建筑結構加固設計及施工探析

文／郭強 華東建筑設計研究院有限公司 上海 200011

1、建筑結構加固設計和施工的重要作用

1.1 能夠使建筑結構穩固性更強

建筑工程完工投入運行后，經過裝修、改造以及長時間的使用，并且受外部環境因素的影響，對其結構的穩固性會產生一定的損害，這樣建筑結構的使用就會存在安全風險。通過結構的加固設計和施工，能夠使原有的結構穩固性得到進一步增強，尤其是結構建設較為薄弱的地方，利用加固操作，可以及時彌補，這樣在內外部因素的影響下也能夠具有較好的結構承載力，提升建筑物的牢固性。

1.2 能夠使建筑物使用年限延長

建筑工程建設的質量與其使用年限有直接的關聯，建筑物在實際使用的過程中，質量會受到建設水平以及外界因素的影響，這樣建筑物使用的年限就會逐漸下降，而通過加固技術的應用，建筑物結構的牢固性會提高，使建筑物更加耐久使用，盡可能的降低各類不利因素對建筑結構的影響，從而增長建筑物使用時限。

1.3 能夠使建筑物市場價值提升

將建筑結構加固工藝技術應用到設計和施工當中，對于建筑工程建設起到十分重要的作用，可以提升建筑物穩定性，同時也能夠使工程建設和建筑物的使用安全性更高，這樣建筑事業的發展才會穩步前進。在實際的工程建設中，利用先進的施工技術以及結構加固技術，推動建設工程技術水平不斷提升，這樣整體的建筑物市場價值也會隨之提升。

1.4 能夠使建筑結構抗震性增強

現如今我國的建筑工程質量檢驗標準逐步提升，其中有關建筑物的抗震性能受到重點關注。由于自然災害對建筑物結構有較大的破壞性，在建筑結構的設計和施工階段都要采取合理的方法提高結構抗震性能。加固技術的使用，可以使建筑主體在水平拉力和豎向荷載方面有更強的抵御能力，使結構整體的抗震性得到提升。

2、建筑結構加固的原則

建筑結構的加固工作中，加固設計是施工的前提，對結構加固建設的最終效果產生直接的影響，所以，在進行結構加固時，需要設計人員遵循一定的原則進行科學的設計，確保建筑物加固施工的質量。具體來講，需要遵循的原則首先是符合整體性要求。在對建筑結構進行加固設計和施工時，需要從整體性角度出發，設計時綜合考慮構件之間的相互影響，盡量使某一構件的加固設計不會影響其他構件。另外，需要復合材料一致性要求。建筑結構自身的承載力除了受外部因素的影響，自身結構的荷載承受力也非常關鍵，也就是材料質量。對建筑結構某一部分進行加固設計時，使用的材料與其他結構部位要一樣，才能確保加固建設的良好效果。再者，需要符合合理性要求。在對建筑結構進行加固時，設計和施工都要結合建筑物的具體情況，選擇合理的技術實施加固建設，保證結構能夠符合建筑結構整體體系受力性能要求。

3、建筑結構加固技術分析

3.1 承重結構加固

這種加固技術方法主要是為了增強建筑結構的承載力和機械強度。技術方法的具體使用過程為：利用水泥砂漿作為結構加固的材料，設計施工中確定的加固厚度應控制在2cm-3cm之間，嚴格依照水泥砂漿施工建設的準則，每一層的厚度需要控制在1.5cm以下，使結構加固的質量更好的達到標準要求。使用鋼筋網混凝土砂漿進行加固處理時，鋼筋總體厚度需要控制在25mm-40mm范圍內，鋼筋直徑大小控制在4mm-8mm之間，將鋼筋網均勻的分布到加固墻面，注意這個過程中施工人員要細致的檢查墻面是否存在裂縫，如果墻面出現裂縫，需要先將原先墻面的裂縫填充嚴實，接著對墻面進行加固處理，將墻面上的瓷磚、油漆面清理干凈，潤濕處理后，接著進行加固層施工，這項工作完成后，還需進一步澆筑維護，防止墻面開裂。

3.2 粘鋼加固

這種加固技術方法主要就是通過粘貼鋼板實現結構的加固處理。使用高性能的環氧粘貼劑對混凝土構件進行鋼板粘貼，以使混凝土結構和鋼板之間形成一個統一整體，這樣鋼板自身的抗拉強度能夠承擔部分混凝土構件的剛度和承載力，起到結構加固的效用。具體在使用這一技術方法時，為了提升施工效果，在開始前，需要進一步處理作業面，使用角磨機將表層厚度打磨掉1mm～2mm，并對凹陷處進行找平處理。其中使用的鋼板材料，在進行加固粘貼前，要對表面進行粗糙打磨以及除銹處理，具有一定的粗糙度，且打磨的紋路與鋼板受力方向形成垂直。在將鋼板和混凝土結構進行粘連前，先進行試安裝，對兩者位置進行適當的調整，確保粘貼吻合度。使用的膠粘劑需要通過膩刀涂抹到處理過后的鋼板表面，接著將鋼板粘貼到混凝土構件上，借助化學錨栓進行加固，同時借助鋼支撐搭配木方完成加壓處理。鋼板粘貼完成后，需要進行固化養護，加固施工如果在夏季，可以在1天之后開展加載施工，一般情況下經過3天后就能夠達到設計使用荷載要求。

3.3 粘貼碳纖維復合材料加固

這種加固技術方法主要是為了提升混凝土結構的穩定性以及新舊結構間的強度。而且使用這種材料加固后，耐腐蝕性以及耐久性都能得到提升，將這種加固技術應用到建筑結構設計施工中，替代了鋼筋螺紋連接技術。一般低碳纖維的彈性模量大概在220gpa，而高碳纖維的彈性模量在340gpa～560gpa之間，粘貼碳纖維復合材料的外部黏度可以使建筑結構穩固性得到進一步提升。

3.4 置換混凝土加固

這種技術方法主要是在建筑原有結構的混凝土性能和質量不達標的情況下進行使用，簡單講就是將原有不達標的混凝土結構拆除，使用原結構種類相同材料，但等級強度更高的混凝土進行二次澆筑，完成置換，這樣使整體結構的混凝土強度達到標準要求，提升建筑結構的質量。使用這種技術方法，建筑結構的承載力以及強度都能夠得到提升。而且這種技術成本優勢較為突出，施工操作也比較便捷。經過加固設計施工后，建筑結構原有的空間環境并沒有出現改變，也不會對周邊環境產生大的影響。

3.5 碳纖維布加固

這一技術方法主要是指使用非金屬纖維類材料對建筑結構進行加固處理，利用加固材料的性能，使結構穩固性得到增強。具體來講，使用這種技術方法進行加固，需要先將結構表面的碳化層、雜質等清除干凈，同時對表面上存在的裂縫、凹陷等問題進行平整處理，完成結構表面處理工作后，使用碳纖維布鋪設在建筑結構的表面，需要涂刷樹脂在表面，等到干燥后，再將碳纖維布粘貼在結構構件的表面，壓實處理，使其和樹脂之間形成緊密結合，這樣加固效果會得到較好的提升。

3.6 預應力加固

這種技術方法主要是使用外部的預應力束在構件主體截面施加預應力，以增強其截面剛度，進而達到結構加固的目的。這種技術方法屬于主動加固方式，在建筑結構加固設計施工中使用，可以使構件內部過大的應力得到釋放，以實現結構承載力提升，同時增大結構剛度、減小結構過大的撓度，適當的調整結構受力狀態。這種方法使用時，需要使用預應力拉桿進行加固，而且在施工之前，要對拉桿進行調直校正，并且對其安裝的位置以及大小進行明確，并檢驗螺桿、螺帽以及焊接接頭的質量。施工過程中還要控制混凝土構件與撐桿末端處角鋼之間的嵌入深度和焊縫質量，以達到良好的加固效果。

3.7 增加截面加固

這種技術方法主要是為了提升構件的抗彎性能，進而起到加固效果，使用混凝土澆筑受彎構件區域，使構件正截面面積增大。建筑結構混凝土的彎變構件在適筋允許的范圍內，其正截面的承載力與鋼筋強度以及面積存在正比關系。彎變的構件如果具有較低的正截面配筋率，就需要合理的增加主筋面積來調整。對于正截面受拉區域要用混凝土進行澆筑，在原構件的有效作用下，使構件的承載力得到大大提升。這種加固技術比較常用，而且技術較為成熟，對于房屋建筑的梁、柱以及墻面等進行加固時，都可以使用這種方法。

4、我國建筑結構加固改造現況

隨著建筑工程建設行業的發展，結構加固改造也相應發展起來，加固改造量的基礎是現有建筑存量，根據有關統計得知，我國現如今有大批60、70年代建設的房屋建筑已經超過了設計基準期，需要進行加固改造，而全國大概有33%以上的住宅儲備缺口，城市的住宅結構逐步進入老齡化狀態，需要進行加固改造和維修。同時，基于成本控制的考量，對老建筑結構利用的情況增多，需加固的建筑項目也不斷增加。我國建筑加固改造的需求量年增長大概達到50%，所以每年我國都有大批需要加固改造的建筑物，這些建筑結構可能因為結構超載需要補強，可能因為抗震要求達不到標準需要進行抗震加固，也可能因為建設質量本身不達標，需要進行加固處理。

5、建筑結構加固設計和施工實踐

5.1 工程概況

某建筑樓層共有18層，建筑總體高度大概58.5m，現階段已經完成了10層的建設。在施工現場，通過對剪力墻和梁、柱等構件混凝土的強度檢測，發現其設計強度不符合規范要求，且混凝土的強度偏低，構件容易出現開裂現象，整體結構存在較大的安全隱患，所以，需要對建筑結構進行加固設計和施工，以確保最終建設的工程質量和安全都達到標準要求。

5.2 設計與施工

5.2.1 對加固設計方案進行明確

在開始進行結構加固設計和施工前，針對工程建設的實際情況，整理工程建設中的相關資料信息，比如設計信息、施工信息、用料信息、技術信息等，通過這些信息的整合，同時結合建筑結構材料性能的檢測結果，遵循相應的設計和施工原則，制定出有效的設計方案，并對多個方案進行對比分析，對結構加固設計的最終方案進行明確。

5.2.2 施工技術選擇

（1）置換混凝土加固法設計

由于該工程中混凝土檢測強度沒有達到高標準要求，所以，后續需要重新澆筑混凝土結構進行加固，確保其抗壓強度達到規定的要求，甚至高于原設計規定的強度。針對澆筑工藝不同的梁、柱等結構進行不同標準要求的抗壓強度檢驗，采取置換混凝土加固法進行設計，注意嚴格檢驗不同混凝土的強度等級。

（2）置換混凝土加固法施工

首先，需要搭設腳手架支撐模板，有關建筑結構設計中的滿堂架立柱間距，需要結合建筑物具體的情況進行適當的調整，注意要符合規范的要求，避免滿堂架立柱出現移動的情況，進而確保施工建設的安全性。搭設架子之前，立桿高度和支撐高度要保持一致。水平方向以及垂直方向進行剪刀撐設計時，通過搭接法提高斜桿長度，其中搭接連接的長度應在設計標準范圍內進行調整，搭設的腳手架支撐模板要有一定數量的旋轉扣件，同時進行固定。起到固定作用的剪刀支撐斜桿，其本身旋轉扣件的中心位置至主要位置的距離也在相應規定范圍內。其次，進行柱子拆除置換施工。第一步，對方鋼橫梁進行安裝的過程中，需要清除掉部分樓層根部的混凝土保護層，注意施工過程中要避免破壞掉內部的鋼筋結構，使用結構膠粘劑進行加固處理。第二步，使用具備外螺旋結構的千斤頂和鋼框架作為外部支撐，進行安裝，這樣結構部分負載力能夠得以分攤。第三步，安裝預應力鋼索，關于樓層柱底板，在進行加固處理時，主要是通過柱體中植入化學錨栓的方法進行操作，在剪力墻上對固定構件進行設置，并且將錨固端設置在根部兩側位置。如果對混凝土立柱進行再次澆筑，其強度需要達到等級設計值，同時拆除鋼絞線。在對鋼絞線進行拆除時，需要注意將對稱部分先處理掉，接著再拆除其他。再者，對剪力墻進行拆除置換施工。拆除混凝土結構剪力墻時，需要先對剪力墻進行外部支撐處理，使用千斤頂和圓鋼管結合的方式進行支撐，這樣來分擔一定的承載力，接著將剪力墻拆除。再次對剪力墻結構進行混凝土澆筑時，其強度等級需要嚴格達到設計的標準要求，然后再銑平墻邊澆搗口處的混凝土。完成拆模操作后，使用可調式鋼釘托將剪力墻兩側釘緊。完成混凝土的再次澆筑施工后，對結構強度以及建筑物整體的性能進行重新檢測，達到標準的設計要求，表明結構加固設計和施工成功。

6、強化建筑結構加固設計和施工質量的措施

6.1 做好前期準備

對建筑結構進行加固設計和施工時，需要最先確定設計施工方案。因此，要充分重視前期的準備工作，以確保信息收集的全面性，這樣設計施工方案也會更加科學。準備工作中，需要對當前建筑物的有關資料信息進行全面完整的收集和整理，其中包括水文資料、設計施工資料、用材資料、造價資料等。全面了解相關的內容后，對建筑結構重要構件進行性能質量檢測，檢驗結構質量是否能夠達到標準要求，結構完整性和安全性是否在標準值范圍內，相關的數據值能夠為結構加固設計和施工提供可靠的參考。性能檢測中通常會重點考慮抗震性以及安全性，如果建筑結構使用的材料質量沒有可靠的保證，還需使用有關的工具對材料性能進行檢測，從而得到較為精準的強度、性能等指標數值，綜合這些信息，然后制定建筑結構加固設計施工方案，并且注意對多種方案進行綜合比對，最后確定最優方案。

6.2 選擇合理的技術方法

對建筑結構進行加固時，可以使用的技術方法有很多，上述已經介紹過，比如預應力加固、增大截面加固、外粘鋼板加固等。在實際的設計施工中，技術方法的不同，其具體的施工要求以及使用情況都會存在相應的差異，為了確保加固設計施工的效果，需要對技術方法的使用進行合理的選擇。對此，根據加固建設的要求，對實際工作的注意事項以及具體操作程序等進行全面分析和把握，在正式開始施工建設之前，需要組織有關技術人員，對不同的結構加固技術方法進行分析和了解，掌握實際建筑結構加固的需求，注意區分不同技術方法的操作要點，根據結構加固的實際需求，確定具體使用的技術方法，并嚴格依照相應的要求進行施工建設，以確保建筑結構加固建設的效果，提升建筑物使用的穩固性。

6.3 加強設計人員與施工人員的溝通

建筑結構的加固施工需要以設計為基礎，所以，為了能夠保證結構加固建設更加科學合理，就需要在設計中保證其合理性。針對加固設計工作來講，在實際開展工作前，設計人員需要進行深入調研，到工程施工現場了解具體的情況，獲取相應的準確信息，在這個過程中，設計人員和施工人員之間要加強聯系，初步確定設計施工方案后，將圖紙移交給施工單位時，針對其中的部分細節問題要加強溝通交流，確保施工人員能夠完全了解設計意圖，同時，對于設計施工方案是否存在問題進行探討，多多交流結構加固建設中可能遇到的情況，對設計施工方案進行不斷改進，提高設計水平，這樣建筑結構加固建設的質量和安全會得到較好的提升。

結語：

總而言之，建筑結構加固設計和施工對于增強建筑物質量、延長使用壽命有良好的幫助，所以，需要充分重視這一工作。結合我國建筑結構加固改造的現況，遵循相應的原則，使用合理的技術方法，對建筑結構加固進行科學的設計和施工，以使建筑結構整體具有更高的穩定性和安全性，這樣才能推動建筑行業更加健康的發展。