結構加固在既有建筑改造中的應用

伏立志

（北京建工四建工程建設有限公司，北京 100024）

1 引言

既有建筑結構改造是延長建筑物使用壽命的重要方式。既有建筑的結構受到老化等因素的影響，穩固性變差，會增加該建筑存的安全隱患。因此，研究既有建筑結構加固，逐漸受到相關人員的重視。

2 既有建筑結構加固改造原則

2.1 整體性原則

在應用既有建筑結構加固改造技術時，方案設計人員需遵循整體性原則制訂建筑結構加固方案。首先，整體分析既有建筑的原始結構，以此為基礎確定建筑結構加固改造方案，使改造方案滿足結構加固需求并具有可行性，為實際技術應用創造基礎條件。其次，了解該既有建筑內各構件的情況，明確構件的數量并分析構件對建筑穩定性的影響程度。若設計人員未仔細檢查所有構件，難以發現構件中存在的問題，會導致改造方案的實際應用效果難以達到預期標準。最后，考察待加固建筑的實際情況，結合原有結構特點確定加固方案，減小加固改造對原有建筑結構的影響。遵循整體性原則制訂改造方案是解決既有建筑結構不穩定問題的主要方式，可降低既有建筑材料老化對建筑安全性的消極影響，為技術應用創造良好的基礎條件并優化技術應用效果。

2.2 合理性原則

合理性原則是制訂既有建筑結構加固改造方案需遵循的原則之一。為保證改造方案的科學性，相關人員應將該原則與整體性原則相結合確定改造方案，實現提高建筑結構穩定性的目標。制訂科學合理的改造方案可改善既有建筑原結構的性能，強化既有建筑的結構質量。

制訂科學的改造方案前，需開展以下工作：首先，分析既有建筑結構的受力情況，找出既有建筑結構的薄弱點，將薄弱點結構加固改造作為改造工作的重點，使改造方案滿足既有建筑的結構加固需求[1]。其次，嚴格按照計算步驟與計算公式得出建筑結構加固改造的具體規格，以計算結果為依據對改造方案進行細化，提高結構加固改造方案的合理性。

合理性原則與整體性原則是在建筑結構加固改造方案制訂中必須遵循的原則，也是合理應用技術高質量地完成建筑加固改造項目的基礎，可使改造方案滿足既有建筑結構加固改造的需求，又提高改造方案的整體可行性，使改造后的建筑具有較強的穩定性。

3 既有建筑結構加固技術

3.1 加大截面加固法

加大截面是加固既有建筑結構的主要方法，這種加固方法常用于建筑混凝土結構外層加固。應用該方法加固后的建筑構件截面擴大，原有部件材料與加固材料形成統一的整體，實現結構加固的目標。使用增大截面加固法，需要計算待加固部位的抗剪承載力。抗剪承載力Vu由承載立柱提供，將建筑物承受的荷載傳遞給基礎結構，再通過基礎結構傳遞給地基，其承載力在一定程度上取決于橫斷面尺寸和材料強度。其數值通過式（1）計算：

式中，μ 為摩擦系數；Avf為穿過加固面的鋼筋總面積；fy為鋼筋屈服強度。

求得的抗剪承載力對確定擴大面積有重要參考作用。可以采用擴大建筑結構受拉主筋面積，提高建筑結構部件的抗彎能力與剛度的方法進行加固法。應用該加固方法時，需保證加固板厚度超過4 cm，加固梁厚度超過6 cm，且加固材料的強度高于原部件材料強度。在實際應用技術之前，需將原有部件表面鑿毛，并保證深度在6 mm 以上，徹底清除原部件的密實部分。除此之外，還應注意新增鋼筋與原結構鋼筋保持2 cm以上的距離，減少原有結構對技術應用效果的影響。

3.2 置換混凝土加固法

置換混凝土法是大多數既有建筑結構加固改造的常用方法，該方法通過使用新材料替換原有混凝土，以改善原有建筑結構的穩定性。混凝土是建筑結構的主要組成部分，因此，置換混凝土技術被廣泛應用于建筑結構加固項目中。置換混凝土技術應用流程圖如圖1 所示。技術應用人員需熟練掌握技術應用流程，保證技術應用效果。

圖1 置換混凝土技術應用流程圖

在選擇置換材料時，技術應用人員需遵循以下原則：（1）檢驗建筑原有混凝土的性能，確保置換材料的性能高于原材料，應用該技術后可有效提高原有建筑結構[2]；（2）既有建筑結構加固改造工期短，在技術應用期間保持建筑內的空氣質量至關重要，因此，所用新材料需具備較高的環保性與安全性，在完成加固改造工作的同時減少改造工作對建筑周圍環境的不良影響。

3.3 黏結外包型鋼加固法

黏結外包型鋼加固法是一種新型建筑結構加固法，這種加固法是通過在固定位置粘貼型鋼構件提高原有建筑結構的穩定性，對提高建筑結構整體性具有重要作用。該技術應用流程如圖2 所示，技術人員需掌握各環節的技術要點，保證技術應用效果與加固要求相符。

圖2 黏結外包型鋼加固工藝流程

剛度是材料在受力時抵抗彈性變形所具備的能力，計算黏結外包型鋼的截面剛度EI 近似值的公式為：

式中，Ec0為原建筑構件混凝土的彈性模量；Ic0為原構件截面慣性矩；Ea是加固型鋼的彈性模量；Aa加固型鋼一側截面面積；aa是型鋼兩側截面之間的間距。

在采用濕式外包鋼加固法時，需考慮二次受力的影響，并確定折減型鋼的強度，折減系數取值一般為0.9，有助于提高計算結果的準確性。在使用黏結外包型鋼加固技術時，需維持周邊環境低于60 ℃，空氣相對濕度小于70%，且原結構混凝土強度等級高于C15。與此同時，所選型鋼的材料厚度應在2～6 mm，厚度超過標準會提高型鋼粘貼的難度。除此之外，當鋼板表面用水泥抹面且型鋼粘貼位置為梁時厚度小于2 cm，當粘貼位置為板時，厚度不應超過1.5 cm。

3.4 粘貼碳纖維加固法

粘貼碳纖維也是既有建筑結構常用加固方法之一，在應用這種加固技術時，技術人員將備好的碳纖維材料粘貼到原有建筑結構中，常用于加固建筑結構中的薄弱部位。粘貼碳纖維加固建筑結構的具體流程如圖3 所示，技術應用人員需按照該流程開展既有建筑結構加固改造工作，充分發揮該技術的建筑結構加固作用。在應用該技術時，技術人員要掌握以下技術要點：（1）粘貼碳纖維的厚度需與建筑結構加固改造項目實際需求向適應，并在裁切碳纖維時使用鋼直尺與壁紙刀。（2）將樹脂與固化劑按照標準比例調配并裝入適當盛放容器中進行攪拌，保證調和量可在時間范圍內使用完畢[3]。調和劑第一次涂抹稱為下涂，當碳纖維的規格為200 g/m2時，涂量應為400～500 g/m2，碳纖維規格為300 g/m2涂量為500～600 g/m2。第二次涂抹也稱為上涂，所用調和劑的量分別為100～200 g/m2與200～300 g/m2。粘貼碳纖維加固后，既有建筑結構的抗壓強度應大于40 MPa，抗剪強度大于10 MPa，抗拉強度大于30 MPa。

圖3 粘貼碳纖維技術應用流程圖

3.5 預應力結構加固技術

預應力結構加固技術是一種新型的建筑結構加固工藝，應用該技術時技術人員通過加固結構中的水平桿使其形成軸向張力達到加固目標，這種技術能夠克服加固施工產生的部分外荷載效應，相較于其他技術加固效果更好。該技術應用過程中如若出現水平拉桿與構件緊密貼合的現象，需將二者共同繞曲，兩桿處非緊密貼合狀態時不能進行繞曲，會對技術應用效果產生消極影響。該技術需要對構件與水平拉桿組成的復合超靜定結構體系的內力進行計算，并在此基礎上求出截面承載力，水平桿的拉力由預應力與新增荷載共同組成。下撐式拉桿加固的原理為將拉桿的軸向力傳遞至被加固構件，借此抵消部分外力荷載，并將原有構件變為偏壓構件。在實際既有建筑結構加固改造工作進行中，應用該技術加固效果明顯，但由于發展時間短，技術尚未成熟且大部分技術人員不能熟練掌握技術要點，影響技術的實際應用效果。

3.6 增設支點加固技術

增設支點加固技術也是加固既有建筑結構的有效方法，這種技術通過增強原有結構的支撐力實現結構加固的目標，提升既有建筑的安全性與穩定性。常用的增設支點加固技術有剛性支點加固與彈性支點加固兩種，技術人員在實際工作中需結合項目的實際情況合理選擇增加支點的方式。選擇增加支點方式后，技術人員需確定項目所需添加的支點數量，計算建筑結構承受的實際壓力，以此得出各截面的承載力，依據計算結果確定增設支點的方案，提高原有建筑結構的支撐力。除此之外，技術人員在計算壓力數值時，需考慮支撐結構的豎向變形，得出合理的建筑結構承受壓力波動范圍。

4 結語

綜上所述，既有建筑結構改造人員在應用技術時，需嚴格遵守技術應用原則并熟練掌握技術應用技巧，充分發揮加固技術的應用效果，高質量完成結構加固改造工作。提高既有建筑結構加固工作的技術應用水平至關重要，技術人員需熟練掌握技術要點并為既有建筑選擇合適的加固方案，大幅度提升既有建筑結構的穩定性。