既有建筑加固技術探討

1.引言

建筑結構改造與加固有效地延長了建筑物的使用壽命，增加了建筑的外觀美觀，且節省了費用資金，是建筑活動實踐中較為常用的技術。一些老建筑在改造和加固后重又煥發了活力，如由清華大學建筑設計研究院支持進行的中國美術館改造裝修工程，可謂既有建筑改造的典范之作。在結構加固領域，歐美等發達國家已逐步演變上升為融材料、化工、機械、結構等為一體的專項學科，我國與之相比有較大差距。

2.既有結構加固方法的優缺點分析：

我國在建筑結構加固方面一般采用傳統的混凝土結構加固方法，主要有：

（1）加大截面加固法：通過加大構件的截面面積以提高其承載能力和滿足正常使用要求。其間可輔以化學植筋錨固技術和免振混凝土技術，其方式有：外包柱、疊合梁、疊合板、夾板墻。其優點是：適用范圍廣，可用于混凝土結構梁、板、柱及砌體磚墻的加固；施工技術要求低；工程造價低。其缺點是：施工周期長，施工作業對周邊環境干擾和污染較大；加固后構件幾何尺寸和自重增加，影響建筑的美觀，且明顯減少了建筑的有效使用空間；屬被動加固技術，加固部分存在截面存在應力、應變滯后情況。

（2）粘鋼或包鋼法：多用于混凝土結構，是一種在構件表面粘貼鋼板加固方法。目前多采用濕式施工工藝，即使用結構膠將型鋼或鋼板粘貼到混凝土結構構件的表面，通過約束作用和兩者共同工作提高其承載能力和變形能力，其間常輔以化學錨栓技術。其優點是：應用廣泛，可用于混凝土結構梁、板、柱的加固和鋼結構加固；被加固構件截面和自重增加不大，不影響建筑效果；施工工期相對短，對周邊環境干擾較小。其缺點是：建筑結構膠屬高分子類建材，對室內環境有污染，不符合綠色環保發展趨勢；結構構件節點的加固處理不易實施；因加固使用鋼材，決定了其使用環境溫度不能過高，其表面需嚴格封閉或進行防腐、防火處理，且需定期檢查維護，施工費用和后期維護費用相對較高；施工工藝較復雜；亦屬被動加固技術，加固鋼材截面存在應力、應變滯后。

（3）粘貼纖維材料加固法：多用于混凝土結構，是近年從日本傳入我國的一種加固技術，其原理和方法類似于粘鋼加固技術，只是用碳纖維或玻璃纖維片材或板材以及配套樹脂替代鋼材和結構膠，充分發揮其材料高強度、高彈膜同時可塑性強的特性。其缺點是：貼纖維用樹脂屬高分子類建材，存在一定環境污染和長期老化問題，亦不符合綠色環保發展趨勢；纖維材料有易燃性的特征，不能在高溫環境施工，且后期維護仍較繁雜，費用較高；碳纖維布是導電體，對施工現場環境要求較高。

（4）增設耗能減震支撐法與體外預應力加固法：增設耗能減震支撐法與體外預應力加固法存在施工工藝復雜，技術難度大，施工周期長等缺點，其應用受到了限制。

（5）其他的加固法：如多層磚砌體鋼筋（絲）網水泥砂漿抗震加固，玻璃纖維水泥砂漿抹面與鋼絲網相結合等方法。鋼筋（絲）網水泥砂面層加固墻體，是在墻體表面設鋼筋（絲）網，再抹以水泥砂漿的修復加固方法，通過砂漿面層與原墻體及鋼筋（絲）網的粘接，可以較大幅度地提高墻體抗側剛度和強度，并提高其變形性能，既可以用于原墻體的加固，也可用于震后開裂墻體的修復和加固。由于采用普通水泥砂漿滲透性較差、圓面的鋼筋（絲）與砂漿的粘接力小、需要的抹灰層較厚，減小了建筑物的使用面積、鋼筋（絲）網的錨固工藝復雜，很多現場條件不容易實現等因素，極大地制約了這一加固方法的應用與發展。

3.高強不銹鋼絞線網-滲透性聚合物砂漿加固法：

高強不銹鋼絞線網-滲透性聚合物砂漿加固法是一種新型的加固法，鋼絞線是受力的主體，在加固后的結構中同鋼筋一樣受拉，滲透性聚合物砂漿其保護鋼絞線網的作用，并將其粘貼在原結構上，使鋼絞線網在任一截面與原結構變形協調。

3.1 加固材料性能：

高強鋼絞線型號為6*7+IWS，直徑3.05mm。作為主要的連接材料，滲透性聚合物面層砂漿具有滲透性好、粘接強度高、收縮性小等特點，同時易于機械噴涂或手工涂抹。實驗表明，滲透性聚合物面層砂漿7天的正拉粘接強度大于2.0MPa，壓縮強度大于40 Mpa，彎曲強度大于9.0 Mpa。且滿足耐久性及防火要求，施工后無需做面層，可直接在其表面進行表面涂裝作業。

3.2 加固原理：

高強不銹鋼絞線網-滲透性聚合物砂漿加固技術需要將被加固構件進行界面處理，然后將鋼絞線網片敷設于被加固構件的受拉區域，再在其表面涂抹聚合物砂漿。其中鋼絞線是受力的主體，在架構后的結構中發揮其高于普通鋼筋的抗拉強度作用；聚合物砂漿有良好的滲透性、粘接強度和密實度高，它一方面起保護鋼絞線網片的作用，同時將其粘接在原結構上形成整體，使鋼絞線網片在任一界面上與原結構變形協調，在結構受力時，通過原構件與加固層的共同工作，可以有效提高其強度和承載能力。

3.3 加固設計：

3.3.1 梁、板加固：

在梁、板構件的受拉區固定鋼絞線網片進行受彎加固時，梁底受拉區布置的鋼絞線方向應與加固的受力方向一致。采用高強鋼絞線網片對梁、板等混凝土構件進行受彎加固承載力計算時，除應符合現行國家規范鋼筋混凝土構件正截面受彎承載力計算的基本假定外，還應符合下列要求：

（1）達到受彎承載力極限狀態時，鋼絞線的拉應變應根據平截面應變保持屏幕的假定確定，但不應超過鋼絞線的允許拉應變；

（2）當考慮二次受力影響時，應根據加固時的荷載情況按平截面應變保持平面的假定計算加固前受拉區邊緣混凝土的初始應變；

（3）在構件達到破壞狀態前，鋼絞線與混凝土之間不發生粘接剝離破壞。

3.3.2 柱子加固：

加固柱所用鋼絞線網片同梁板。采用掛網方法對柱進行抗震加固時，主鋼絞線主受力方向應與柱軸相垂直。應優先采用封閉加固形式，也可采用U型加固、側面加固。

當對柱進行抗震加固時，鋼絞線網片在箍筋加密區宜連續布置。鋼絞線網片兩端應采用搭接或可靠性連接措施形成封閉結構，各網片搭接位置應相互錯開。

3.3.3 磚墻砌體加固：

采用鋼絞線網片對磚墻進行抗震加固時，鋼絞線方向應按水平和豎直方向同時進行。

3.4 優點分析：

（1）高強不銹鋼絞線網為鍍鋅鋼絲編織而成，抗拉強度高、不易生銹，且與砂漿的粘接力好；

（2）聚合物砂漿滲透性好；

（3）加固面層薄，不影響原結構的使用空間；

（4）施工操作簡便，周期短，不需要大型設備，施工干擾小；

（5）加固后結構自重增加不大，維護成本低，材料采用無機材料，耐久性、耐高溫性好，不污染環境，符合綠色環保的要求。

4.施工注意事項

應在5℃以上的環境溫度下施工，施工時應考慮環境濕度對乳液固化的不利影響。界面劑及聚合物砂漿的配制要嚴格按比例，按操作規程進行，攪拌器內不得有油污及雜質，應根據環境溫度和使用量決定攪拌量；鋼絞線為導電材料，施工時用注意遠離電器設備和電源，或采取可靠的保護措施；現場施工人員應采取相應的勞動保護措施。

5.結束語

綠色環保是當今建筑發展趨勢，建筑加固技術也應順應時代的發展潮流。廣大建筑設計、施工技術人員應牢固樹立綠色環保意識，深入研究，不斷提高，將更多的綠色環保技術應用到實踐工作中，為我國的建筑節能、綠色建筑發展作出應有的貢獻，為我國的節能減排和社會可持續發展貢獻智慧和力量。