既改項目中結構加固的探索 與管理

劉韻孜

針對既有建筑的改建項目類別，其結構加固的原因及必要性分析，根據這類建筑的特性，列舉了幾種適合于此類項目的加固工法，分析其優缺點并根據項目實例及結構特點，對相應工法進行實際應用，總結幾種工法的使用效果，為今后該類項目實施結構改造提供了可參考的實例。

一、城市更新課題中結構改造的原因

1.建筑自然老化帶來的連鎖反應

根據相關部門統計，我國城鎮住房總量接近300億平方米，城鎮人均居住建筑面積37平方米，而按照設計基準期50年來看，其中相當大一部分房屋已經進入房屋使用壽命的“中后期”，在房屋結構的使用過程中，外部環境也在時刻侵蝕房屋材料本身，使結構逐步失去原有的設計功能，材料逐步劣化退減。

2.不可抗力帶來的損傷

由于自然因素引起的不可逆轉的損傷，根據相應規范的要求，推薦使用相應的技術和相關工藝進行加固和修復，以滿足現行規范對結構安全性的要求。

3.結構功能性變化導致原設計荷載產生變化需要加固的

當既有建筑的使用功能發生變化的，導致原設計荷載已無法滿足新的建筑方案布置要求和結構荷載要求，則需要進行局部或整體加固，該類加固建筑常出現在商業或工廠用房中。

4.規范標準的提高

設計規范和相應的施工標準不斷推陳出新，近年來國家相關各部委及地方標準規范制定的水準一直在提高，在既有建筑改造項目中就會不可避免的帶來原有的設計規范不能滿足新規范和標準的要求，導致結構變更，但是某些具有特殊意義的建筑不適宜大規模改造，特別是在鬧市區的標志性建筑，這就會導致項目可能在竣工上存在一定問題，這都是需要在既有建筑改造項目中要重點考慮的問題。

二、常用的結構加固形式

1.增大截面法

作為最為常用的結構加固工法，增大截面法施工簡便，見效快，能夠顯著提高被加固結構的質量，將混凝土直接澆筑在鋼筋混凝土的受壓面上，通過植筋作為連接件傳力桿，使新澆筑的混凝土和既有結構結合，以達到共同受力的目的，進而提高構件的截面面積和受力高度，明顯提高構件的抗壓能力和受力強度、結構剛度。

但該種加固工法增大了結構的截面面積，侵占了建筑的使用面積，適用于面積較大、對建筑面積要求不高的建筑單體，在如今的規劃管理和商辦住宅類建筑中一般不單獨采用增大截面法加固工法來對構件進行加固。

2.外包鋼加固法

又叫粘鋼加固法、貼鋼加固法，這種方式可以有效提升原構件的抵抗剪切的性能、抵抗開裂的能力和抵抗彎曲的能力，在大多數情況下，可以與增大截面法相互取代，具體看設計和施工工況的要求。這種加固工法施工方便、技術難度低，易于操作，基本不占用建筑面積，粘結劑固化時間短，強度提升快，適用于對工期要求很高的工程或者搶險救災工程。但該工法對粘結劑和材料要求高，粘結材料的質量直接影響到結構加固后構件的質量。

3.碳纖維加固法

碳纖維加固法運用化工材料碳纖維布，材料重量輕、抗酸堿腐蝕、使用靈活、外觀平整、占用面積小、抗拉強度能夠＞4000兆帕，目前主要應用于橋梁、房屋、大壩、隧道的改造加固中，應用范圍非常廣泛，且隨著材料國產化的推進，價格也逐漸下調，可實施性很強。但是這種工法存在一個致命的缺陷，那就是碳纖維布與結構的連接是采用粘結膠進行施工的，該種膠不耐高溫，即如遇高溫其結構抗剪切強度會隨著溫度的升高而迅速降低，在防火措施不足的前提下，碳纖維布的耐火性能很差，并且會對結構受力造成較為嚴重的后果。

4.置換混凝土加固法

置換法能夠從根本上提升結構的強度以及剛度。其原理與加大截面法類似，但施工持續時間較長，如有條件進行該工法的施工，能夠有效保障結構的穩定性和安全性。這種方式的最大缺點是對施工環境和工況有所要求，因為其本質是推倒重做，也就是說將重新施工混凝土結構物，這樣就會造成濕作業面很大，工期會較長，而如何在既有建筑中大規模“推倒重做”所涉及的重難點更多，對工程目標整體控制不利。

三、工程實例

本文結合teamLab Borderless上海世博園展館改造工程中對結構加固方面的施工及設計過程，以及分析應用在本工程中的結構加固工法的施工實操及過程控制要點，通過實際案例來總結和提煉結構加固技術在城市更新既有建筑改造課題中的必要性和關鍵性，為今后承接類似項目做好技術積累和經驗總結。

1.工程概況

本工程選址上海市黃埔區半淞園路388號，改造原世博園C2展館6600平方米的雙層（1F和2F兩層）框架式的鋼結構廠房。初設計于2008年8月，原作為公共服務設施用房使用，上部結構形式為鋼框架結構（環裝密集布置鋼柱），樓板為鋼板上鋪設細石混凝土面層。基礎形式為樁基礎+圓弧形承臺，樁采用預應力混凝土管樁。

該房屋于2016年11月已整體改造為餐廳，大部分圓形構筑物僅保留三根或四根鋼柱（其余鋼柱采用機械切割拆除），上一輪改造所保留下來的鋼柱采用了增大截面法進行加固，加固以后的截面尺寸為50cm＊50cm。原設計中圓弧形的主梁則采用粘鋼法進行的加固，加固后的尺寸為45cm＊70cm。樓板新增混凝土現澆樓板；基礎新設基礎梁。

本次建筑改造方案主要用途為展廳，根據新建筑方案資料和要求，針對原結構荷載改變以及所提供的的建筑方案，滿足正常使用條件下的承載力要求。

2.工程內容

本項目所涉及的結構加固內容主要有以下幾個方面：

①1F及2F弧形主梁截面增大加固。

②首層部分區域地坪鑿除及新做基礎

③部分弧形鋼梁加固

④1F靜壓預制樁施工

3.結構加固技術在本工程中的應用

（1）植筋

植筋是一種鋼筋的后生跟技術。在本工程中，梁截面加大時需要以植筋的方法將鋼筋植入原有構件中，新增梁板的受力鋼筋也需植入原梁、柱中。設計及相關施工規范要求，植筋長度＞15倍鋼筋直徑，且必須滿足植筋工藝的相關要求。

①材料要求

1）植筋膠要求：A級。

2）鋼筋要求：同設計圖紙等級一致。

3）混凝土強度要求：≥C30。

②施工工序

植筋工程排在其他工序之前，植筋沒有完成就會造成其他工序無法展開。所以當施工人員進場后，及時根據圖紙要求優先進行植筋施工。

（2）灌漿料增大截面法

本項目采用灌漿料進行增大截面法的施工。基底為水泥灌漿料，無收縮自流平。

外包混凝土結構加固施工要點：

①對于需要鑿除的混凝土結構部分，在鑿除前采用施加頂撐的支撐措施，嚴禁破壞預保留部分的砼，且鑿除之前應該根據原結構的施工工藝和施工順序，精確確定預鑿除砼的位置，以免保留部分產生混凝土裂縫，而導致多打多補等問題出現。且鑿打的梁板鋼筋不得在交接處切斷，而應該隔一根留出搭接長度或設置機械連接。

②欲進行加大截面工法進行加固的部分，應該在施工之前在砼界面經過整修并暴露出骨料斷面后，應用機械（如花錘、砂輪機等）輔以高壓射水的方式進行鑿毛，清除浮漿，并形成鑿槽。

③新舊砼交界面應該采用高一標號的水泥砂漿接漿。

④在灌漿完成后的12小時進行養護，養護可采用覆蓋塑料薄膜法或在終凝后灑水養護。

⑤灌漿完成后如有需要鑿除的部分應該在灌漿完成后的4小時后進行。

⑥灌漿施工過程中嚴禁再加固施工層進行振動較大的施工，以免破壞灌漿層。

原則上來說，新增的框架柱應位于弧形梁跨中區域（擾度最大），但結合相關建筑方案及建筑分割平面位置，部分新增的框架柱并未位于弧形梁跨中區域，會有相應的偏移，經過結構設計復算，對應增加的面積應該滿足相關設計要求。

（3）鋼梁加固工程

弧形槽鋼制作：

現場部分鋼梁梁底需進行槽鋼加固。

根據設計要求采用弧形槽鋼拼接，本工程采用鋼板現場加工下料進行現場制作安裝。

（4）靜壓預制樁施工工程

壓樁工藝施工控制要點：

在正式施工靜壓樁之前應該按照設計和規范的要求先行施工試樁，通過試樁確定各類施工參數。

一根靜壓樁的施工應該連續不得中斷，并達到設計值200KN。施工過程中應該做好相關記錄，靜力壓樁的過程控制應該以壓力控制為主控因素，樁長壓入度為輔助控制因素。根據試樁確定本工程項目靜力壓樁應在達到設計荷載后穩壓10min。

四、結語

本項目基于異形結構而開發的加固技術，對于加固工程的廣泛應用具有開拓性的作用，可以有效指導該類型結構加固工程的施工和設計，該場館目前已正常投產2年，各項指標良好。