鋼筋混凝土結構加固設計分析

仇新剛

（深圳中建院建筑科技有限公司，廣東深圳518063）

1 鋼筋混凝土結構加固概述

鋼筋混凝土結構是由鋼筋和混凝土組成的承重構件組成的主體，其功能是在工程壽命周期內通過骨架傳遞和抵抗內外力的各種影響。目前，我國建筑業逐漸開始重視建筑維護，相關數據表明，使用各類加固方法恢復或提高原始建筑結構的承載力，與改建或重建相比，會獲得更高的經濟效益。

2 鋼筋混凝土結構的加固設計

2.1 設計一般過程

各種工程的鋼筋混凝土結構加固設計過程如圖1 所示[1]。

圖1 設計過程圖

2.2 常用建筑加固方法

2.2.1 間接加固法

壓縮水平均衡桿和添加支撐是間接加固方法中被廣泛使用的2 種方法?？紤]到混凝土構件易發生彎曲變形的特性，通常使用預應力水平錨桿或添加額外支撐點提高結構的強度和耐久度。該方法簡單可靠，適用于加固橫梁和地板等水平構件，具有廣泛的應用范圍，其主要是通過增加支撐點減小結構的計算跨度，從而分擔原結構受到的外部荷載。

2.2.2 增大截面法

為了增強構件的承載能力，需要提高截面原始結構各方面的性能，通過增加混凝土構件的橫截面面積并植入主筋，可以提高原始混凝土結構的承載能力。這種加固方法的優點是加固材料種類繁多，加固技術要求低，適用范圍廣。

2.2.3 外包鋼加固法

外包鋼有2 種加固方法：一種是外包鋼板加固；另一種是外粘貼鋼板加固。外包鋼板加固方法是指橫向用箍板或螺栓套箍將鋼構件整體連接到原始結構外部的加固方法，與原結構形成一個整體，從而提高原始構件的承載能力。外包鋼結構可以完全或部分替代原始構件，以達到加固的目的。如果使用化學灌漿粘貼鋼板，則型鋼的表面溫度不宜超過60℃。如果環境中存在腐蝕性介質，則必須采取可靠的防護措施以提高其耐用性。

2.3 結構加固基本原則

2.3.1 先鑒定后加固

進行結構加固之前，需要檢查現有的建筑結構并評估其可靠性，了解結構的材料特性和結構破壞程度，并對結構的現有受力狀態和結構的維護水平進行分析，再有針對性地選擇相應的加固方法。

2.3.2 經濟效益指標

進行結構加固方案比較時，應將加固方案的經濟效益作為方案比選的重要指標之一。所以，在確定鋼筋混凝土結構的配筋率時，有必要在保證建筑物各方面性能的前提下，降低建筑物的加固成本。

2.3.3 合理選擇加固方案

在實際工程中，應根據具體情況，結合一個或多個方案進行加固施工，因此，應在準確把握各種加固技術優缺點的基礎上做好以下工作，確保加固設計的科學性：首先，對鋼筋混凝土結構建筑進行全面分析，確定建筑需要的加固強度，分析施工工期、加固施工帶來的影響以及相關的施工費用等；其次，根據需要加固的結構的特點，科學確定加固工藝。

2.4 材料選擇原則和有關性能參數的取值

加固原材料的選用往往應遵循以下原則：水泥一般選用強度等級不低于32.5 級的普通硅酸鹽水泥；混凝土強度等級應高于原結構構件，并且不低于C20；加固用冷凝材料中不得摻雜粉煤灰、火山灰和爐渣等。對于用于加固材料的各種原材料，在設計過程中選擇其強度等性能參數，其取值一般應符合如下規定：當原結構構件中有相同材料時，按其設計值確定其取值；若原結構中沒有相同材料，按現行相關規范確定取值。

3 結構加固的實際應用

3.1 工程概況及加固要求

某商業建筑新建部分幾近完工，但業主將1 層的中庭庭院改成室內展示室，因此，該工程成為擴建工程。由于需增加部分層高并進行封閉，因此，主要采用粘貼碳纖維布、壓力注膠粘鋼、外包型鋼或加大截面等方案對部分影響范圍內的框架柱做增層并加固。新增加的結構將通過植筋方式與原有結構連接。

業主需要將該建筑中央部分原有庭院進行加層并封閉，以滿足使用功能的需要。中庭四周部分框架柱由現有高度-0.700m 升至4.350m，頂部由4.350m 升至8.850m，增加輕鋼結構玻璃幕采光屋面。

3.2 加固結構設計

3.2.1 荷載確定方法

根據GB 50367—2013《混凝土結構加固設計規范》（以下簡稱《規范》）第A.0.2 條及第A.0.3 條，對于已有建筑物的結構荷載標準值，應依據既有結構的實測構件尺寸及其材料的單位自重標準值計算確定。根據《規范》第A.0.8 條，在對既有結構進行加固補強的設計驗算時，應修正其基本風壓、雪壓及露面的活載標準值，并根據《規范》查取其修正系數。根據前述，本建筑物在加固改造后使用年限的目標為50 年，查取規范，其各項修正系數如表1 所示。中庭封閉結構的荷載標準值根據GB 50009—2012《建筑結構荷載規范》取值。

表1 各項修正系數

3.2.2 加固方案的確定及加固措施

經過整體計算和對構件驗算后的數據表明，原設計基礎足以承受加層的荷載，但是增層部位以下的各層框架柱和梁不能滿足新設計的要求。因此，需采用增加每個支柱層的橫截面積，外包型鋼或粘貼碳纖維布等方式對柱和梁截面的剛度和配筋進行加固。

3.2.3 框架柱加固設計

根據原設計文件，該項目使用了中國建筑科學院的SATWE 多層高層建筑結構空間分析程序，在現場對混凝土結構的幾何尺寸和混凝土強度等級進行計算和分析。根據鋼筋混凝土柱在加固前的軸壓比確定在加固設計中是否應增加構件的截面面積。經試驗計算，增加層數后，框架柱的軸壓比均小于1，可不增加截面面積。

作為升級改造項目，在該建筑的加固設計中，采用外包型鋼加固法加固地下室鋼筋混凝土柱較粘貼碳纖維加固法更為經濟實用，但對構件界面尺寸增大較多，為了確保加固后的結構不影響整體裝修效果，建議采用碳纖維加固法。除中庭周圍采用碳纖維加固法外，第一層加固柱其他部分采用外包鋼構架加固法。

4 結語

建筑結構會受到自然因素的長期影響，其堅固性會隨著時間而減弱，因此，需要針對建筑結構的實際情況選擇合理的加固技術對其進行加固。本文對現有鋼筋混凝土結構加固方法和要求進行分析，希望能為保證建筑物的使用安全，延長建筑物的使用壽命提供借鑒。