鋼筋混凝土建筑結構加固改造技術及其在工程中的應用

彭小龍（四川省西南建科建筑工程技術有限公司，四川 成都 610000）

在建筑工程加固改造施工中，為了保證施工質量、節約工程施工成本，通常會采用鋼筋混凝土結構進行建筑的加固改造設計。此種加固結構具有如下優點：能夠有效降低施工成本；能夠保證建筑結構安全，避免由于建筑體系結構失穩造成的安全事故[1]。鋼筋混凝土結構加固改造技術應用在我國建筑工程中有著廣闊發展前景，隨著人們生活水平的不斷提高，對鋼筋混凝土建筑結構加固改造技術也提出了更高的要求[2]。與此同時，人們對建筑安全意識越來越強，越來越多的建筑開始以鋼筋混凝土技術作為支撐，下述將以某建筑工程為例，對其加固改造施工方法的應用展開設計研究。

1 工程實例

所選的建筑工程項目為某地區大型辦公建筑，針對此建筑的擴建施工，擴建方案設計中，業主方提出了對新建結構形式的優化設計，即提出了將建筑一樓改為大廳，因此，需要增加此部分結構的層高，并根據設計需求對其進行封閉處理[3]。為確保設計后該建筑具有足夠的穩定性與安全性，需要在此部分結構使用框架柱進行增層加固。加固前，對既有建筑工程結構的概況進行分析，見表1。

表1 既有建筑工程結構概況

由于本項目是在一個新項目即將竣工時實施的，且業主的使用需求發生變化，致使原有結構無法達到強度要求，因此，需要對其進行加筋加固。

2 鋼筋混凝土建筑結構加固改造

2.1 增加建筑結構橫截面加固面積

為實現對鋼筋混凝土建筑結構的加固處理，采用增加截面加固面積的方式實現。通過增加結構構件的配筋率，在原有鋼筋混凝土建筑結構的基礎上，外疊澆新的鋼筋混凝土材料，以此擴大原有結構的截面面積，進一步提升結構承載力，同時，也能夠進一步降低結構長細比[4]。由于其施工工藝簡單，這種加固方法可以廣泛應用于梁、柱等各種鋼筋混凝土結構構件的加固環節。根據工程實際情況，以及鋼筋混凝土結構的受力特點、薄弱環節、加強目標等特點和需要，可以設計成一側、兩側、三側或四面同時增加[5]。除此之外，還可采用單邊或兩邊加大的受力或受壓邊加強的偏心受力混凝土柱子，采用四邊外包法進行加固。在加固中，以增加截面為主的構件還應配置合適的結構筋，以滿足擴大截面的正常使用要求。同時，為提高混凝土配筋的耐久性和使用性能，還應加強以增筋為主的結構，并根據新增鋼筋的間隔和保護層等構造措施，在原有構件的斷面上適當增大[6]。在結構補強工程中，新舊鋼筋和混凝土應采用牢固的連接和黏結措施，新建的結構通常采用強度在C20以上的普通混凝土，如有需要，可采用鋼板、型鋼等替代。

軸向受壓混凝土構件的失效主要是因為舊構件的混凝土在壓縮變形極限時出現開裂，而新添加的混凝土承擔了所有的荷載，但新添加的混凝土由于自身的承載力有限，后期容易出現開裂[7]。在這種情況下，新添加的鋼筋和水泥不能充分發揮其強度，而原有的鋼筋和混凝土的強度都達到設計要求，當加固后的構件處于極限狀態時，新加的混凝土和鋼筋的應力將會受到很大的影響。

2.2 增設外粘型鋼加固結構

在增加建筑結構橫截面加固面積后，還可通過增設外粘型鋼加固結構的方式實現加固。圖1 為針對三種不同截面的外粘型鋼加固結構增設形式。

圖1 針對三種不同截面的外粘型鋼加固結構增設形式

采用外粘型鋼加固方法，在不改變原結構截面尺寸的情況下，其承載力和延性得到了明顯的改善。同時，這種加固方式由于潮濕作業少、工期短、施工簡單等優點，可廣泛應用于各種鋼筋混凝土結構，如梁、柱等。一般情況下，干式外包鋼是在原有的部件外面直接用型鋼包裹，或者在里面填充水泥砂漿，但是剪切力不能通過黏合表面進行有效的傳遞[8]。由原有結構和干式外包鋼架各自承擔不同的荷載，所以在進行結構加固時，應先將原構件與外包鋼結構的受力比例分配，然后再對其進行強度校核，最后再進行鋼架結構的設計。盡管干式外包鋼的加固方法相對于濕式法更加簡單，但其加固效果不如濕法。濕式外包鋼補強是指在原有構件和型鋼之間留出一定的空間，并填入能有效傳遞剪切力的填料，如灌環氧砂漿、乳膠水泥漿、細石粉等，從而將兩者結合在一起，確保兩者共同發揮作用，實現對鋼筋混凝土結構的加固。

2.3 鋼筋植入

針對鋼筋混凝土結構的受力特性，對需要植筋的混凝土構件進行定位，然后通過鉆孔、清孔、注入鋼筋膠、插入鋼筋等工序，使鋼筋與混凝土牢固地結合，從而達到整體的受力效果。圖2 為鋼筋植入的基本流程圖。

圖2 鋼筋植入的基本流程圖

在混凝土結構上植筋，只需在植筋部位進行鉆孔，無須進行大量的開挖作業。同時，采用化學錨固劑可以確保鋼筋與混凝土的黏結，減少了對原有構件的損傷，減少了結構加固的工作量。植筋膠對鋼筋的錨固是依靠其黏結材料的錨固力，而非通過與基材的摩擦和脹壓產生的力，從而使錨桿與底板間的錨固是有效的，而在加強后，則是由植筋所引起的黏結強度及機械咬合力來承受。隨著鋼筋埋入深度和較高的混凝土強度，邊距減小對承載力降低的作用較小。

3 實例分析

嚴格控制建筑質量可以有效減少安全事故隱患，隨著建筑行業的規模不斷擴大，在建筑行業中使用鋼筋混凝土工程結構材料越來越多。以上述工程項目為例，建筑加固立面圖如圖3所示。

圖3 建筑加固立面

在本文提出加固技術的基礎上，設計施工中，使用粘貼纖維增強復合材料的方式進行結構的進一步加固設計。通過將此材料與鋼筋混凝土技術融合的方式，提高結構的抗彎承載力和抗剪承載力，從而達到加固建筑物的目的。

在此項目進行加固改造之前，根據該建筑的用途與功能，結合既有建筑的施工進展，并經過多次的計算、核定和經濟等多方面的對比，設計如下所述的工程施工方案：使用粘貼碳纖維布進行建筑結構加固，在一層框架柱上應用外包鋼的方式進行加固。

在建筑加層設計中，如果采用鋼筋混凝土梁、板，雖然比玻璃幕輕鋼結構成本更低，但由于自身重量和結構荷載的整體增大，所以按照規范核定不能滿足設計要求，而且采用混凝土梁、板加層施工周期過長。此外，業主對建筑的自然光線有更高的要求，希望建筑在投入使用后可以盡可能地利用自然光線。因此，在目前的基礎承載力條件下，采用玻璃幕輕鋼結構進行框架柱抬升加固，既是一種更合理的方案，又能充分滿足業主的使用需求。

在建設初期，對場地的位置進行分析，結果表明，場地內的地質構造具有較好的均勻度，因而具有較高的承載力。整個加固方案的要點是：在加固區域內，基礎的對稱寬度要增大300mm，而臺階的高度也要相應提高。在實際拓寬過程中，還應加強基礎層的地基建設，加強后的加強部位及擴展區域的鋼筋結構應進行焊接。

在加固和改建時，應將柱身的縱筋插入基礎的錨固中，同時，對應立柱的縱向鋼筋必須插入到地基的錨固中，其上端通常要貫穿于地面，與柱腿相連，確保結構形成一個相對穩定的整體。

按照規范完成此工程的加固施工后，在加固作業面進行承載力檢測，以證明按照本文設計的方案進行建筑結構加固改造施工后，該工程具有較高的穩定性與安全性。對比加固前后作業面測點的承載力，其結果見表2。

表2 加固前后作業面測點的承載力/kPa

4 結語

（1）根據表2加固前后作業面測點的承載力對比結果可知，加固后測點承載力大于加固前測點承載力。結果表明，本文所提出的加固施工方案在實際中取得了良好的效果，將其用于建筑工程的加固施工，能有效地改善結構的承載能力。

（2）綜合本次研究，總結本文設計的方法在實際應用中的優勢：①可以保證加固后的建筑具有極高的安全性；②施工中的材料滿足可循環使用等環保需求；③可根據建筑物的實際情況進行改造與調整；④施工周期短，可以實現快速施工；⑤能夠適應我國城市不斷擴大發展的要求。