鋼筋混凝土結構加固在工業廠房改造中的應用

劉天祥

（北京首鋼建設集團有限公司，北京 100000）

1 引言

隨著經濟的快速發展，許多建筑已經不能滿足現代社會的發展需求，如果推倒重建需要耗費巨大的經濟成本。實踐證明，在原有結構基礎上進行修理加固具有較強的合理性和可行性。工業廠房改造是國內外建筑工程行業面臨的重大課題，經常要面對鋼筋混凝土結構加固問題，如果技術應用不到位，很容易產生質量和安全隱患，難以實現預期的改造目標。

2 工業廠房改造中的鋼筋混凝土結構加固概述

2.1 鋼筋混凝土結構加固的基本原則

鋼筋混凝土結構加固必須遵循一定的原則，從結構體系、受力分析、材料選用、抗震設防、施工技術、資源投入等方面出發，提高建筑結構的剛度、強度、穩定性、耐久性，達到維護安全運行狀態、滿足使用功能、延長使用壽命的目的。制訂加固方案前，必須對結構進行可靠性鑒定分析，全面掌握需改造廠房的結構信息，分析結構受力現狀，嚴格按照現行規范標準進行加固驗算，充分考慮加固的項目、內容以及加固后廠房的總體效應。為了保證加固后的結構具有良好的協同工作性能，應該盡可能選用與原結構一致的材料，加固用的鋼材、水泥、混凝土、黏結劑必須滿足實際需求。同時，結合抗震設防方案，進行結構加固處理，使建筑物能夠具備抵抗地震災害的能力。充分考慮加固施工方案的科學性和可行性，減少對原有建筑的損害，保證便于施工、技術可靠、經濟合理。另外，對于特殊原因導致的結構破壞，比如，高溫，凍融，腐蝕，不均勻沉降，振動，等等，應該在加固設計施工中采取針對性措施，從根本上減少安全隱患[1]。

2.2 鋼筋混凝土結構加固基本程序

工業廠房改造中，鋼筋混凝土結構加固工程的基本程序包括結構可靠性檢測及鑒定、工程加固方案選擇、工程加固設計、加固施工組織設計、工程加固施工、工程加固驗收。通過結構可靠性檢測及鑒定，可以全面評估工業廠房結構現狀，這是整個加固改造過程中的重要環節，為后續各工作環節提供科學依據。需要盡可能全面掌握結構構成、結構損傷、材料組成、使用情況等方面的內容，依據相關鑒定標準，通過理論分析和驗算，得出可靠性鑒定成果。加固方案的選擇需要充分考慮各項因素，聽取相關方的意見，經過不斷論證和溝通，最終確定可行的加固方案，然后進行工程加固設計，繪制施工圖紙，組織技術交底，施工單位需要進行施工組織設計，經有關單位審批后，組織人員進場施工，完成施工作業后，依據相關流程和規范要求組織工程竣工驗收，整理相關資料。

2.3 鋼筋混凝土結構加固基本原理

鋼筋混凝土結構加固基本原理主要包括加固結構受力特征、加固結構共同受力分析、加固結構設計計算假定幾個主要方面。在進行加固改造前，原結構已經受到了荷載作用，所以，加固結構屬于二次受力，增加的部分并不會立刻承受荷載，從整個受力過程分析，加固部分會出現應力滯后的情況，當原結構達到極限狀態時，增加部分結構的應力應變可能仍處于較低狀態。加固結構屬于二次組合結構，存在著新舊兩部分協同受力的問題，如何更好地發揮協同作用，這是重點和難點所在。當結構臨近破壞的時候，新舊結合面需要應對復雜應力，包括壓力、拉力、彎矩、剪力等，必須有效傳遞這些復雜應力，將變形控制在一定范圍內，通常情況下，壓力的傳遞比較簡單，不必進行著重考慮，而結合面混凝土黏結抗拉強度和黏結抗剪強度比較低，所以需要著重提升結合面的抗拉能力和抗剪能力。加固結構的承載力與原結構極限變形值、兩部分材料的性能均有關系，需要確定這些參數之間的聯系，為了簡化分析，需要按照相關規定明確基本假定，進而求解出加固結構的承載能力[2]。

3 工業廠房改造中常用的鋼筋混凝土結構加固技術

隨著研究的不斷深入，鋼筋混凝土結構加固技術逐漸增多，在選擇時，需要根據鑒定結果、具體條件、功能需求等綜合因素進行確定，不同方面的加固需要考慮的問題和側重點不同，比如，抗震加固不需要考慮二次受力，側重點在于保證結構的整體性和延性，靜力加固需要考慮二次受力，側重點在于提升結構承載力。

3.1 增大截面加固法

增大截面加固法是通過增大結構截面積或增加配筋率的方式來提升鋼筋混凝土結構強度、剛度、穩定性，一般適用于受彎、受壓構件，比如，在梁底面或側面加大尺寸、增加鋼筋，有效提升截面工作面積，達到提高結構承載能力的要求。該結構加固技術應用范圍較廣，施工簡單方便，而且后期的養護管理工作很少，但是也存在著突出的缺點，需要進行現場濕作業，工期相對較長，而且降低了建筑空間的利用率，增加了結構自重，影響了建筑的使用功能[3]。

3.2 外粘型鋼加固法

外粘型鋼加固法是在鋼筋混凝土結構構件周圍包裹型鋼形成鋼骨架，可以有效約束核心混凝土變形，使結構能承受振動荷載和沖擊荷載，比較適用于需快速大幅度提升抗震能力和承載能力的情況，如單層工業廠房柱的加固。該方法增加的截面面積并不大，但可以大幅提高構件承載力，而且施工工期較短，操作簡單方便，但是鋼材消耗量比較大，后期維護費用比較高，主要工藝流程為：清理打磨構件表面，保證干凈平整，型鋼需進行除銹處理，使用二甲苯清洗，交錯焊牢，用環氧樹脂膠泥封閉周圍，粘貼灌漿嘴，從灌漿嘴將環氧樹脂漿壓入，達到一定要求后停止灌漿。

3.3 預應力加固法

預應力加固法是通過外加預應力鋼撐桿或鋼拉桿進行加固的方法，能夠有效改變原結構內力分布，降低原結構應力水平，可以更好地與原結構產生協同作用，從而提升整體承載能力。該技術方法能夠起到改變結構內力、卸荷、加固多種作用，比較適用于大跨度的結構加固以及高應力應變狀態下的結構，或者一般加固方法效果不理想的情況。根據加固對象進行區分，預應力加固法又可以分為預應力撐桿加固法和預應力拉桿加固法，前者適用于軸心受壓及小偏心受壓框架柱結構，后者適用于一般梁、板、桁架結構以及大偏心受壓構件。預應力加固法加固效果好，對凈空要求小，但是施工工藝復雜，對技術應用要求比較高，增加了一些設備和工序[4]。

3.4 增設支點加固法

增設支點加固法就是通過增加支撐點減小結構跨度和結構內力實現加固目的的方法，比較適用于水平結構的加固設計，如梁、板、網架、桁架等。根據支撐結構變形性能，又可以分為剛性支點法和彈性支點法。前者能夠通過支撐結構將荷載直接傳遞給下部支撐結構，可以顯著提高結構承載能力，由于軸向變形很小，因此，可以將支撐結構看作不動支點，使結構受力更加明確，大大簡化了內力計算。后者是通過支撐結構間接傳遞荷載的加固方法，對使用空間的影響比較小，由于支撐體結構與被加固結構的變形屬于同一數量級，因此，需要將支撐結構看作是可動點-彈性支點考慮，在進行內力計算分析時比較復雜。

3.5 粘貼鋼板加固法

粘貼鋼板加固法是通過高強結構膠將鋼板牢牢地粘在鋼筋混凝土結構上，形成新的復合型整體結構，這樣不僅可以充分發揮鋼板的強度，而且可以封閉原構件存在的裂縫，約束原構件變形，實現共同受力的加固效果，適用于鋼筋混凝土受彎、大偏心受壓和受拉的構件。由于鋼材受環境因素影響較大，因此該方法的運用對環境條件提出了一定的要求，溫度控制在5～60 ℃，濕度不能超過70%，而且不能存在化學腐蝕，如果不滿足要求，則需要采取針對性的防護措施。該方法所用的鋼板厚度約為3～4 mm，所占用的空間比較小，對空間使用和外觀裝飾不會產生太大影響，施工工期比較短，在許多工業廠房改造工程中得以運用。在施工過程中，首先，要對黏合面進行處理，要求表面清潔平整，并對鋼板進行除銹和打磨，露出金屬光澤，用丙酮擦拭干凈，其次，對構件進行適度卸荷，這樣可以緩解應力應變滯后的問題，按照規定進行結構膠配制，配制好后，涂抹在鋼板和混凝土表面上，厚度約為1～3 mm，中間厚邊緣薄，將鋼板粘在設計位置，最后進行固定支撐，適當加壓，保證固化的溫度和時間能夠滿足要求，通常情況下，如果在常溫狀態下，固化溫度應該保持在20 ℃以上，24 h 后可拆掉支撐，固定3 d 后可以受力使用，在此期間不能對鋼板進行擾動，通過合適的檢測方法檢驗最終的黏結效果，并按要求進行表面處理和保護[5]。

3.6 粘貼碳纖維布加固法

粘貼碳纖維布加固法是通過樹脂類膠結材料將碳纖維布粘貼在鋼筋混凝土結構表面，從而構建新的整體受力體系，可以有效提升結構抗剪能力或抗彎能力。這種加固方法充分利用了碳纖維布的優越性能，其具有強度高、厚度薄、質量輕、耐腐蝕等特點，不會增加截面尺寸和結構自重，環境適應性強，在各種結構類型、結構形狀工業廠房加固改造中均可適用，而且施工簡單方便，不需要大型的機械設備，占用場地較少，施工效率較高。運用該加固技術時，同樣要將鋼筋混凝土結構表面打磨平整、清理干凈，然后涂刷界面劑，這樣可以增強原結構面與碳纖維布的黏結力，等界面劑干燥后，根據設計要求涂刷黏結膠和碳纖維布。粘貼碳纖維布加固方法適用范圍比較廣，尤其是在面對曲面、節點等復雜情況時更能凸顯優勢，但耐高溫性能比較差，需要根據具體環境合理選用[6]。

4 結語

綜上所述，在工業廠房改造工程中，鋼筋混凝土結構加固是重要的工作內容，必須從全過程出發，綜合考慮技術、經濟、環境、管理等方面的因素，通過全面檢驗、優化設計、科學組織、規范施工，保證加固工程能夠滿足各方面要求，繼續發揮工業廠房的功能作用，實現資源的再利用。