房屋建筑混凝土結構的加固施工技術*

周立宏

(內蒙古交通職業技術學院 內蒙古 赤峰 024005)

隨著建筑行業的發展,對工程結構性能要求不斷提高,原有工程老齡化與長期損耗后材料劣化等引起結構安全問題。未超過結構使用年限的建筑物拆除重建浪費社會資源,對既有結構加固改造是工程師面臨的重要問題。隨著我國城市化進程加快,各地舊式建筑物面臨改造利用趨勢,鋼筋砼結構在我國建筑業中占比很大,建筑結構加固學科主要研究恢復受損建筑物使用功能,混凝土結構加固技術是對受損建筑物構件加固恢復安全性?！痘炷两Y構加固規范》提出加固方法與使用技術。近年來我國鋼筋砼結構建筑物加固方面研究取得一定成就,但對加固方法選用停留于經驗層面,很少有學者從技術經濟性等各方面進行系統化研究,深入研究房建工程混凝土結構加固施工技術具有重要意義。

1 房屋建筑混凝土結構加固分析

20世紀建筑工程結構應用得到快速發展,結構體系由于人為破壞等原因,建筑物使用中存在很多安全隱患,初建項目因設計施工管理等問題造成出現各種質量問題,應及時采取措施加強結構加固,保證建筑質量安全[1]?；炷灵_發后強度不斷提高,混凝土結構因材質劣化造成過早失效,我國鋼筋砼結構在工業民用建筑等領域廣泛應用,早期建筑物需要采取適當加固補強技術措施滿足建筑物耐久性要求。

1.1 混凝土結構建筑加固的必要性

建筑結構加固原因分為主客觀因素,包括人為損壞,自然災害與功能改變等?；炷两Y構加固前需要分析原結構損傷缺陷,混凝土結構加固原因主要是使用損傷缺陷與超過設計期限。混凝土結構加固設計施工要確保原有結構性能,考慮使用功能造價成本等進行改善,要分析荷載取值條件,遵循抗震設防原則,進行承載力驗算[2]。我國結構加固方面作出大量研究,頒布許多規范規程,主要包括《混凝土結構加固技術規范》、《混凝土結構設計規范》、《建筑抗震加固技術規程》等。

建筑結構加固是建筑業的新興學科領域,主要研究對原有建筑結構部件改造提高承載力。建筑業發展經歷大規模新建與加固階段,許多發達國家進入維修加固階段,我國社會處于大規模城鎮化發展時期,面臨老舊建筑維修加固改造建設[3]。我國現有工業民用建筑屋面及在600億m2以上,20%以上建筑物投入使用超過30年,建筑物使用中由于結構老化等自然災害與人為損傷原因導致產生安全隱患,新建建筑物因勘察設計技術管理問題出現結構安全問題,建筑結構改造加固成為我國建筑業的發展方向?；炷两Y構廣泛應用于各類建筑中,主要優點是可塑性強,防火持久性強,造價維護成本低。隨著我國經濟實力的提高,人們對房屋建筑結構安全要求不斷提高。我國是多自然災害國家,目前施工管理存在很多問題,對具有重要作用的建筑超出原有結構使用年限后進行結構加固是延長壽命的主要手段。

1.2 房建工程砼結構加固要求

混凝土結構加固技術是對損傷建筑物加固恢復使用功能,混凝土結構加固分為直接與間接法,直接加固根據工程實際選用置換法,粘貼纖維復合材料法等,間接加固采用外加預應力法等,應用實際工程中加固方法有增大截面加固法,外粘型鋼加固法等。改造加固工程包括設計與施工階段,設計中要考慮新舊結構協同工作問題,充分認識了解原結構力學性能,損傷情況等;施工階段保證進度質量,采取卸荷措施減小原結構內力。

舊建筑改造加固不同于新建項目,對施工技術工藝要求較高,設計受到原有結構受力性能的影響,結構設計施工中要保證結構性能下降低施工條件要求等,加固設計施工要求遵循結構體系總體與加固方案效應原則,先鑒定后加固原則。加固后的混凝土結構抗力性能不同于原結構,原結構產生應力應變存在壓縮變形,加固改造是對結構二次受力,加固后結構是新舊重新組合結構,混凝土結合面抗剪強度低于澆筑砼,決定加固設計計算不同于新建結構。房屋建筑混凝土結構加固工作包括可靠性鑒定,加固方案優選設計與施工組織驗收等。實際工程中要選擇多種加固方法配合使用才能達到預期效果。加固后避免破壞原有結構受力體系,加固方案設計要考慮經濟性條件。

2 房屋混凝土建筑結構加固施工技術

房屋建筑質量是人們關注的焦點,政府持續頒布完善建筑規范等,針對施工設計機構進行嚴格限制,為降低質量風險事故產生等帶來保障。由于眾多老舊建筑耐久性不能滿足使用要求,施工設計單位在工程建設中存在違規情況,混凝土結構加固技術作為對老舊建筑再利用手段,成為房屋建筑業的重要環節。房建工程混凝土結構加固有多種方法,要結合工程實際選擇適合的加固施工技術。

2.1 截面加大加固法

截面加大加固是增大構件橫截面積提供承載力,適用于鋼筋砼受壓構件加固,僅在受壓區加固受彎構件時可做疊合式受彎構件設計,隨著加固技術的發展,加大截面加固法不斷完善。截面加固法優勢是技術承受操作簡單,提升結構承載力效果好,可適用于梁柱體等混凝土構件加固。缺陷是養護時間長,對結構外形等造成影響。預設鋼材腐蝕等風險高,結構受力方向未發生變化,對接面造型處理與材料性能等因素有關。增大截面加固法設計中要考慮新增部分與原結構受力承載問題,加固結構力作用下產生剪力等復雜應力,新老結構對接面是受力薄弱環節,開裂造成剝離自受力。研究結合面粘性性能,改善結合面施工工藝對促進加固改造技術發展具有工程應用價值。

2.2 外包鋼加固法

外包鋼加固是將鋼板等建材外包于鋼砼結構表面,增強結構整體剛度實現加固目的。利用束縛原理結構增強承載力,矩形截面柱在四角外包角鋼,圓形截面柱多用偏鋼加套箍。適用于要求較大增強截面抗震的鋼砼柱體等方面加固,根據粘結形式分為外粘型與無粘接外包加固法。外包鋼加固法優點是結構穩定性強等,適用于需要較大增強承載力的造型加固?？蚣軜嬓椭饕芰杏诠濣c位置[4]。通常分為干濕外包鋼加固,外粘型鋼加固法使用環氧樹脂澆灌,保證形成整體協同受力,可增強結構的承載力。無粘接外包鋼加固法無法保證連接面受力均衡傳遞,承載力提升相對較小。外包鋼加固法整體性好,項目規定不得采用粘結劑時優先選用無粘接外包鋼加固法。

2.3 粘鋼板加固法

粘貼鋼板加固技術是采用建筑結構膠將鋼板粘貼在構件薄弱部位,增強加固對象整體結構剛度方法,在國外發展成熟廣泛應用,國內90年代開始推行粘貼鋼板加固法。鋼板固定于預應力砼薄弱部位,增強構件抗彎剛度降低繞度,避免內部出現應力集中情況,粘貼鋼板加固法具有施工簡便,占用空間小,加固效果好等優點。其缺點是加固處理后鋼板具有應力滯后情況,粘接劑質量是影響加固效果的主要因素,目前關于結構膠抗老化周期未獲得實證研究,粘鋼板加固法不適用于特殊造型梁。適用于靜力下產生正截面受彎受剪受壓結構加固,待處理混凝土結構測試強度須達到C15以上。粘鋼板加固法加固質量與粘接材料有關,應保證結構后期所處環境溫度不超過60度,高溫高濕環境下混凝土構件要選擇具備相應性能的粘接劑。

2.4 貼碳纖維加固法

CFRP為高強度新型復合材料,近些年在土木工程行業中應用得到快速發展,借助碳纖維材料使混凝土構件實現增固技術,利用協同受力性能實現抗震性能增強目標。具有強度高質量輕等優點,我國在本世紀初開始CFRP技術的研究應用,尚未建立系統的理論體系。采用CFRP 加固法可以運用至磚砌體某些力學特征中。運用碳纖維材料加固優點是強度高效果好,實施混凝土構件補強加固中可提升結構負載能力,實現補強加固的目的。相比其他加固方法可節省材料消耗,運用CFRP 材料加固具有較好的耐久性,可適用于各類建筑結構中。對某些大型殼體項目才贏CFRP加固可保證質量。碳纖維加固技術具有良好的增強加固作用,總體社會經濟效益較好。貼碳纖維加固法克提高框架結構塑性鉸轉動能力,有效加強混凝土結構抗震性能,改善建筑物結構延性。

3 房建工程砼結構加固方案設計

我國建筑結構主要形式為鋼筋砼結構,建國初期興建大量工業民用建筑使用多年存在安全隱患,如鋼筋銹蝕嚴重等,未采取有效強化措施導致安全事故發生。我國每年有大批廠方因工藝要求等原因亟待更新,中國對建筑結構抗震要求設防標準不斷升級,許多地區現有房屋不能滿足新的需求,需要對建筑結構進行抗震加固。建筑物加固方案選擇非常重要,加固方案選擇受資金投入,施工周期等因素影響,要結合工程實際選擇合適的設計方案。

鋼筋砼結構改造施工加固方案優選依據科學方法,對備選方案進行優劣排序,綜合考慮定性定量因素進行優選。鋼筋砼結構加固方案優選模型內容包括優選對象目標方法等。鋼筋砼結構加固方案優選目的是選擇最佳施工方案,對加固方案選擇考慮影響因素分析,確定最優加固施工方案,構建加固方案優選指標體系要圍繞鋼筋砼結構加固方案優選目的,選擇科學系統性加固方案優選指標,結構加固對周圍環境影響較大,施工周期難以把握,定性指標難以量化處理,通過加固工程施工現場調研,咨詢加固改造方面專家后從技術經濟環境方面歸納加固方案優選指標,遵循方案優選指標選擇原則,確定混凝土結構加固方案優選指標包括施工難度,結構改善性能,施工工期成本維護費用等。

4 房建工程項目混凝土結構加固施工技術應用

某房屋建筑工程結構為現澆砼框架,裙房高度為28 m,包括地下室2層,建筑設計使用年限為50年,工程抗震房烈度為7度,地震設計分組為第一組鋼筋砼條形基礎,內墻采用200 mm 厚加氣砼砌塊,結構基礎墊層砼等級為C10,設計出采用配重法通過增加自重抵御水浮力作用。受到地基條件影響導致結構受到損害,依據建筑抗震鑒定標準等有關規范對工程現場勘察檢測,結構梁板柱局部有細微裂縫,需要采用合理的方式加固。

工程對柱加固中采取干式外包角鋼加固法,構成角鋼與原柱承擔外部荷載結構,使用夾具對鋼后施焊板加緊,梁加固對下方使用角鋼補強,梁上部使用U型箍固定偏鋼,用U 型箍實現抗拉角鋼與抗壓砼組合,提升抗沖切性能。根據檢測鑒定結果提出備選加固方案,采用粘貼鋼板加固法加固梁,局部增加側向剛性支撐;方案工期估算為45天,加固后結構體系傳力明確,粘鋼加固梁較多家住手腳架等輔助器具,加固施工噪音小,加固后結構內部空間不見效。采用加大截面法加固砼框架梁,工期估算為60天,加固后結構體系傳力明確,采用增大截面法加固施工現場濕作業大,加固施工噪音大干擾周圍居民生活。

5 結語

建筑使用中出現各種問題,鋼筋砼結構加固是工程界研究的熱點,隨著科研人員深入研究,砼結構加固技術廣泛應用于各國建筑工程維修加固中。我國建筑市場潛力巨大,目前建筑規模不斷擴大,建筑加固施工中出現很多新技術,需要加強對砼結構加固技術的研究,解決不同場景下結構質量問題。建筑砼結構加固施工前要采取措施保證施工質量,權衡經濟效率因素制定詳細施工方案,通過相關部門審核后進行施工。隨著鋼筋砼結構加固技術的成熟,對結構加固補強效果關鍵是是否達到設計功能,需要加強施工管理,保證工程施工質量。