既有建筑改造結(jié)構(gòu)體系加固原則與應(yīng)用研究

文/滑成 煙臺國泰建筑加固有限公司 山東煙臺 264002

既有建筑工程混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)明確加固設(shè)計(jì)的內(nèi)容和范圍，從整體上考慮結(jié)構(gòu)的整體性、牢固、構(gòu)造合理、連接可靠，適用經(jīng)濟(jì)，同時與實(shí)際施工方法緊密結(jié)合，采取有效措施，保證新增構(gòu)件和部件與原結(jié)構(gòu)連接可靠，共同工作。在具體加固方法上，要根據(jù)梁、板、柱、墻等構(gòu)件類型，分析其受力和損傷特點(diǎn)，采用合理的加固方法，做到安全、適用、經(jīng)濟(jì)、可靠。

1、既有建筑工程中混凝土加固設(shè)計(jì)的目的及原則

1.1 建筑工程中的混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)的目的

在社會發(fā)展過程中對具有歷史價值建筑的保護(hù)，建筑物材料老化、環(huán)境侵蝕等自然因素影響，設(shè)計(jì)失誤、施工不當(dāng)?shù)热藶檫^失，荷載加大、使用功能改變等，以及設(shè)計(jì)規(guī)范對安全度要求提高、安全儲備的要求提高等諸多原因，大量建筑物、構(gòu)筑物等工程的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度、變形或局部和整體的穩(wěn)定性等不能滿足要求，從經(jīng)濟(jì)性或文化保護(hù)的角度考慮，這些建筑不允許或不宜推倒重建，因此就需要對其進(jìn)行加固和修復(fù)。

對于既有建筑而言，其結(jié)構(gòu)需要延長使用年限、改變使用用途、改建、擴(kuò)建或出現(xiàn)安全隱患需要進(jìn)行加固、修復(fù)等，均應(yīng)對其進(jìn)行評定、驗(yàn)算或加固設(shè)計(jì)。建筑工程中混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)目的主要是通過對結(jié)構(gòu)或構(gòu)件進(jìn)行加固以提高結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的安全性、適用性、耐久性及抗災(zāi)害能力，提高結(jié)構(gòu)的安全度以減少事故的隱患，保證結(jié)構(gòu)滿足正常的使用要求。

1.2 結(jié)構(gòu)體系加固的原則

結(jié)構(gòu)加固是以提高或恢復(fù)建筑物結(jié)構(gòu)降低的或已喪失的可靠性,使其失去部分抗力的構(gòu)件或結(jié)構(gòu)重新獲得或大于原有抗力為目的,其主要包括如下內(nèi)容:提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力、通過增加結(jié)構(gòu)構(gòu)件剛度來降低荷載作用下的變形及位移、增強(qiáng)構(gòu)件穩(wěn)定性以降低結(jié)構(gòu)裂縫開展并改善其耐久性。對于需進(jìn)行加固的結(jié)構(gòu),應(yīng)依據(jù)相應(yīng)加固原則進(jìn)行加固。

結(jié)構(gòu)加固的一般原則包括以下幾點(diǎn):應(yīng)避免一些不必要的更換及拆除,如果設(shè)計(jì)時的安全儲備可以利用,通過修補(bǔ)就可以解決問題的不應(yīng)進(jìn)行加固,這樣可以避免加固中導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)受損加劇及新問題的出現(xiàn);若結(jié)構(gòu)存在損傷已對結(jié)構(gòu)安全造成影響,危及人民的生命財產(chǎn)安全,同時具有修復(fù)及保存價值或者相對拆除重建更加經(jīng)濟(jì)時,應(yīng)對其進(jìn)行加固;對于文物及一些有紀(jì)念意義、藝術(shù)價值及歷史價值等的建筑物,亦應(yīng)進(jìn)行修復(fù)和保存;應(yīng)對加固工作中可能會出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)傾斜、失穩(wěn)、坍塌以及過大變形等問題,在加固設(shè)計(jì)文件當(dāng)中提出相應(yīng)安全措施,同時要求施工單位嚴(yán)格執(zhí)行;未經(jīng)鑒定及許可的加固工程,加固后不得改變結(jié)構(gòu)的用途及使用環(huán)境。

2、加固技術(shù)及其應(yīng)用

2.1 直接加固法

2.1.1 增大截面法

在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固中,增大截面加固法是通過使用同種材料增大原結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面面積,進(jìn)而提高構(gòu)件的承載力及剛度的加固技術(shù),一般被用于軸心受彎、受壓、截面受剪、偏心受壓的構(gòu)件截面增大中,其應(yīng)用案例主要包括常見的柱、梁、板等。增大截面法是一種傳統(tǒng)的加固方法,具有技術(shù)成熟便于施工、可靠性強(qiáng)、適用面廣、對構(gòu)件抗力及剛度提升幅度大等優(yōu)點(diǎn)。截面加固法的應(yīng)用中,應(yīng)考慮整體結(jié)構(gòu),不可僅局限于局部的加大,以避免整體結(jié)構(gòu)局部薄弱層出現(xiàn)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(jié)構(gòu)自重,并且進(jìn)行鋼筋混凝土構(gòu)件的加固時,現(xiàn)場的濕作業(yè)工作量較大,且養(yǎng)護(hù)期也較長,會對建筑物的使用帶來一定影響。

2.1.2 置換加固法

該法的優(yōu)點(diǎn)與加大截面法相近，其優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)件加固后能恢復(fù)原貌，不改變原使用空間；缺點(diǎn)是剔除舊混凝土的工作量大，易傷及原構(gòu)件的鋼筋，且濕作業(yè)時間較長；適用于受壓區(qū)混凝土強(qiáng)度偏低或有嚴(yán)重缺陷的梁、柱等混凝土承重構(gòu)件的局部加固。

2.1.3 外部粘鋼法

外部粘鋼加固法是指按照加固設(shè)計(jì)的要求,通過粘結(jié)劑將鋼板粘貼于混凝土或鋼結(jié)構(gòu)表面之上,使之共同工作的加固技術(shù)。該法具有施工便捷、取材容易的優(yōu)點(diǎn),可在幾乎不使構(gòu)建外觀及使用空間發(fā)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(qū)以提升高粱承載力,將鋼板粘于梁側(cè)還可提高梁斜截面的承載力。

2.1.4 外粘型鋼加固法

其優(yōu)點(diǎn)為受力可靠、能顯著提高結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的承載能力、對使用空間影響小、施工簡便且濕作業(yè)少；缺點(diǎn)是對使用環(huán)境的溫度有限制，且加固費(fèi)用較高；主要用于柱、桁架、梁和一般構(gòu)筑物的加固。

2.1.5 粘貼纖維材料法

隨著材料科學(xué)的發(fā)展,很多輕質(zhì)高強(qiáng)度的復(fù)合材料被應(yīng)用于結(jié)構(gòu)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(jié)材料在混凝土表面上粘貼纖維布,進(jìn)而達(dá)到對構(gòu)建的補(bǔ)強(qiáng)加固和改善結(jié)構(gòu)的受力性能的目的。與傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)的加固技術(shù)相比,粘貼纖維材料法具有高強(qiáng)高效、施工便捷、耐腐蝕和耐久性能極佳等明顯優(yōu)勢。

2.2 間接加固的方法

2.2.1 增加支承加固法

該法是通過減少受彎構(gòu)件的計(jì)算跨度，達(dá)到減少作用在被加固構(gòu)件上的承載效應(yīng)，提高結(jié)構(gòu)承載水平的目的；其優(yōu)點(diǎn)為受力明確、簡便可靠，且易拆卸、復(fù)原；其缺點(diǎn)是顯著影響使用空間；該法用于對使用條件和外觀要求不高的場所、搶險工程的臨時性支頂?shù)鹊牧骸濉㈣旒艿募庸獭?/p>

2.2.2 預(yù)應(yīng)力加固法

預(yù)應(yīng)力加固法是通過外加預(yù)應(yīng)力鋼拉桿或者型鋼撐桿進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固的方法。該法是通過對鋼拉桿或者型鋼撐桿施加預(yù)應(yīng)力,使其受力來影響和改變原結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布,降低結(jié)構(gòu)原有的應(yīng)力水平,較好消除普遍存在于一般加固法中的應(yīng)力應(yīng)變的滯后現(xiàn)象。預(yù)應(yīng)力加固法可促進(jìn)原結(jié)構(gòu)與后加部分較好地協(xié)同工作,顯著提升結(jié)構(gòu)總體承載力。該法有加固、卸載及改變結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布的效果,應(yīng)用于大跨度的結(jié)構(gòu)加固中,可對其他加固方法無法實(shí)施或者加固效果較差的高應(yīng)力應(yīng)變下的大型結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固。

結(jié)語：

對既有建筑進(jìn)行改造加固,要盡量避免大規(guī)模整改,以節(jié)省效益。在改造加固過程中,要對多種加固方法進(jìn)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。