既有建筑物結構安全改造分析

劉也牧

（甘肅省建筑設計研究院有限公司，甘肅 蘭州 730030）

0 引言

目前，在建筑工程施工中，對建筑物結構安全設計要求是較為嚴格的，尤其是對既有建筑物結構的加固和改造。建筑物投入使用后，長時間經受內、外因素的影響，其建筑物的耐久性會逐漸減弱，要想建筑物在不影響人們居住的舒適性和安全性條件下繼續使用，必須通過專業人員對既有建筑物進行檢查分析和計算，根據既有建筑物具體結構需求，針對性地進行結構安全加固改造，再加上諸多新型加固技術的應用，會促使建筑結構功能的恢復、甚至超過原有的結構基礎[1]。本文論述既有建筑物結構安全改造的重要性和設計原則，并通過案例分析既有建筑物結構安全改造施工技術，僅供參考。

1 既有建筑物結構安全改造的重要性

人們的生活離不開各式各樣的建筑物作為保障，隨著我國人口城鎮化的演變，中心城區的建筑物層出不窮，各種結構的高層建筑物也是逐漸增多。這樣就對既有建筑物的使用用途、外觀、面積等都提出了更高的要求。建筑物的結構形式和材料是影響建筑物使用年限的主要因素，建筑物施工時所采用的結構設計水平越高，建筑物的耐久性就越高。在建筑工程設計階段，工程設計師主要就是圍繞所要求的耐久度等級（使用年限）來進行設計的。科學技術水平的不斷進步，出現了諸多新型的建筑物結構設計方法，這也是現在建筑物相比過去使用年限更長的主要原因。因此，為了既有建筑跟上社會發展的腳步，讓人們住上舒適、安全的建筑物，就需要對使用年限長的建筑物進行結構安全改造[2]。

2 某既有建筑物結構安全改造施工概況

該工程改造的對象為2000年建造的建筑，需要進行結構安全改造的面積約為1200m2，建筑物結構以磚混結構和鋼筋混凝土框架結構為主。該建筑到目前已經屹立了22年之久，已經嚴重出現墻皮脫落、樓板開裂和鋼筋銹脹等諸多問題。顯而易見，建筑物的抗震性、耐久性等各類性能都大大降低，嚴重影響著使用者的生命財產安全。為了能夠讓這些建筑物繼續使用，需要對建筑物進行結構加固施工改造，具體內容如下：

（1）建筑物內結構梁使用增大橫截面加固法和粘結外包型鋼加固法施工；

（2）建筑物內主體結構柱使用增大橫截面加固法施工；

（3）建筑物內樓層間樓板裂縫使用碳纖維加固法施工；

（4）建筑物內要根據專業人員分析、計算，增加必要的結構梁；

（5）建筑物內和建筑物外墻有損壞的地方要重新施工處理，并要對墻內側墻采用鋼筋網砂漿面層進行加固；

（6）建筑物內樓頂增設欄桿和損壞嚴重的樓板使用植筋加固安全改造法。

3 既有建筑物結構安全改造施工技術

該工程的安全改造涉及的技術主要有5項。

3.1 增大橫截面加固安全改造法

在既有建筑物結構安全改造施工過程中，增大橫截面加固法是一項較為常見和使用較多的加固技術。其主要應用于既有建筑墻、梁、柱、板等結構的加固，原理是使原建筑結構材料和增大的加固材料形成一個整體，對既有的建筑結構進行針對性地改造，將既有建筑損壞的結構原件修復好，以此來提高建筑物內單一構件的承載力和剛度。這樣就可以大大提高既有建筑物的耐久性和抗震性能，如圖1所示為增大橫截面加固法施工現場。增大橫截面加固法是傳統的加固方式，但實用性至今沒有改變，隨著建筑行業的不斷發展，增大橫截面加固法施工技術也是越來越成熟，廣泛應用于既有建筑物結構安全改造中。其具有實用性強、操作簡單、費用低和適用范圍廣等優點。但其也有一定的缺陷，一般來說橫截面加固法施工過程為濕作業施工，會導致施工工期相對較長，并且工作量也比較大。其次，該法的施工過程中會使用大量很重的施工材料，長時間不合理堆積會大大增加既有建筑物的壓力，影響建筑物整體的穩定性。因此，在選擇既有建筑物結構安全改造前一定要有專業的技術人員進行檢測，綜合考慮建筑物的特點，選擇合理的加固方法并制定科學的施工計劃。該工程改造中的結構梁、柱均采用的是增大橫截面加固法施工，并可以使用增加橫截面和加配鋼筋兩者兼具的加固方式，這樣會使構件的抗剪、抗壓、抗彎性能大大提高。另外，施工時，混凝土最好使用強度等級C30以上的，鋼筋要選擇熱軋鋼筋，熱軋鋼筋要比冷軋、冷拉鋼筋強度大，圓鋼筋直徑要選擇8mm以上的。施工前要安排施工人員對原混凝土表面進行鑿毛處理，即使用專業工具在混凝土表面鑿出一條條凹痕，這樣在加固時可以使新舊混凝土粘貼更為牢固[3]。

圖1 增大橫截面加固法施工現場

3.2 更換既有混凝土加固安全改造法

更換混凝土加固法在現今既有建筑物安全改造中的使用是比較常見的。其主要原理就是把原結構的混凝土更換成更好的新型混凝土，以此優化原有結構。目前，我國不論是原有的還是新建建筑物均以混凝土結構為主，混凝土結構具有耐火性好、可模性好、強度較高、耐久性好、整體性好和取材容易等特點，這就使更換混凝土加固法的應用越加廣泛。用強度等級高的混凝土更換掉原有承載力低、強度低的混凝土，會使既有建筑物的耐久性大大增加，如圖2所示。另外，更換既有混凝土加固法相比其他改造方法要相對簡單，一般只需對構件缺陷部位進行加固即可，即使要對結構整體進行混凝土重新澆筑，也不會對既有建筑物產生影響，反而會使建筑物結構件更加穩定。

圖2 更換既有混凝土加固法施工現場

3.3 外包型鋼加固安全改造法

外包型鋼加固法按其與原構件的連接方式可分為外粘結型鋼加固法和無粘結外包型鋼加固法。一般采用的是外粘結型加固法，在有特殊要求的不允許使用粘接劑的工程上就需要使用無粘結外包型鋼加固法。外包型鋼加固法適用于需要安全加固改造的鋼筋混凝土結構柱和梁，可以大幅度提升其原有構件的承載力和抗震性能。外包型鋼加固法具有占地空間小、穩定性高等特點，但需要注意的是，在實際施工時要注意鋼材的防腐、防銹處理。圖3所示為外粘結型鋼加固法施工現場。外包型鋼加固法的原理是在既有建筑物構件外層再安裝一層型鋼構件，外粘結型鋼加固法是利用錨栓、灌注粘接劑把型鋼與原混凝土構件緊密貼合成一個整體構件的施工技術，以此增加構件的承載力，該工程改造中梁構件就是使用的外粘結型加固法。無粘結外包型鋼加固法是利用水泥砂漿堵塞混凝土與型鋼縫隙的施工技術，此方法由于型鋼與原構件不能緊密貼合，并且相比外粘結型加固法還要費鋼材些，一般不建議使用[4]。

圖3 外粘結型鋼加固法施工現場

3.4 粘貼碳纖維加固安全改造法

既有建筑物結構安全改造技術的發展歷程并不長，但隨著近幾年科學技術水平的迅速發展，各種各樣的加固方法和材料也在逐步出現，粘貼碳纖維加固法就是一種新型的既有建筑物加固施工技術。其原理與加大橫截面加固法相似，就是將備好的碳纖維材料與原構件進行粘結處理后形成整體加固構件的一種加固技術。粘貼碳纖維加固法具有加固后不影響建筑物凈空、操作方便、節能環保、自身重量輕和不需定期維護等優點，使用后會大大提高既有建筑物主體構件的承載力和抗震性能。但其同樣存在作業時間長的缺點，一般情況下，粘貼碳纖維加固法適用于承載力較低或損壞較為嚴重的梁、柱等混凝土主體構件的改造。該工程改造中的樓板裂縫就是使用了粘貼碳纖維加固法。

3.5 植筋加固安全改造法

建筑物長時間使用后，經過多方面因素的影響，會出現一些質量問題，必須通過加固安全改造技術才能解決。在眾多建筑物加固改造法中，植筋加固改造法也是現在較為實用的加固方法。其具有操作簡捷、實用性強、價格低、效率高和有效的連接與錨固等優點。植筋加固法適用于既有建筑施工時鋼筋偏離設計和漏埋鋼筋的補救，柱、梁等主體構件增加橫截面的加固補筋等。既有建筑物樓板出現嚴重損壞，就可以用植筋加固法在垂直墻上開孔，貼合樓板水平位置加設鋼筋，增設一層樓板，這樣就可以大大增強樓板的承載力。該工程改造中樓頂增設欄桿和損壞嚴重的樓板就是使用的植筋改造法。植筋加固法施工時的注意事項如下：

（1）在材料選擇上應采用熱軋光面Ⅰ級鋼筋，鋼筋直徑的選擇要結合設計方案要求，一般采用原構件鋼筋直徑2倍以上的鋼筋，以保證構件承載力。

（2）施工時，施工人員要預先清理現場環境，保證施工現場干凈、整潔，并搭設操作臺和照明設備。

（3）準備齊全后，施工人員要進行放線、鉆孔工作，鉆孔的垂直度偏差要控制在2°以內，深度要與設計要求偏差不超過5mm，并對打孔內部進行清潔、對鋼筋進行除銹后才能進行填入植筋膠，最后插入鋼筋。

（4）植筋完成后，要保證現場無外界因素影響，避免影響植筋膠固定，造成鋼筋與原構件不能緊密貼合，影響構件承載力[5]。

4 結束語

綜上所述，既有建筑物結構安全改造是一項較為繁瑣的工作。實際施工前，需要專業人員全方位對既有建筑進行檢查、測試，并根據既有建筑后續用途，制定科學性的工程改造加固方案。為保證工程質量，多種加固法可兼并使用，增大建筑物承載力和抗震性能，全面提升既有建筑的穩定性和安全性。