結(jié)構(gòu)加固技術(shù)在既有建筑改造工程的應(yīng)用研究

2024-04-17 04:19:41張永超

工程機(jī)械與維修 2024年2期

張永超

摘要：在既有建筑改造中合理應(yīng)用結(jié)構(gòu)加固技術(shù)，可有效實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性提升、建筑使用周期延長。在分析既有建筑常見結(jié)構(gòu)加固技術(shù)的基礎(chǔ)上，研究既有建筑結(jié)構(gòu)加固工程改造實(shí)施要點(diǎn)，結(jié)合工程實(shí)例，詳細(xì)論述了結(jié)構(gòu)加固技術(shù)在既有建筑改造工程的實(shí)際應(yīng)用過程，根據(jù)建筑實(shí)際改造要求建立對應(yīng)的改造措施方案，以達(dá)到建筑預(yù)計的改造目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)加固；既有建筑；改造原則；技術(shù)措施

0? ?引言

城市建設(shè)步伐的加快，新建高層建筑快速增加，對城市中心建筑密集區(qū)既有建筑的使用功能、外立面外觀、空間使用率等方面提出了更高標(biāo)準(zhǔn)的需求[1]。城市既有建筑為順應(yīng)城市建設(shè)腳步，更好的服務(wù)于人們生產(chǎn)生活，及時消除建筑使用隱患，應(yīng)進(jìn)行必要的功能結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、外觀方面的改造。

通過必要的結(jié)構(gòu)材料檢測、防震效果檢測等，參考檢測數(shù)據(jù)建立相匹配的結(jié)構(gòu)加固方案，合理應(yīng)用結(jié)構(gòu)加固技術(shù)，能夠達(dá)到新建筑的結(jié)構(gòu)功能、空間使用和外觀需求效果，保證建筑使用安全。

1? ?既有建筑常見結(jié)構(gòu)加固技術(shù)分析

1.1? ?截面擴(kuò)充加固技術(shù)

建筑外部截面擴(kuò)充加固技術(shù)是基于建筑常規(guī)混凝土構(gòu)件外立面結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，新增一層鋼混或型鋼架構(gòu)[2]。其施工實(shí)現(xiàn)原理是通過新增具有加固功效的建筑構(gòu)件截面和結(jié)構(gòu)構(gòu)件，使原有結(jié)構(gòu)材料同新增結(jié)構(gòu)材料建立擴(kuò)充截面的緊密連接，形成整體結(jié)構(gòu)受力，實(shí)現(xiàn)原有結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)和抗震效果提升的效果。

截面擴(kuò)充加固技術(shù)可在修復(fù)原有混凝土受損部位的基礎(chǔ)上，優(yōu)化單構(gòu)件截面抗壓、抗彎、抗剪效果，實(shí)現(xiàn)混凝土墻、梁、柱、板的加固，提升既有結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐久度和框體結(jié)構(gòu)承載性能。截面擴(kuò)充加固技術(shù)實(shí)施便捷、應(yīng)用性高、安全可靠、工藝成熟。缺點(diǎn)因是濕環(huán)境下施工，使得實(shí)施周期增加，并需占用大量既有建筑空間，會導(dǎo)致建筑自重增加。

1.2? ?混凝土替換加固技術(shù)

混凝土替換加固技術(shù)通過一系列技術(shù)手段，將既有混凝土建筑結(jié)構(gòu)中的低硬度、強(qiáng)度和承載力的混凝土替換為高硬度、強(qiáng)度和承載力的混凝土，通過提高受壓區(qū)混凝土材料性能，實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性提升[3]。該技術(shù)操作方便，混凝土重澆不會影響整體建筑結(jié)構(gòu)承重和尺寸，對建筑結(jié)構(gòu)中受損的板、梁、柱結(jié)構(gòu)應(yīng)用效果明顯，且實(shí)施投資費(fèi)用低。但其對結(jié)構(gòu)支撐和結(jié)構(gòu)拆卸施工要求標(biāo)準(zhǔn)高，整體實(shí)施工期偏長。

1.3? ?型鋼外包加固技術(shù)

型鋼外包加固技術(shù)是截面擴(kuò)充加固技術(shù)的延伸技術(shù)，通過在既有建筑鋼混結(jié)構(gòu)外新增一層角鋼、鋼板等型鋼構(gòu)件，實(shí)現(xiàn)建筑外部型鋼與內(nèi)部鋼混結(jié)構(gòu)形成穩(wěn)定連接，從而使既有內(nèi)部鋼混結(jié)構(gòu)設(shè)計受力性能明顯提升[4]。

其通過加裝灌注結(jié)構(gòu)粘結(jié)材料及錨栓，將外立面型鋼與內(nèi)部鋼混結(jié)構(gòu)形成穩(wěn)定相連，以實(shí)現(xiàn)建筑鋼混結(jié)構(gòu)優(yōu)化，使建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)成統(tǒng)一受力整體。與混凝土截面加固技術(shù)相比，型鋼外包加固技術(shù)更具穩(wěn)定性、占用空間少、實(shí)施工藝性更成熟。但鋼材使用量更高，受高溫施工環(huán)境局限，同時應(yīng)注意對型鋼的防火、防銹和防腐的處理。型鋼外包加固技術(shù)實(shí)施流程如圖1所示。

1.4? ?纖維粘貼加固技術(shù)

纖維粘貼加固技術(shù)是將纖維材料同既有建筑外立面結(jié)構(gòu)材料間形成穩(wěn)固粘貼連接，建立結(jié)構(gòu)整體受力關(guān)系，以實(shí)現(xiàn)既有建筑結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性提高的目標(biāo)。纖維材料本身具備防潮、防腐、輕質(zhì)、維修保養(yǎng)成本低等特征優(yōu)勢，可使纖維粘貼加固技術(shù)具有良好的應(yīng)用性。但應(yīng)用時需注意施工后的防火處置。

2? ?既有建筑結(jié)構(gòu)加固改造施工技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)

2.1? ?科學(xué)測算分析既有建筑固有結(jié)構(gòu)

應(yīng)通過前期勘測和既有結(jié)構(gòu)材料特性，測算分析既有結(jié)構(gòu)，合理預(yù)測同實(shí)際結(jié)構(gòu)的差異性。現(xiàn)澆樓板的翼緣寬度功能，彎矩同實(shí)際配筋彎矩的差別，既有梁截面受壓部位是否存在影響雙筋梁設(shè)計等因素，均應(yīng)借助測算分析，體現(xiàn)在施工設(shè)計方案中，形成項(xiàng)目加固鑒定報告[5]。參考鑒定報告，應(yīng)分析既有建筑環(huán)境變化、結(jié)構(gòu)構(gòu)件材料性能等因素。針對加固工程完工后既有建筑功能、布局附加額外負(fù)載方面，應(yīng)測算出是否可匹配既有建筑土體基礎(chǔ)支撐力。

2.2? ?協(xié)調(diào)建筑整體與局部的協(xié)調(diào)統(tǒng)一

既有建筑結(jié)構(gòu)改造項(xiàng)目中局部結(jié)構(gòu)加固改造較常見。應(yīng)從既有建筑整體出發(fā)實(shí)施局部結(jié)構(gòu)構(gòu)件的加固，綜合考量實(shí)施后對整體建筑結(jié)構(gòu)的影響。在應(yīng)用截面擴(kuò)充加固技術(shù)時，由于構(gòu)件截面增加會導(dǎo)致構(gòu)件剛性提升，使既有建筑整體受力發(fā)生改變，因此對應(yīng)的局部加固設(shè)計，應(yīng)完成整體結(jié)構(gòu)計算，防止局部加固后出現(xiàn)新的受力支撐薄弱位置[6]。尤其在加固技術(shù)應(yīng)用中，出現(xiàn)局部構(gòu)件載荷增加、局部結(jié)構(gòu)加層等情況時，應(yīng)考量是否影響既有建筑基礎(chǔ)沉降、承載等，是否不利于建筑整體結(jié)構(gòu)的安全性。

2.3? ?確定建筑結(jié)構(gòu)加固區(qū)域和加固技術(shù)

建筑局部加固施工設(shè)計中實(shí)施加固區(qū)域劃定時，還應(yīng)考量施工后載荷的力傳導(dǎo)路徑，保證其合理性。盡量使用既有建筑高性能儲備結(jié)構(gòu)構(gòu)件，確定最直接的力傳導(dǎo)路徑，并應(yīng)考量技術(shù)實(shí)施難度等因素[7]。

在選擇加固技術(shù)時，應(yīng)根據(jù)既有建筑實(shí)際結(jié)構(gòu)整體和構(gòu)件承載力等情況，確定合理的加固程度標(biāo)準(zhǔn)和最直接的加固方式，使新老結(jié)構(gòu)材料結(jié)構(gòu)形成穩(wěn)固連接。利用拆除和新裝載形成組合疊加構(gòu)件，建立二次受力結(jié)構(gòu)，達(dá)到既定建筑滿足荷載的加固目標(biāo)。

應(yīng)依據(jù)項(xiàng)目既有結(jié)構(gòu)情況、加固程度需求、構(gòu)件材料情況等因素，進(jìn)行加固技術(shù)性能、工藝性、經(jīng)濟(jì)性等對比，以確定最匹配的加固技術(shù)。如國單一加固技術(shù)難以滿足項(xiàng)目所需，應(yīng)考慮使用多種方式疊加的綜合加固技術(shù)。

3? ?工程概況

某既有建筑工程實(shí)施建筑結(jié)構(gòu)加固改造，建筑為8層結(jié)構(gòu)，即地下1層和地上7層結(jié)構(gòu)，建筑整體改造面積超過3000m2，建筑整體為磚混結(jié)構(gòu)，其中5～7層為待結(jié)構(gòu)加固改造樓層。

除此之外，建筑外立面防水結(jié)構(gòu)、排水系統(tǒng)及電氣構(gòu)件同樣需實(shí)施改造。本建筑工程地處施工位置密集區(qū)域，無法進(jìn)行分段加固作業(yè)，所以應(yīng)將加固工程實(shí)施整體施工，依據(jù)項(xiàng)目實(shí)際，最終選擇多種加固技術(shù)疊加的綜合加固技術(shù)完成既有建筑加固改造。

4? ?結(jié)構(gòu)加固技術(shù)在既有建筑改造工程的實(shí)際應(yīng)用

4.1? ?植筋加固技術(shù)應(yīng)用

本項(xiàng)目選擇型號為HRB335、PB235的鋼筋實(shí)施植筋加固。將鋼筋植入既有建筑鋼混結(jié)構(gòu)，控制鋼筋的植入直徑為既有鋼筋直徑的2～2.5倍之間，保證植入效果的堅固穩(wěn)定性。

鋼筋置入實(shí)施過程中，應(yīng)在保證施工場地清潔的基礎(chǔ)上，搭建植筋操作臺，裝配照明等設(shè)備。隨后進(jìn)行放線定位、鉆設(shè)植筋孔、鋼筋除銹、孔內(nèi)注膠等操作，以上作業(yè)完成并符合要求后，進(jìn)行正式的鋼筋植入施工。完成鋼筋植入作業(yè)后，還應(yīng)實(shí)施固化養(yǎng)護(hù)處理。植筋加固實(shí)施流程如圖2所示。

為保證鉆孔的實(shí)施效果，應(yīng)控制鉆孔深度偏差在5mm以內(nèi)，垂直度偏差在2?以內(nèi)。在孔洞內(nèi)完成灌膠后，實(shí)施鋼筋植入時，應(yīng)將鋼筋做順時針旋轉(zhuǎn)擰入，時長約為1～2min，然后做加固處理。鋼筋植入后應(yīng)避免外力作用，防止因結(jié)構(gòu)膠固定受破壞而影響作業(yè)效果。植筋加固操作過程中，應(yīng)合理調(diào)控錨孔內(nèi)徑、點(diǎn)位等參數(shù)，以保證鋼筋加固植入質(zhì)量。

4.2? ?混凝土噴裝加固技術(shù)應(yīng)用

在混凝土噴裝加固技術(shù)應(yīng)用前，應(yīng)保證作業(yè)場地搭建好平臺及噴裝作業(yè)位置清潔。通過必要的基面鑿毛、濕潤處理后，實(shí)施鋼筋綁扎及模板裝配支護(hù)作業(yè)。噴裝準(zhǔn)備完工后，實(shí)施混凝土噴射作業(yè)。后續(xù)應(yīng)做必要的保養(yǎng)處理，待保養(yǎng)時長和質(zhì)量達(dá)標(biāo)后，實(shí)施拆模操作。

混凝土噴裝加固前，應(yīng)先處理建筑表面裝飾層，鑿毛處理分灰縫，鑿毛剔除量應(yīng)控制在5～10mm間。控制高壓風(fēng)機(jī)出風(fēng)量大于9m3/min、氣壓在0.2～0.5MPa間，水壓控制低于0.15MPa。噴裝混凝土過程中，應(yīng)控制噴射間距在0.5～1m范圍，噴裝強(qiáng)度應(yīng)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

噴裝厚度應(yīng)根據(jù)建筑墻厚調(diào)節(jié)控制，并設(shè)定為低于墻厚20mm。混凝土凝固控制時，墻表面回彈率應(yīng)低于20%，初凝時長通常低于5min。通過應(yīng)用此混凝土噴裝加固技術(shù)方案，可有效提升建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和承載力。

4.3? 碳纖維粘貼加固技術(shù)應(yīng)用

粘貼加固作業(yè)時，應(yīng)保證操作溫度高于5℃，并對單位碳纖維布的長、寬和凈距做明確規(guī)定。本項(xiàng)目碳纖維布長300mm、寬100mm、凈距500mm。完成放線定位后，應(yīng)對混凝土外立面做找平清潔處理，然后刷涂樹脂層，進(jìn)而粘貼碳纖維片材和面料的刷涂固化養(yǎng)護(hù)。針對粘貼碳纖維材料出現(xiàn)的空鼓情況，可通過針管注膠法實(shí)施補(bǔ)救處置。

4.4? ?型鋼外包粘接加固技術(shù)應(yīng)用

在項(xiàng)目應(yīng)用型鋼外包粘接加固技術(shù)時，型鋼主要使用Q235B型無苯鋼材。緊固螺栓選擇M12或M8型，粘接技術(shù)選擇高壓無氣噴涂技術(shù)。型鋼外表粘接固化完成后，應(yīng)刷涂防火材料，并控制耐火極限高于2h。

型鋼外包粘接加固施工過程時，需先將型鋼構(gòu)件、鋼板及混凝土表面做打磨處理，然后在混凝土表面及鋼板做鉆孔處理，最后實(shí)施膠粘結(jié)加固。刷涂膠粘劑前，應(yīng)進(jìn)行配比試驗(yàn)，以確定最終膠粘劑配比。膠粘劑的刷涂厚度應(yīng)控制在2～3mm之間，避免厚度不達(dá)標(biāo)造成加固效果不好。粘接加固施工完成后，如在20℃以上環(huán)境，24h后即可拆卸粘接夾具和支撐。

4.5? ?外立面裂縫修復(fù)技術(shù)應(yīng)用

針對本項(xiàng)目的建筑外立面裂縫病害，根據(jù)施工方案，應(yīng)首先清潔建筑墻體表面障礙物，然后對裂縫實(shí)施注膠封堵，并驗(yàn)證裂縫封堵質(zhì)量符合工程要求。實(shí)際注膠封堵過程中，為增加裂縫修復(fù)效率，應(yīng)控制排氣嘴口與注膠位置間距約在30cm。針對縫寬大于1mm的裂縫，可適當(dāng)將間距增加調(diào)整至40cm以內(nèi)。

注膠封堵時，應(yīng)避免封堵排氣嘴下的裂縫點(diǎn)。完成建筑外立面墻體裂縫修復(fù)后，隨著注膠液的逐漸滲入，通過預(yù)留排氣孔嘴可緩慢將裂縫注膠內(nèi)部氣體清排[8]。如注膠過程中出現(xiàn)膠液溢出情況，證明注膠液已滿注，應(yīng)立即停止膠液的注入，以防止膠液的回流現(xiàn)象。在外立面墻體裂縫修復(fù)施工完成后，墻體裂縫病害都已解決，交付使用1年后，工程評價未出現(xiàn)裂縫復(fù)發(fā)。

5? ?結(jié)束語

區(qū)別于常規(guī)新建建筑施工，既有建筑的結(jié)構(gòu)加固改造是通過合理應(yīng)用結(jié)構(gòu)加固技術(shù)，實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)性能的一次性提升和缺陷的一次性補(bǔ)強(qiáng)。

應(yīng)根據(jù)建筑項(xiàng)目實(shí)際情況，在科學(xué)選擇結(jié)構(gòu)加固技術(shù)的前提下，依據(jù)施工標(biāo)準(zhǔn)和工藝特征等保證既有建筑加固改造效果，以實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和使用壽命的有效提升。

本文闡述常見既有建筑常見結(jié)構(gòu)加固技術(shù)實(shí)現(xiàn)原理，分析既有建筑結(jié)構(gòu)加固技術(shù)施工設(shè)計要點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際施工案例，并細(xì)致討論結(jié)構(gòu)加固技術(shù)在既有建筑改造工程的實(shí)際應(yīng)用，形成具體的建筑改造實(shí)施方案，并最終達(dá)到了建筑設(shè)計改造目標(biāo)。

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