既有房屋建筑結(jié)構(gòu)加固改造技術(shù)的應用分析

劉婉霞

（北京維拓時代建筑設計股份有限公司太原分公司，山西太原 030000）

1 房屋建筑工程結(jié)構(gòu)加固的重要性

1.1 重視房屋結(jié)構(gòu)安全，保障人民生命財產(chǎn)安全

近些年來，各地老舊房屋的坍塌新聞和世界范圍內(nèi)頻繁出現(xiàn)的極端地質(zhì)災害現(xiàn)象，使人們對居住建筑的質(zhì)量多有擔憂，加固改造的必要性顯而易見。不僅如此，根據(jù)房屋的實際情況，選擇合理的加固技術(shù)，也是對生命財產(chǎn)安全負責任的必要態(tài)度。

1.2 滿足職工的居住需求

一些礦山地區(qū)生活土地的使用面積有限，且存在許多老舊建筑房屋占用了有限的土地使用面積，考慮到投資費用和有限的土地使用面積的因素，對現(xiàn)有老舊房屋進行加固改造是最經(jīng)濟可行的方案，以滿足礦山廣大職工的居住需求。因此在原來的房屋結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進行加固維修，豐富使用功能，建筑投資成本相對較低，為礦山長期可持續(xù)發(fā)展提供了較大的先決條件。

2 我國建筑結(jié)構(gòu)抗震加固的發(fā)展歷程

2.1 起步階段

第一階段為起步階段，從1966 年邢臺地震到1976年唐山大地震，讓人們逐漸意識到到了建筑物抗震的重要性，而這一階段的經(jīng)歷也成為我國抗震鑒定與加固處理的一個起點，同時也是一個嘗試與試驗的階段。該階段所具備的特點主要包括：對抗震鑒定、加固處理的基本方法和相關(guān)技術(shù)進行探索和分析，通過大量的實踐表明了抗震鑒定與加固處理對于提高建筑結(jié)構(gòu)安全性而言，有一定的有效性和必要性。

2.2 高速發(fā)展階段

第二階段為高速發(fā)展階段，從唐山大地震開始一直持續(xù)到1989 年國家標準《建筑抗震設計規(guī)范》正式發(fā)布為止，該階段被人們稱為抗震鑒定及加固處理的高速發(fā)展階段。在這個發(fā)展階段中所呈現(xiàn)出來的特點與上一階段有著本質(zhì)的不同，主要包括：構(gòu)建了完善的抗震鑒定與加固管理體系；基于該體系的基礎(chǔ)之上，進一步制定了適合當下建筑結(jié)構(gòu)安全的《工業(yè)及民用建筑抗震鑒定標準》；并在國家政府的統(tǒng)一部署下，首先完成了Ⅶ度以上的抗震設防地區(qū)建筑物抗震鑒定與加固工作，有效地提高了我國城市內(nèi)建筑的抗震性能。正是在這一高速發(fā)展階段當中，抗震加固處理技術(shù)提出了極強變形能力、提高強度以及提高整體性等建議，并通過增設構(gòu)造柱、外加圈梁、夾板墻以及鋼構(gòu)套等方式作為基本手段，逐漸形成以外加構(gòu)件法、替換法、增強自身法為主的建筑結(jié)構(gòu)的加固處理方式[1]。

2.3 綜合開發(fā)階段

第三階段為綜合開發(fā)階段，該階段是從《建筑抗震設計規(guī)范》正式執(zhí)行開始，經(jīng)過了長期的發(fā)展和經(jīng)驗總結(jié)后，逐漸進入到抗震鑒定與加固的綜合開發(fā)與發(fā)展階段當中，也在一定程度上意味著我國的建筑結(jié)構(gòu)抗震設計已經(jīng)取得了一定的成績。該階段所展現(xiàn)出來的主要特點有：建筑結(jié)構(gòu)的抗震鑒定與加固處理已經(jīng)按照相關(guān)要求擴大至Ⅵ度設防區(qū)當中，同時結(jié)合各地區(qū)的實際情況，梳理并制定了與《建筑抗震設計規(guī)范》（GBJ 11—89）設計規(guī)范相適應的鑒定方法和加固技術(shù)等相關(guān)規(guī)范、標準，目的在于強調(diào)綜合發(fā)展和分析現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能。建筑結(jié)構(gòu)的抗震鑒定與加固以及功能改造在我國經(jīng)濟體制改革的過程中形成了一種緊密的結(jié)合，因為在進行抗震加固時，不僅要考慮其安全性，還要想到建筑面積的擴大和使用，在改變和完善建筑使用功能的同時，還可以保持建筑物的美觀造型。這一發(fā)展階段當中，涌現(xiàn)出了很多全新的鑒定、加固技術(shù)和材料，如鋼筋化學錨固技術(shù)、消能減震技術(shù)、碳釬維片加固技術(shù)以及隔震技術(shù)等。

3 建筑結(jié)構(gòu)加固改造設計原則

3.1 整體性原則

既有建筑的結(jié)構(gòu)加固和改造中，為保障加固改造效果，應遵循整體性原則，專業(yè)的設計人員要對建筑結(jié)構(gòu)加以整體分析，從整體性的角度來進行結(jié)構(gòu)細節(jié)優(yōu)化。因為在任何的建筑工程項目中，其結(jié)構(gòu)內(nèi)所包含的構(gòu)件數(shù)量都是非常多的，其中的任何一個構(gòu)件都可能會對建筑結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性產(chǎn)生直接的影響，如果在某一或者某幾個構(gòu)件出問題時只對這些構(gòu)件加以優(yōu)化，建筑的整體性將難以達到預期，結(jié)構(gòu)抗震性、剛度和結(jié)構(gòu)內(nèi)力都會出現(xiàn)一定的變化[2]。因此，為消除既有建筑結(jié)構(gòu)加固改造中對整體性造成的威脅，需從整體性角度來進行結(jié)構(gòu)加固。

3.2 合理性原則

對既有建筑的結(jié)構(gòu)進行加固和改造時，同樣要遵循合理性原則，將整體性與合理性結(jié)合起來，才能夠使得既有建筑結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)加固和改造工作順利實施，全面提升建筑結(jié)構(gòu)水平，確保建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量安全。針對建筑結(jié)構(gòu)的加固改造，需結(jié)合建筑物的總體受力情況分析與計算，來進行結(jié)構(gòu)細節(jié)的全面優(yōu)化，使得結(jié)構(gòu)中的每個構(gòu)件都能夠符合結(jié)構(gòu)性能要求。

4 既有建筑結(jié)構(gòu)加固改造設計技術(shù)

4.1 加大截面加固法

既有建筑的結(jié)構(gòu)加固改造施工中，加大截面法是十分有效的加固技術(shù)，具體的加固處理中，就是對建筑物原有混凝土結(jié)構(gòu)實施外層加固，大多采用的是型鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。根據(jù)加大截面加固法在既有建筑結(jié)構(gòu)加固改造中的應用，其原理為加大構(gòu)件截面，對原有結(jié)構(gòu)加以適當改造和優(yōu)化，在這一改造基礎(chǔ)上使得原有結(jié)構(gòu)材料與外層加固材料之間可形成整體性結(jié)構(gòu)，共同受力。通過這一方式，可有效提升建筑工程的抗震性能。建筑工程項目改造中，如果選用的是加大截面加固法，就能夠使得建筑結(jié)構(gòu)的耐久性明顯提升，將原先被損壞的混凝土結(jié)構(gòu)修復好，使得建筑結(jié)構(gòu)中單一構(gòu)件的抗剪、抗彎和抗壓性能明顯提升，在此基礎(chǔ)上提升結(jié)構(gòu)整體承載力。在墻構(gòu)件、梁構(gòu)件及混凝土柱構(gòu)件中，加大截面加固法的使用最多，此項工藝在當下已經(jīng)越發(fā)成熟。但加大截面加固法也存在著一定的不足，在加固處理的過程中為濕作業(yè)施工，整體的施工周期相對較長，甚至會占用很多的原建筑空間，同步增大了建筑結(jié)構(gòu)重量，使得建筑整體平衡性不佳，因此，為有效發(fā)揮加大截面法的加固作用，應綜合考慮建筑的多方面特點。

根據(jù)工程經(jīng)驗，增大截面加固法的基本要求如下：被加固的混凝土構(gòu)件，現(xiàn)場檢測的構(gòu)件混凝土強度等級不應低于C15 新澆筑的混凝土強度等級不應低于C20；構(gòu)件表面需安排專人負責鑿毛處理，以確保新舊混凝土之間的粘接性符合要求。構(gòu)造要求如下。

（1）新澆筑混凝土的最小厚度有嚴格限制：當現(xiàn)場加固板呈現(xiàn)新舊獨立狀態(tài)的情況下，新澆混凝土厚度應超過50mm；當加固板呈現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)特征是，新澆厚度不得小于40mm；在加固梁的情況下，新澆混凝土厚度應超過60mm；如果現(xiàn)場為噴射混凝土施工作業(yè)，澆筑厚度至少為50mm。

（2）加固使用的鋼筋，最好采用熱軋鋼筋，但板、梁、柱的受力鋼筋直徑分別不應小于8mm、12mm、14mm。

（3）新增受力鋼筋與原有受力鋼筋的凈間距也應符合要求，根據(jù)工程經(jīng)驗，這種情況下的凈間距最小應為20mm。

4.2 置換混凝土加固法

置換混凝土加固法在當下的很多建筑工程中也有著廣泛的應用，這種方法是利用新材料來置換原先的混凝土結(jié)構(gòu)，以改進原有的結(jié)構(gòu)不足。當下的很多的建筑工程中，多以混凝土結(jié)構(gòu)為主，這也就使得置換混凝土加固法有著十分巨大的應用空間，可利用高強度、高性能的混凝土來置換承載力較差、低強度、低性能的混凝土，以提高受壓混凝土結(jié)構(gòu)的材料性能，使得工程結(jié)構(gòu)可達到預期。與其他的加固方式相比，置換混凝土加固法在實際的應用十分簡單，即使在具體的施工作業(yè)中存在對結(jié)構(gòu)的重新澆筑，也不會對結(jié)構(gòu)凈空性產(chǎn)生直接的影響，在混凝土柱與混凝土梁等缺陷部位，其加固效果良好。

4.3 黏結(jié)外包型鋼加固法

從本質(zhì)上看，黏結(jié)外包型鋼加固法屬于加大截面法的一種，具體應用就是將準備好的型鋼構(gòu)件直接加固到混凝土的結(jié)構(gòu)外層中，經(jīng)由鋼板材料與混凝土材料的牢固黏結(jié)，來提升建筑結(jié)構(gòu)整體性及承載力，達到建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化和加固的目的。外包型鋼加固法實際上將黏結(jié)技術(shù)應用在了外層型鋼和混凝土結(jié)構(gòu)的結(jié)合上，二者的黏結(jié)過程主要是通過灌注結(jié)構(gòu)與錨栓等方式實現(xiàn)的，應用這一結(jié)構(gòu)方式，也就使得二者構(gòu)成了整體性受力體系，改善了原先的混凝土結(jié)構(gòu)性能。雖然黏結(jié)外包型鋼加固法與加大截面加固法之間存在著高度的原理相似性，但二者相比較，黏結(jié)外包型鋼加固法具有更高的可靠性，在實際的加固處理中，占用的建筑空間相對有限，因為這一加固技術(shù)下是通過外層型鋼進行結(jié)構(gòu)加固的，受到高溫場地或者其他因素的影響非常大，如腐蝕、生銹等，均可能會影響最終的加固效果。

在既有建筑結(jié)構(gòu)加固改造中采用黏結(jié)外包型鋼加固法，鋼板與混凝土粘結(jié)時所采用的黏結(jié)劑是以環(huán)氧樹脂、添加固化劑、增塑劑等為基礎(chǔ)形成的“結(jié)構(gòu)膠”，經(jīng)黏結(jié)外包型鋼加固法在結(jié)構(gòu)改造中的應用，在建筑體外面增加了配筋率，使得建筑的剛度和強度明顯提升。這一加固技術(shù)從總體上看，施工相對簡單，耗時短，不會對原有建筑的使用產(chǎn)生較大的干擾。但由于“結(jié)構(gòu)膠”黏貼度在高溫條件下，黏結(jié)效果可能會受到影響，根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的加固經(jīng)驗，在一些不存在化學腐蝕的建筑結(jié)構(gòu)中，一般就可利用黏結(jié)外包型鋼加固的方式。為達到最佳的結(jié)構(gòu)優(yōu)化效果，在正式的加固作業(yè)實施之前，專業(yè)人員要進行建筑工程的結(jié)構(gòu)缺陷分析，找出引起結(jié)構(gòu)質(zhì)量安全問題的原因，結(jié)合結(jié)構(gòu)缺陷的產(chǎn)生位置，來進行黏貼形式和鋼板規(guī)格的確定。

黏貼鋼板加固的優(yōu)點是整體的施工相對便捷且高效，在原結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上所增加的重量較小，原結(jié)構(gòu)外形基本不會發(fā)生大的變化，對建筑使用凈空的影響較小。在承受靜載作用的鋼筋混凝土受彎、斜截面受剪、受拉及大偏心受壓構(gòu)件的加固施工中，黏貼鋼板加固的方法非常有效。但這種加固方法在應用時有一定的環(huán)境要求，在長期使用的環(huán)境溫度不超60℃、相對濕度不超70%的環(huán)境中，應用效果最佳，如果環(huán)境條件達不到這一要求，在利用粘貼鋼板加固時，需結(jié)合環(huán)境特征，采取有效的處理措施。

黏貼鋼板加固法的基本要求如下：被加固混凝土構(gòu)件的強度等級應達到C15，即混凝土表面的正拉粘結(jié)強度應達1.5MPa；當加固的是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件時，將鋼板受力設計為僅承受軸向應力；混凝土表層含水率應有嚴格控制，這一含水率指標不得超過4%，一旦超過了這一指標，就需對構(gòu)件進行有效的處理，降低含水率。利用黏貼鋼板加固法需注意以下4 個方面。

（1）定位，施工人員在清理完被加固構(gòu)件的表面后，需按照設計圖紙的要求來開展放線施工，準確側(cè)放出粘貼鋼板的位置，確保定位精度。

（2）最好保障鋼板鉆孔位置與混凝土構(gòu)件鉆孔位置的完全一致，鉆孔不得對原有鋼筋造成干擾，鉆孔誤差應符合要求。

（3）界面處理，黏結(jié)面需開展修補與修復，表面平整度偏差應在1.5mm/m 以內(nèi)。

（4）在對鋼板上膠之前，應組織專人來負責鋼板的除銹、展平處理。

4.4 黏貼纖維加固法

一些既有建筑的結(jié)構(gòu)加固和改造中，也會采用黏貼纖維加固法，這一加固技術(shù)，就是通過專有纖維材料來完成建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，將準備好的纖維材料黏貼到原建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件上，這種結(jié)構(gòu)加固方式下，建筑結(jié)構(gòu)性能得以明顯改善。通常情況下，既有建筑結(jié)構(gòu)加固改造的過程中，如果是結(jié)構(gòu)受力性能較弱的結(jié)構(gòu)部位，就可利用這一加固方式。黏貼纖維加固法表現(xiàn)出輕質(zhì)量、耐潮濕、低維護成本的特點，為提升整體的加固效果，需重視防火施工。此建筑改造工程中的對于樓板洞口采用黏貼碳纖維布的方法進行加固，就是粘結(jié)外包型鋼加固方式的重要體現(xiàn)，其有效達到了良好的結(jié)構(gòu)加固施工效果。

4.5 預應力結(jié)構(gòu)加固技術(shù)

預應力加固技術(shù)是結(jié)構(gòu)優(yōu)化和改進方面的新型工藝，因為在建筑結(jié)構(gòu)中，外部荷載可能會對混凝土彎曲配件產(chǎn)生或大或小的影響，為使得預應力結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性等均符合結(jié)構(gòu)施工要求，相關(guān)施工人員要經(jīng)由混凝土對水平拉桿進行加固處理，以利用這一方式來使得拉桿內(nèi)部形成軸向張力，隨后使得這一作用力可經(jīng)由水平拉桿頂部被傳輸?shù)绞軓潣?gòu)件，同步產(chǎn)生一定的偏心壓力，本質(zhì)上看，這一結(jié)構(gòu)加固改造技術(shù)下，最大程度上優(yōu)化了外力對構(gòu)件作用下的彎矩，使得構(gòu)件的彎曲性能得以提升，對預防構(gòu)件裂紋非常有效。

5 結(jié)語

既有建筑的結(jié)構(gòu)加固和改造是一項十分復雜的工程，在具體的工作開展過程中，為全面提升建筑結(jié)構(gòu)的整體性能，專業(yè)的設計人員要通過對建筑結(jié)構(gòu)的整體分析來選擇恰當?shù)募庸碳夹g(shù)，使得建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性得以全面提升。