建筑結構檢測與加固技術概述

占羅龍，揭建剛，陶武金 （豐和營造集團股份有限公司，江西 南昌 330000）

1 引言

隨著現代建筑業的日益發展，建筑工程結構的檢測與加固已經成為建筑科學的重要工作。當今涌現了許多新型材料及新型結構，這使得高層、超高層、大跨度建筑項目日益增多。建筑結構一般采用鋼筋混凝土和鋼材，在使用過程中鋼筋混凝土結構耐久性不足會引起結構性能的劣化[1]，鋼結構會銹化腐蝕，防火涂料也會脫落，也會引起鋼結構不同程度的劣化[2]。對具有剪力墻的高層結構，剪力墻工作過程中的偏移、剛度下降，會影響整個建筑結構穩定性。建筑結構在使用過程中由于外荷載、沉降以及人為等因素會使得結構不再具有原有的工作能力，這時就需要對結構進行安全檢測評定，對一些破壞嚴重或者不能繼續工作的結構就需要采取加固措施。Hai-qing等[3]在結構加強檢測中采用了光纖光柵傳感原理；Giurgiutiu等[4]在用FRP材料對混凝土結構加固檢測中采用壓電晶片活躍傳感器技術；M.Saafi[5]采用壓電換能器對結構健康進行檢測。我國的檢測與加固技術起步比較晚，這些技術經歷了從無到有、從簡單到全面、從局部構建到整體結構的發展過程，這也使得檢測技術和加固技術在不斷更新，以便滿足現代建筑質量的新要求。我國20世紀50年代興建的房屋、碼頭等建筑已經進入老齡服役期[6]，結構檢測與加固技術對保證建筑質量安全起到了積極的作用，也為節約社會成本及資源起到了一定的作用。

2 建筑結構檢測與加固的目的

建筑物是日常生活和社會發展不可或缺的部分，它應滿足在規定時間內，在正常設計、正常施工、正常使用和維修的條件下，應滿足安全性、適用性、耐久性的要求。當建筑在使用的過程中，不能滿足上述要求或對上述要求產生疑惑時，就應該及時對建筑結構進行檢測。因此，建筑結構檢測的目的就是了解建筑結構的安全性、適用性、耐久性是否滿足相應要求，以便為日后結構維修加固提供依據，以便延長建筑的使用壽命。

2.1 建筑結構檢測的主要任務

在了解檢測依據、標準及相應技術資料的情況下，對結構構件材料的強度及材料的工作性能進行檢測，還應將結構設計文獻對結構進行合理對照，檢測建筑結構是否按照設計文獻進行施工的。對建筑整體或部分結構的位移、變形進行檢測，同時也要對結構的剛度、強度及穩定性進行相關檢測，從而對建筑的結構有一個整體認識。已建成建筑及結構設計文件是否一致，人為因素的不利影響，施工中的缺陷及程度。

我國大批工業廠房、公共建筑和民用建筑，已經進入中老壽命期，加固改造任務已提上日程。上述檢測的延續工作就是結構的維修加固，建筑結構維修加固的目的主要是提高結構的強度、剛度、穩定性及耐久性，并滿足結構的使用功能和安全性，降低事故發生的概率，延長結構的使用壽命。此外，結構加固也是對原有受力結構進行加固補強，從而滿足新的使用要求及安全性，并節約成本，減少投資。在保障建筑延續使用、國家財產安全和人民生命財產安全方面起到了積極的作用。

2.2 建筑結構檢測的主要任務

檢測對象按結構類型可分為鋼筋混凝土結構檢測、砌體結構檢測、鋼結構檢測、木結構檢測等[7]。鋼筋混凝土結構檢測可采用混凝土強度回彈法（采用洛氏硬度為60±2的剛鉆上）、取芯法、超聲波法、超聲回彈綜合法。砌體結構檢測可采用原位單剪法、軸壓法、原位單磚雙剪法、筒壓法。鋼結構檢測可采用表面硬度法、超聲波無損檢測法、結構性能實荷檢測與動測、射線檢測、渦流檢測、結構靜力實荷試驗法（不適用于冷彎型鋼、壓型鋼板、鋼——混組合、普通抗彎疲勞檢測）。木結構檢測可采用木材抗彎強度試驗法、木材含水率測定法。對于有些需測定建筑結構整體受力性能，則可進行結構的整體使用性能、承載力、破壞性的靜力實荷檢驗。其中，使用性能的檢測主要用于驗證結構在規定荷載的作用下不出現過大的變形和損傷。承載力檢驗主要驗證結構設計的承載力是否達標。破壞性檢驗主要用于確定結構的實際承載力。此外，還有對建筑結構撓度檢測、結構傾斜檢測、結構不均勻沉降檢測、裂縫檢測。

2.3 建筑結構加固的任務

校正結構變形后的位移及變形并盡可能恢復結構原有的工作特性。對有損傷或不滿足現有工作能力的結構構件采用加固技術維修；整體結構和局部結構加固應盡量保證結構的實際工作特性；原有建筑物使用功能和要求的改變，需要對其進行改造與加固[8]。

2.4 常用結構加固技術

近10年來結構維修加固飛速發展，逐漸發展成為一門新的學科，許多加固技術逐漸走向成熟。目前，我國采用的傳統加固技術[9]如下。

加大截面法。加大截面加固技術（也稱外包混凝土加固技術），此方法是加大構件（同種材料）的截面面積，以提高結構構件的強度、剛度、穩定性和抗裂性，從而達到提高結構構件承載力的目的。加大截面法在我國是一種傳統的加固方法，可廣泛用于混凝土、磚混結構的梁、板、柱、墻等構件的加固。此加固方法的優點是可靠性強，工藝簡單，缺點是現場濕作業工作量很大，養護期較長，對生產和生活有很大影響，對原有結構的外形和房屋使用空間會造成一定影響。根據不同的加固目的和要求，此技術又分為加大斷面為主的加固和加配筋為主的加固，或者兩者兼備的加固。

體外預應力加固技法。體外預應力加固法（也稱無粘結預應力加固法），就是在混凝土體外設置拉桿或撐桿對混凝土結構施加預應力。這樣對結構強制施加力后，改變了原結構的內力分布、降低結構原有的應力水平，使得結構加固中所特有的應力應變滯后現象得到很好的消除。這種加固方法具有加固、卸載、改變結構內力的效果，主要用于大跨度結構加固或者采用一般方法無法加固（或加固不是很理想）的較高應力應變狀態下的大型結構加固。其有施工方便、經濟可靠，預應力束可以單獨防腐或可以更換等優點。

外包鋼加固法。外包鋼加固（也稱粘結外包型鋼加固法）是以型鋼（一般為角鋼、扁鋼）外包構件四角或兩角的加固方法。分為濕式和干式兩種情況，外包型鋼與構件之間是采用乳膠水泥粘貼或環氧樹脂化學灌漿等方法粘結，使型鋼與原結構共同受力稱為濕式外包鋼加固法。外包型鋼與構件之間沒有任何粘接，外包型鋼與元構件不能共同工作，只能單獨受力稱為干式外包鋼加固法。外包鋼加固方法受力比較可靠、施工簡便，適用于柱、梁及高層建筑加固。但是，這種方法用鋼量較大，二次維修費用較高。

托梁拔柱加固技術。托梁拔柱是托屋架拔柱、托梁拆墻及托梁拔柱的統稱，是在不拆或少拆上部結構的情況下實施拆除中部柱或墻的一項綜合性技術[3]。還包括相關結構加固技術、上部結構頂升技術、斷柱技術及預應力技術。主要適用于一些因生活及生產需要改變平面布局、使用空間的老房屋和老廠房的改造工程。這比傳統去頂蓋改造相比，具有改造時間短、對生活和生產影響小、費用較低等優點，其缺點是技術要求較高，安全措施要相當嚴格。

增設支點加固法。增設支點加固法是通過增加支撐點來減少受彎結構的計算跨度，達到減少結構內力和提高結構的承載水平的加固方法。該方法簡單可靠，但容易損害原建筑使用空間，需根據實際工程情況采用此方法。分為剛性支點和彈性支點兩種情況。

粘貼纖維復合材料加固法。這種加固方法類似于外包鋼加固法，只是把鋼材換成纖維材料。近10年來，隨著對纖維材料的不斷研究，纖維材料用于建筑結構加固技術也日漸成熟。最具代表性就是復合高強纖維材料（Fiber Reinforced Polymer，簡稱 FRP），其應用較廣，技術也比較成熟，FRP在加固混凝土結構中主要有三種破壞形式[10]：片端剝離（張開型破壞）、純彎段剝離（滑移型破壞）、彎剪段剝離（混合型破壞）。除此之外還有玻璃纖維（GFRP）、碳纖維（CFRP）、芳綸纖維（AFRP）等加固材料。相比于傳統加固材料，纖維材料具有強度高、耐腐蝕、不改變原有結構的自重和外形、施工簡便，適用于很多類型結構的加固，不過這種加固方法成本較高，有些關鍵性技術還有待突破。

3 我國在建筑結構檢測與加固領域存在的問題

①建筑結構檢測與加固整個體系還不完善。我國在這方面起步比較晚，理論基礎較薄弱。隨著建筑行業不斷發展，建筑結構檢測與加固工程逐漸趨向成熟，并向學科化、專業化邁進。但是整個體系還不夠完善，有待進一步加強提高相關細部的粘合度。建立結構檢測與加固準則、標準及建立較為完善的數據庫，這些都有待進一步的研究和探索。

②建筑結構檢測與加固采用的設備也相對陳舊老化，以至于不能很好地滿足現代結構檢測與加固的需求。質量好、精度高、性能穩定、操作方便的儀器是高質量檢測與加固工作的保證。在這方面，我們國家與一些發達國家有著明顯的差距，特別是在數字化檢測儀器設備方面。加大對建筑結構檢測與加固的投入顯得很有必要。

③我國結構或構件的承載力驗算仍在沿用設計規范，在擬建結構和既有結構的分項系數及組合系數選擇上存在很大不同，這直接影響到結構的工作能力。因此，對既有結構構件的極限狀態準則應考慮既有結構的工作特點，并進行新的模擬分析和理論研究。一些舊的設計理論與標準不再適用于現在的建筑設計中，亟待修訂。

④建筑結構檢測與加固相關的資料很缺乏。在結構檢測與加固技術相關的資料文獻相對較少，沒有明確的劃分領域。現在可查的一些資料也相對較為陳舊，技術在不斷地更新，建立該領域完善的資料庫是一個值得探討的問題。

⑤加快對新型材料的研究與運用。國外在對混凝土結構裂縫檢測過程中采用纖維感應技術，這些仿生材料的發展前景很廣。現在用的FRP加固材料，很難測得其在混凝土表面加固端破壞的類型，FRP-混凝土界面的破壞的模型有待改進。我國生產的一些新型加固材料在質量方面也有很多不足，特別是強度得不到保證。

4 結語

目前，我國加大了對建筑結構檢測與加固工程的投入，這會刺激其相關技術領域的發展與突破。建筑結構檢測與加固是建筑工程領域中重要的一個分支，也是維護結構正常工作、延續建筑使用壽命的重要手段。應對我國的現狀，提高建筑結構檢測與加固水平，并在此基礎上不斷完善既有建筑結構的檢測與加固規范，形成一個有理論深度、實質數據齊全、可用性高的完善體系是很有必要的。