建筑物改造中結構加固設計的研究與實踐

馬幀

摘 要 改造建筑物的目的是進一步強化實用性能，在建筑的改造中使用加固技術可以令建筑安全和穩定性得到顯著提升，因此需做好改造過程中的結構加固設計，本文對此作了簡要分析，希望對相關單位具有一定參考價值。

關鍵詞 建筑物改造;結構加固;研究實踐

前言

現如今有許多高校在用的教學樓或宿舍樓修建年代久遠。人為損害和自然災害等會逐漸削弱建筑物的結構穩定性，甚至會發生結構破壞，嚴重威脅內部人員的生命安全。本文以廣州某醫科大學結構加固項目為例，對結構加固設計進行簡單的分析。本項目立案原是為了進行消防改造，但在改造過程中發現，原有老舊建筑的結構構件已出現不同程度的損壞，抗震性能亦不滿足現有結構規范要求，故而需要進一步強化原有建筑物的結構穩定性。此時結構加固設計就顯得非常重要。

1建筑物改造中結構加固設計分析

1.1 結構加固后的受力分析

相較于未加固的結構，經過加工處理的結構在受力上表現出了以下兩種受力特點：第一，由于經過加固處理的結構屬于二次組合結構，新舊結構之間需要同時受力且保持協調。令二者保持協調的關鍵處理方法是接觸面的施工，一般在強度上接觸面的混凝土要比原有結構低，因此，這也就決定了組合結構的承載能力要比一次性整體結構低。第二，經加工處理的結構需二次受力，這是因為在結構未加固之前已經承受了一次外部的作用力，而在加固之后，其受力會因新添加的結構而再次發生變化。比如一些原有結構的承載力比較低，那么其在水平與截面上的應力相較于為加固之前更高，而新加結構只有在新力作用其表面時才會發揮作用，這就會滯后結構整體的應力與應變，也就是說一個可能破壞原本結構的力有可能達不到新結構的承受上限[1]。

1.2 新舊結構的協調作用

力在即將破壞結構面時，新舊結構在協調作用下會在接觸面產生與之對抗的應力，其中最為明顯的是偏壓構件和受彎構件的剪應力，應力通過接觸面可以在新舊結構之間有效傳遞，從而保障構件整體的穩定。一般情況下，對結構面傳力效果影響最大的是結構構造和黏合強度，如果接觸面在這兩方面不能滿足傳力要求，或者出現了超出接觸面承受范圍的力，就會導致加固失效。因此，一般在接觸面都需要設置后植入鋼筋或后植入錨栓，利用植入構件來加強新舊結構的聯系，使接觸面的拉力和剪力等得到有效限制，并促進力在新舊結構之間的傳遞。

2建筑物改造中結構加固設計實踐分析

2.1 結構破壞介紹

2008年5月12日，我國四川汶川地區發生了嚴重的地震災害，造成了大量房屋破損、人員傷亡和巨大的經濟損失。也正因為如此，讓我國越來越重視建筑物的加固改造，并大量調查研究了建筑物經破壞之后的特點，具體有以下幾方面：第一，建筑橫墻上的交叉型裂縫。導致發生這一破壞的原因是墻體抗剪力不足以應對外部作用力，這種破壞大多會出現在承重橫墻上，裂縫會在斜方向貫穿墻體。第二，建筑縱墻上的交叉型裂縫。縱墻上的門窗洞口比較多，當出現砂漿松動或者在地震條件下所引起的交叉開裂等，會使門窗處的墻體在樓面壓力作用下遭受嚴重破壞。第三，外磚柱和外角墻處出現的裂縫和錯位。一般在建筑物遭受破壞時，其懸挑梁外端下部的磚柱會因外力影響在水平方向出現破壞性裂縫，磚柱的整體性將無法保持，另外，如果沒有在建筑的外角設置構造柱，或者構造柱和墻體之間的連接不夠緊密，也很容易在受到較大作用力時發生斷裂或者錯位。第四，建筑物的樓梯間會在結構遭受破壞時出現較大裂縫，從而導致建筑遭受更嚴重地破壞。通過以上分析可知，建筑物在外力作用下遭受嚴重破壞時會表現出不同的破壞特點，而這些破壞特點又并不是單一存在的，通常都會共同作用在建筑物上。

2.2 案例分析

以廣州某醫科大學某老舊教學樓的建筑標準層平面圖與結構標準層平面圖為例，該建筑在橫向左右兩側同時設置兩個教室，每個教室內部均為大開間，橫向柱跨在3.5米左右，豎向柱跨在11米左右，外廊的寬度在2米左右。此為典型的單跨結構，其結構冗余度較小，在地震時容易發生破壞導致整體結構的坍塌。如果該建筑遭受過大的橫向地震力，該建筑在中向偏離了質心和剛心，可能產生比較大的扭轉。一旦受到破壞性外部作用力時，結構框架將無法約束整體結構，將導致該建筑在各種破壞特點的同時作用下被損毀。

2.3 加固方案選擇

通過對建筑物破壞特點的分析，在對建筑進行改造時，其架構設計從以下幾方面出發。第一，對抗震體系進行完善。因教學樓內部均為大開間教室，不宜在內部增加結構柱，將單跨框架改為多跨框架結構。只能在適當位置，譬如中部衛生間側墻、樓梯側墻、兩側無窗墻體等為建筑物設置抗震墻，使建筑從框架結構改為框架剪力墻結構形成多道抗震防線，增強建筑物整體抗震性能。第二，對房間的高寬比進行調整，可通過在外廊處設置立柱的方式來進行。第三，建筑物的重要通道要絕對安全，方便災害時逃生。在樓梯間外廊的兩側要增設鋼絲網同時用砂漿加固。第四，對建筑的橫向偏心受力進行改善，增加外廊的立柱數量，同時增強外框結構梁，使建筑整體在受到橫向受力時能夠保持穩定，增強其抗扭性能[2]。第五，對建筑的縱向受力進行改善，增加縱墻在外部作用力下不過早被破壞。這一點可通過在中墻設置鋼絲網并用砂漿加固的方式來提升縱墻剛度，其中外廊處采用雙面鋼絲網，另一側采用單面鋼絲網。第六，對外廊立柱和建筑原本的沉降差進行調整，立柱的新增施工結束以后，將其連接到原本的條基上，使之形成整體，減少局部沉降。

3結束語

綜上所述，建筑物在遭受過大外部作用力的情況下，有可能會因為應力不足而出現各種破壞特征，進而導致建筑整體被損毀，因此需對建筑進行改造，做好其結構加固設計，這樣才能夠保持建筑物在受力狀態下的穩定，令內部人員的生命安全得到充分保障。

參考文獻

[1] 胡學飛.工業建筑結構的加固改造及設計要點探析[J].城市建設理論研究（電子版），2018，15（13）：32-33.

[2] 田海.房屋建筑工程中結構加固改造措施分析[J].建筑工程技術與設計，2016，21（26）：16-18.