建筑結(jié)構(gòu)加固方案設(shè)計(jì)研究

劉越超

（天津市武清區(qū)建筑設(shè)計(jì)所，天津 301700）

1 引言

眾所周知，我國是自然災(zāi)害多發(fā)的國家，有2/3的大城市處于地震區(qū)，歷次地震都在不同程度上對建筑物造成損壞。即使在正常情況下建筑物經(jīng)過長期使用亦有老化問題，建國以來全國共建成的各類建筑項(xiàng)目中 20世紀(jì) 90年代以后建成的占40 %左右，大部分建筑已進(jìn)入了維修期，為防止出現(xiàn)工程質(zhì)量事故問題而造成的巨大的財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡，我們就需要對一些建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固。

本文重點(diǎn)對建筑結(jié)構(gòu)加固的方案及應(yīng)用技術(shù)展開分析討論，以期從中找到可靠有效的加固技術(shù)方案及其應(yīng)用管理經(jīng)驗(yàn)，并以此和廣大同行分享。

2 建筑結(jié)構(gòu)加固概述

2.1 結(jié)構(gòu)加固的基本原則

（1）結(jié)構(gòu)經(jīng)可靠性鑒定需要加固時(shí)，必須進(jìn)行加固，加固的范圍可以是整體房屋，亦可是指定的區(qū)段或特定的構(gòu)件。

（2）加固設(shè)計(jì)應(yīng)考慮施工方便且可行的施工方法。對于混凝土結(jié)構(gòu)，宜提高一級強(qiáng)度等級，并加強(qiáng)構(gòu)造和連接措施等，以保證原結(jié)構(gòu)與新混凝土協(xié)同工作。

（3）由于高溫、腐蝕、凍融、振動等原因造成的結(jié)構(gòu)損壞，加固時(shí)應(yīng)采取減小、抵御或排除上述不利因素影響的對策，保證加固后的結(jié)構(gòu)安全可靠，正常使用。

（4）結(jié)構(gòu)加固應(yīng)盡量考慮經(jīng)濟(jì)效果，盡可能做到在不停產(chǎn)的條件下加固，盡量不損傷原構(gòu)件和減少構(gòu)件的拆除，能夠使用的應(yīng)當(dāng)保留。

（5）加固過程一定要注意安全，若發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)構(gòu)造有嚴(yán)重缺陷，應(yīng)立即停止施工，待消除隱患后方能繼續(xù)。

2.2 加固方案選擇的注意點(diǎn)

（1）選擇加固方案要考慮施工安全、效果可靠、經(jīng)濟(jì)性好，而且施工要簡單，工期盡量短。一般的加固工程都能做到效果可靠，但往往會忽略其人員施工安全、技術(shù)合理、經(jīng)濟(jì)性等方面的不足，造成施工人員安全系數(shù)低，施工工期長，工藝復(fù)雜，或者是出現(xiàn)不必要的浪費(fèi)。

（2）加固方案要在滿足加固本身的要求上，多考慮使用新技術(shù)、新材料、新工藝。隨著當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的飛躍發(fā)展，先進(jìn)的技術(shù)、材料、工藝都能使加固方案達(dá)到事半功倍的效果，比如近幾年興起的復(fù)合材料加固法。所以一個(gè)優(yōu)秀的加固方案不但要在性價(jià)比、性能比上下功夫，還要體現(xiàn)其工藝技術(shù)的先進(jìn)性和科學(xué)性。

3 建筑結(jié)構(gòu)加固技術(shù)設(shè)計(jì)應(yīng)用探討

3.1 混凝土梁、板加固的設(shè)計(jì)

3.1.1 混凝土梁、板承載力不足的原因及表現(xiàn)

梁、板承載力不足，是指梁、板的承載力不能滿足預(yù)定的或新的使用要求，必須經(jīng)過補(bǔ)強(qiáng)加固，才能保證構(gòu)件的安全使用。承載力不足的外觀表現(xiàn)是構(gòu)件的撓度偏大，裂縫過多、過寬、過長，鋼筋嚴(yán)重銹蝕或受壓區(qū)混凝土有壓碎跡象等。引起梁、板等受彎構(gòu)件承載力不足的主要原因有以下幾個(gè)方面：

（1）施工方面原因。鋼筋少配或誤配；截面尺寸不滿足設(shè)計(jì)要求；施工中，材料使用不當(dāng)或失誤；混凝土強(qiáng)度等級不滿足設(shè)計(jì)要求；施工工藝不按規(guī)范執(zhí)行。

（2）設(shè)計(jì)方面原因。計(jì)算簡圖與梁、板實(shí)際受力情況不符合；荷載漏算、少算。

（3）使用方面原因。使用過程中嚴(yán)重超載；使用功能的改變；使用過程中擅自拆除或破壞承重構(gòu)件且不進(jìn)行加固處理。

3.1.2 混凝土梁、板加固的方法

（1）增大截面加固法。增大截面法，是指在原受力構(gòu)件的單側(cè)或雙側(cè)澆注一層混凝土來增大原混凝土構(gòu)件的截面面積，同時(shí)加配一定數(shù)量的鋼筋以達(dá)到提高原構(gòu)件承載能力的方法。

增大截面法的加固效果與多種因素有關(guān)，如原結(jié)構(gòu)在加固時(shí)的應(yīng)力水平，新舊混凝土共同工作情況，結(jié)合面的構(gòu)造處理，材料的性能；而加固時(shí)的施工工藝以及是否對原結(jié)構(gòu)進(jìn)行卸荷處理將直接影響到加固工作的成敗。

（2）黏貼加固法。黏貼加固法是用黏結(jié)劑（結(jié)構(gòu)膠）將鋼板或其他高強(qiáng)材料（如碳纖維、玻璃纖維）黏在需要加固的部位，以提高構(gòu)件的抗彎、抗剪承載能力，亦可提高構(gòu)件的剛度和整體性。該方法始于20世紀(jì)60年代，它不僅用于建筑，同時(shí)也用于橋梁、公路的加固。

（3）增補(bǔ)受拉鋼筋法。對于承載力要求增加不大、經(jīng)驗(yàn)算其截面高度滿足要求的梁，只須適當(dāng)增設(shè)受拉主筋即可。后補(bǔ)的鋼筋可以直接焊在原梁的鋼筋上。增補(bǔ)受拉鋼筋法可分為全焊接補(bǔ)筋和半焊接補(bǔ)筋和黏結(jié)法三種。

3.2 混凝土柱的加固

3.2.1 鋼筋混凝土柱常見問題及原因分析

一般來說，柱子的破壞往往是突然的，破壞之前的征兆不明顯，屬脆性破壞。

（1）混凝土柱破壞特征。鋼筋混凝土柱受力后的破壞形態(tài)可分為受壓破壞（包括軸心受壓破壞和小偏心受壓破壞）和受拉破壞即大偏心受壓破壞。

（2）混凝土柱承載力不足的原因。在實(shí)際工程中，引起鋼筋混凝土柱承載力不足的原因多種多樣，主要有如下幾種：設(shè)計(jì)考慮不周或失誤；施工質(zhì)量低劣；施工管理混亂，現(xiàn)場組織無序，質(zhì)量自保體系等失效；施工技術(shù)人員業(yè)務(wù)水平低下，不能正確理解設(shè)計(jì)人員的意圖，不能讀懂圖紙；地基沉降不均勻；建筑物使用功能改變；意外災(zāi)害，如火災(zāi)或遭外力碰撞等。

3.2.2 混凝土柱的加固方法

了解了混凝土柱的破壞特征后，應(yīng)根據(jù)柱子外觀表現(xiàn)、現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果以及室內(nèi)的工作結(jié)果，判明混凝土柱破壞的原因，從而采取各種不同的加固方法，及時(shí)對受損壞的混凝土柱進(jìn)行加固處理。

（1）增大截面法。增大截面法又稱外包混凝土加固法，是一種使用最廣泛的加固柱子方法，在條件允許的情況下，是一種最可靠的傳統(tǒng)加固方法，它可以同時(shí)增加原有柱的截面面積和配筋量，能較大幅度的提高原有柱的承載能力和剛度，尤其是原柱加固后更符合規(guī)范所倡導(dǎo)的強(qiáng)柱弱梁的設(shè)計(jì)原則，具有更好的抗震性能。

（2）外包鋼加固法。所謂外包鋼加固，就是在混凝土的四角或兩面包以型鋼的一種加固方法，它的優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)件的截面尺寸增加不大，但原柱的載力能力提高較大，這種方法特別適用于構(gòu)件外形受限制，不宜增加太多的情況。對于方形或矩形柱采用四周包角鋼并在橫向加綴板的方法，而對于圓柱或其它弧形柱則用扁鋼加套箍的方法進(jìn)行加固。

（3）置換加固法。置換法是一種針對柱子混凝土部分進(jìn)行處理而提高承載力的方法，采用這種方法時(shí)一般不考慮原鋼筋利用率的折減。該方法普遍用于混凝土柱因火災(zāi)或其它破壞而導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度下降引起柱承載力不足的情況。

（4）預(yù)應(yīng)力撐桿加固法。預(yù)應(yīng)力撐桿加固框架柱是種簡單又快速的加固方法，能有效地提高軸心受壓或偏心受壓柱的承載力，預(yù)應(yīng)力撐桿有單側(cè)和雙側(cè)兩種：單側(cè)撐桿適用于受壓筋配筋量不足或混凝土強(qiáng)度過低、彎矩不變號的偏心受壓柱加固；雙側(cè)撐桿適用于需變號的偏心受壓及軸心受壓柱加固。

4 結(jié)束語

建筑結(jié)構(gòu)加固工程是一個(gè)相對年輕的土程學(xué)科分支，隨著建筑工程業(yè)的發(fā)展，尤其是向著更大、更高和環(huán)境條件更復(fù)雜的方向發(fā)展，還有許多理論和實(shí)踐問題以待解決，比如，對建筑結(jié)構(gòu)工程加固方案進(jìn)行評價(jià)的問題越來越得到科研工作者和工程技術(shù)人員的重視。本文在此基礎(chǔ)上對結(jié)構(gòu)加固工程方案評價(jià)方法進(jìn)行了研究和探討，對于建筑結(jié)構(gòu)加固技術(shù)的應(yīng)用具有一定借鑒和指導(dǎo)意義。

1 張有才.建筑物的檢測、鑒定、加固與改造［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1997

2 文明才.建筑結(jié)構(gòu)加固技術(shù)及發(fā)展趨勢［J］.湖南城市學(xué)院學(xué)報(bào)，2003（14）：40～41

3 袁 浩.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)優(yōu)化研究［D］.長沙：湖南大學(xué)，2000