既有建筑改造結構體系加固原則與技術應用

摘 要:本文討論了既有建筑改造結構體系加固的一般原則，并分析了包括增大截面法、外包鋼法、外部粘鋼法、粘貼纖維材料法、預應力加固法等在內的結構體系加固技術及其應用。

關鍵詞:既有建筑 改造 結構體系 加固

中圖分類號:TU74文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)11(c)-0023-01

1 結構體系加固的原則

結構加固是以提高或恢復建筑物結構降低的或已喪失的可靠性，使其失去部分抗力的構件或結構重新獲得或大于原有抗力為目的，其主要包括如下內容:提高結構構件承載力、通過增加結構構件剛度來降低荷載作用下的變形及位移、增強構件穩定性以降低結構裂縫開展并改善其耐久性。對于需進行加固的結構，應依據相應加固原則進行加固。

結構加固的一般原則包括以下幾點:應避免一些不必要的更換及拆除，如果設計時的安全儲備可以利用，通過修補就可以解決問題的不應進行加固，這樣可以避免加固中導致的結構受損加劇及新問題的出現;若結構存在損傷已對結構安全造成影響，危及人民的生命財產安全，同時具有修復及保存價值或者相對拆除重建更加經濟時，應對其進行加固;對于文物及一些有紀念意義、藝術價值及歷史價值等的建筑物，亦應進行修復和保存;應對加固工作中可能會出現的結構傾斜、失穩、坍塌以及過大變形等問題，在加固設計文件當中提出相應安全措施，同時要求施工單位嚴格執行;未經鑒定及許可的加固工程，加固后不得改變結構的用途及使用環境。

2 加固技術及其應用

2.1 增大截面法

在鋼筋混凝土結構加固中，增大截面加固法是通過使用同種材料增大原結構構件的截面面積，進而提高構件的承載力及剛度的加固技術，一般被用于軸心受彎、受壓、截面受剪、偏心受壓的構件截面增大中，其應用案例主要包括常見的柱、梁、板等。增大截面法是一種傳統的加固方法，具有技術成熟便于施工、可靠性強、適用面廣、對構件抗力及剛度提升幅度大等優點。截面加固法的應用中，應考慮整體結構，不可僅局限于局部的加大，以避免整體結構局部薄弱層出現重大事故。增大截面法也存在著一些弊端，如會在一定程度上降低建筑物使用空間、加大結構自重，并且進行鋼筋混凝土構件的加固時，現場的濕作業工作量較大，且養護期也較長，會對建筑物的使用帶來一定影響。

2.2 外包鋼法

外包鋼加固方法是在結構構件的四周進行加固的技術，分為濕式外包鋼法和干式外包鋼法兩類。濕式外包鋼法是于型鋼和原構件間使用乳膠水泥或者環氧樹脂等進行粘貼的方法，整體性較好，但濕作業量較大;干式外包鋼法的型鋼和原構件間無任何形式的粘貼，型鋼和原構件不可整體工作，只能彼此單獨受力;干式外包鋼法相對濕式外包鋼法施工更加簡便，但其承載力的提高不及濕式外包鋼法有效。外包鋼法能夠在基本不增加截面大小的前提下提升構件的承載力、延性及剛度，適用于混凝土柱、屋架、梁、磚窗間墻及煙囪等構件及構筑物的加固。該法具有施工速度快、加固效果好、現場工作量小等優點，但加固費用偏高。

2.3 外部粘鋼法

外部粘鋼加固法是指按照加固設計的要求，通過粘結劑將鋼板粘貼于混凝土或鋼結構表面之上，使之共同工作的加固技術。該法具有施工便捷、取材容易的優點，可在幾乎不使構建外觀及使用空間發生變化的條件下，大幅提升其承載力和使用性能。通常使用外部粘鋼加固法將鋼板粘在梁底的受拉區以提升高粱承載力，將鋼板粘于梁側還可提高梁斜截面的承載力。

2.4 粘貼纖維材料法

隨著材料科學的發展，很多輕質高強度的復合材料被應用于結構加固中，如碳纖維、芳綸纖維、玻璃纖維等。纖維合成材料是通過樹脂類的膠結材料在混凝土表面上粘貼纖維布，進而達到對構建的補強加固和改善結構的受力性能的目的。與傳統混凝土結構的加固技術相比，粘貼纖維材料法具有高強高效、施工便捷、耐腐蝕和耐久性能極佳等明顯優勢。

2.5 構造加固法

構造加固方法主要應用于砌體結構加固當中，包括設圈梁、構造柱、扶壁柱等多種方法，砌體結構構造加固主要目的是抗震。構造加固法是一種側重于整體性的加固技術，很難通過某一具體表達式對其計算理論進行概括，在規范中對采取構造要求形式。

2.6 預應力加固法

預應力加固法是通過外加預應力鋼拉桿或者型鋼撐桿進行結構加固的方法。該法是通過對鋼拉桿或者型鋼撐桿施加預應力，使其受力來影響和改變原結構的應力分布，降低結構原有的應力水平，較好消除普遍存在于一般加固法中的應力應變的滯后現象。預應力加固法可促進原結構與后加部分較好地協同工作，顯著提升結構總體承載力。該法有加固、卸載及改變結構應力分布的效果，應用于大跨度的結構加固中，可對其他加固方法無法實施或者加固效果較差的高應力應變下的大型結構進行加固。

2.7 增設支點法

增設支點加固法是通過增設支點降低結構的計算跨度，進而達到降低結構內力和提升其承載力的目的的加固方法，一般應用于板、梁、網架、桁架等水平結構的加固中，根據支撐結構變形性能可將其分為剛性支點、彈性支點兩類。剛性支點法是將荷載通過支承結構軸心受壓或受拉直接傳至基礎或者柱子等構件，支撐結構軸向變形遠小于被加固構件撓曲變形，因此可將其按照不動支點進行考慮，大大簡化內里計算;彈性支點法是將荷載間接地通過支撐結構受彎或者桁架作用傳遞的一種加固法，支撐結構與被加固結構變形屬于同一數量級，因此必須將支撐結構按照可動點彈性支點進行考慮，其內里分析較復雜。

2.8 其他加固法

與混凝土結構的加固相配套的其他加固技術有托換技術、裂縫修補技術、表面修復技術及植筋技術等，對提高結構的正常使用能力亦有較大幫助。鋼結構加固常用的有減輕荷載、組織裂縫擴展及改變計算圖形等加固方法。在條件成熟的前提下，無論哪種加固方法均可與其他加固方法共同起作用。

4 實例分析

如某煉鋼廠的廠房加固技術。此廠由于建設時間過長，再者規模擴大，廠房承重力增加，需要對廠房進行改造加固，以保證生產安全。經過對原廠房的設計結構進行評估鑒定，我們發現在原設計基礎上，可以進行改造，不需更換過多原件，只需在其原設計安全儲備的基礎上進行更新即可。首先，加固其承重力。該廠房由于房頂增加吊重機械，給承重帶來巨大的威脅，所以在其原承重基礎上，給予加固更新。其次，廠房由鋼結構上、下柱對接承重，如今增加設施，廠房高度不夠，給予升高改造，以下柱為主要目標，避免上柱承重力不足問題。所以在實際改造過程中，我們只通過運用預應力加固法，加固吊車梁及輔助桁架，增加承重，運用增設支點法，頂升屋蓋整體，提高高度即可完成改造加固。

5 結語

對既有建筑進行改造加固，要盡量避免大規模整改，以節省效益。在改造加固過程中，要對多種加固方法進行分析評價，以尋找較為合適的方法，做到既有工作效率，又能借鑒人力物力。

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