漿加固法的關鍵問題是化學砂漿的選用,要針對水泥裂縫的形式選用恰當的化學灌漿漿液配比,并且要調節(jié)好灌漿壓力,以防止因水壓過大而引起灌漿孔的劈裂,同時又要防止在灌漿過程中發(fā)生化學砂漿不牢固的操作問題。

(五)地基加固法

基礎是建筑構件的基礎,決定著建筑構件的品質,當前建筑構件的基礎大多是使用預應力的構造方式,加強基礎才能全面提高建筑構件品質。基礎補強包括地基修復、基礎提升、地基擴大等,為筏板基礎最常見的一個補強方法,其實施成本很低廉,對房屋結構的完整不產生威脅,但補強作用突出。

(六)噴射混凝土補強加固技術

噴灑水泥補強法,是指一種利用水泥噴射泵把水泥的混合均勻料和水(干噴機)或混凝土濕料(濕噴機)以高速度地噴灑在水泥構件上,從而迅速地凝結成形的補強方式。該種方法有施工簡單、快捷、時間短,對澆注凝結層和原構件粘結力較強等優(yōu)點,但其缺陷主要是需要專用的機械設備,對水泥的配比與設計要求也較高。這些方法都適用于在柱、樓板等建筑結構的底部修補混凝土;以及填補水泥與磚石構件中的空洞、裂縫,和混凝土墻的麻面。