淺談混凝土結(jié)構(gòu)改造加固設(shè)計

許卓俊

【摘要】從我國整個社會的發(fā)展過程中，可以意識到我國建筑已開始從大規(guī)模新建時期逐漸邁向了新建與舊建筑物改造并重時期。實踐表明，對房屋結(jié)構(gòu)的加固和改造具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，也將會開拓出一個新的發(fā)展方向。本文根據(jù)作者的設(shè)計經(jīng)驗，介紹了目前混凝土結(jié)構(gòu)工程改造加固設(shè)計中常用的一些方法。

【關(guān)鍵詞】混凝土結(jié)構(gòu)；建筑加固改造；建筑結(jié)構(gòu)加固方法；

一 概述

混凝土結(jié)構(gòu)的改造與加固，一般是在已有結(jié)構(gòu)的條件下進(jìn)行設(shè)計，對可靠性不足或者業(yè)主因使用要求而令功能改變（如增加荷載、加建等）的建筑物的相關(guān)部分采取增強(qiáng)、局部改造或調(diào)整其內(nèi)力等措施，使其具有設(shè)計規(guī)范及業(yè)主要求的安全性、耐久性和適用性?；炷两Y(jié)構(gòu)加固前，應(yīng)進(jìn)行可靠性鑒定，尚應(yīng)按現(xiàn)行規(guī)范進(jìn)行抗震能力鑒定。結(jié)構(gòu)改造加固設(shè)計應(yīng)充分了解設(shè)計意圖和相關(guān)要求，嚴(yán)格遵循設(shè)計規(guī)范的相關(guān)規(guī)定，并根據(jù)不同的適用要求及受力情況，有針對性的采用不同的改造加固方法。另外，結(jié)構(gòu)改造加固應(yīng)避免大修大補(bǔ)，從實際出發(fā)要以施工作業(yè)方便、施工技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)效果好、加固質(zhì)量高、建筑物安全可靠等原則去考慮。

二 根據(jù)工程實例對改造加固工程設(shè)計進(jìn)行分析

1 . 施工作業(yè)條件許可及施工方便應(yīng)作為必須考慮的條件之一

對于改造加固工程設(shè)計，首先要把施工作業(yè)條件許可及施工方便作為必要條件，沒有良好的施工性是只能是紙上談兵。有的加固方案雖然具有解決問題的可行性，但是，由于其方案在施工過程中增加了一定的施工難度，而造成施工工期長，影響日常工作或者對于設(shè)計方案現(xiàn)場情況較難實現(xiàn)等，也可能影響到加固質(zhì)量。例如，某市財政局檔案室加固，由于增設(shè)密集型檔案室，根據(jù)荷載規(guī)范，密集型檔案室荷載是15kN/㎡，比原來作為檔案室的5.0kN/㎡要大得多，必須進(jìn)行加固。原施工設(shè)計方案之一是采取加大截面加固法，即，通過增大構(gòu)件的截面和配筋，用以提高構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性和抗裂性，并達(dá)到加固的目的。經(jīng)對設(shè)計方案分析，此方案工藝簡單、適應(yīng)性強(qiáng)，并具有成熟的設(shè)計和施工經(jīng)驗，但卻存在一些不足之處。其一，因所有大梁必須將鋼筋保護(hù)層鑿除，鋼筋外露，大梁承載力減小，考慮到在施工時，須時刻注意防護(hù)措施是否到位，麻痹大意則易出現(xiàn)意外事故；其二，加大的截面影響房屋外觀和空間尺寸；其三，此方案現(xiàn)場施工的濕作業(yè)時間長，對辦公和生活有一定的影響，且加固后的建筑物凈空有一定的減小?；谶@些原因，經(jīng)與甲方商討，改變加固方案，梁和板采用先進(jìn)的粘貼碳纖維布和碳纖維板加固法，框架柱采用粘結(jié)外粘型型鋼加固法。粘貼碳纖維布和碳纖維板加固法施工快速、現(xiàn)場無濕作業(yè)或僅有抹灰等少量濕作業(yè)，對辦公和生活影響小，且加固后對原結(jié)構(gòu)外觀和原有凈空幾乎無影響，還具有耐腐濁、耐潮濕、、耐用、維護(hù)費用較低等優(yōu)點。外粘型鋼加固法，受力可靠、施工簡便、現(xiàn)場工作量較小，比較適用于使用上不允許顯著增大原構(gòu)件截面尺寸，但又要求大幅度提高其承載能力的混凝土結(jié)構(gòu)加固。貼碳纖維和外粘型鋼總體上提高了加固質(zhì)量，并能取得了良好的綜合效益。在改造加固設(shè)計中，我們也應(yīng)考慮在新技術(shù)、新材料、新工藝上寫文章，不斷的技術(shù)創(chuàng)新，以使改造加固達(dá)到最理想的效果。

2.不同類型改造加固工程設(shè)計分析

一般來說，改造加固工程常采用的方法有增大截面加固法、置換混凝土加固法、外加預(yù)應(yīng)力加固法、外粘型鋼加固法、粘帖纖維復(fù)合材加固法、粘帖鋼板加固法、增加支點加固法等。隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，與各種加固方法配套使用的植筋技術(shù)、錨栓技術(shù)、混凝土裂縫修補(bǔ)技術(shù)等也開始廣泛應(yīng)用于各類加固工程中。具體選用何種方案最能滿足加固工程所要求結(jié)構(gòu)安全，經(jīng)濟(jì)效益高的特點，應(yīng)根據(jù)需要加固的構(gòu)件情況，綜合確定加固方案。

2.1 梁的補(bǔ)強(qiáng)加固。筆者認(rèn)為，較為合理、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)先進(jìn)的加固方案當(dāng)屬粘帖纖維復(fù)合材加固法、粘帖鋼板加固法。前者除材料費用高外，各種優(yōu)勢盡顯其中，主要表現(xiàn)在自重輕，幾乎不增加重量；強(qiáng)度高，固化后的碳纖維強(qiáng)度比鋼材高達(dá)十幾倍。后者以造價低，施工簡單，占用空間小，加固效果好，明顯優(yōu)于加大截面法和預(yù)應(yīng)力加固法。粘帖纖維復(fù)合材加固法和粘帖鋼板加固法相對比較適合于建筑物的局部加固，而對于一些已使用多年的建筑物，普遍存在混凝土強(qiáng)度不足，結(jié)構(gòu)材料缺損，混凝土開裂，鋼筋銹蝕等現(xiàn)象而導(dǎo)致承載力不足，綜合這些情況的分析，采用增大截面加固法相對比較適合。例如，某市民服務(wù)中心的改造工程，由于原建筑物是某廠宿舍，已使用近20多年，框架梁出現(xiàn)裂縫，某些梁可能由于施工的原因出現(xiàn)蜂窩的情況，鋼筋銹蝕也多處可見，經(jīng)計算復(fù)核需要整體性加固設(shè)計。加固設(shè)計時，考慮已有缺陷和損傷的狀況，框架梁采用梁底增大截面加固法，如圖一所示；梁箍采用粘貼U型鋼板箍加強(qiáng)，如圖二所示。增大截面加固法和外粘結(jié)型鋼加固法相結(jié)合，對增大梁的強(qiáng)度，剛度和穩(wěn)定性是效果明顯，對建筑物的整體性也有保障的。該法施工工藝簡單、適應(yīng)性強(qiáng)，并具有成熟的設(shè)計和施工經(jīng)驗，在本改造工程中取得良好的效果。

2.2 柱的補(bǔ)強(qiáng)加固。較為常見的柱加固方法有外粘型鋼加固法，即，在混凝土柱四周包以型鋼進(jìn)行加固，這樣既不增大混凝土截面尺寸，又大幅度地提高混凝土柱的承載力。具體方法是將四根角鋼用改性環(huán)氧樹脂粘貼在混凝土柱的四個角上，角鋼之間用扁鋼拉緊焊牢。這種方法是“干法”作業(yè)，受環(huán)境（如溫度等）影響小，施工速度快，工作安全可靠， 柱斷面擴(kuò)大的尺寸較小，對生產(chǎn)或使用影響較?。黄淙秉c用鋼量大， 造價高。如某市財政局檔案室改造工程，由于功能改變，原設(shè)計一層柱子采用外粘型鋼加固方案，將L100×6的角鋼包于柱子四周并用綴條連接，并考慮美觀要求，在角鋼套箍外包鋼絲網(wǎng)，然后用水泥砂漿抹面，加固大樣如圖三所示。這種加固方法在工程中取得良好效果。此外，常用的加固方法還有增大截面加固法，如某市住建局停車庫改造，從房屋可靠性鑒定報告看出，某些框架柱混凝土強(qiáng)度不足，軸壓比超限，采用增大柱截面的加固方法，同時可以根據(jù)受力特點和加固目的靈活設(shè)計為單側(cè)、雙側(cè)或三面包套（如圖四所示），這為一些位置難以施工的梁提供了靈活的處理方式。增大截面加固法的特點是結(jié)構(gòu)受力圖形沒有改變，造價相對低；但由于是“濕法”作業(yè)，受環(huán)境影響大，工序多，工期長，影響建筑物的日常適用。兩種加固方法相比較，外粘型鋼加固法在施工過程中占用的空間較少，并且在完成對房屋建筑的加固之后還能夠保持建筑的原貌，在房屋建筑外觀與周邊環(huán)境方面造成的影響較小。外粘型鋼加固法相比起增大截面加固方法具有極其明顯的特征，即建設(shè)周期短，工程施工所需時間非常少。外粘型鋼加固法在原材料的選擇以及使用的施工工藝上非常簡單，是一種經(jīng)濟(jì)實惠的施工方法。這種結(jié)構(gòu)加固技術(shù)不僅是一種快速施工技術(shù)，還是一種無濕作業(yè)，或者說是少量濕作業(yè)；不僅對房屋建筑的外觀及周邊環(huán)境影響小，而且在加固工程完成后對建筑結(jié)構(gòu)不會產(chǎn)生任何不利影響

2.3 板的補(bǔ)強(qiáng)加固，較為常見的板加固方法除粘鋼加固外和增大截面外，碳纖維加固工藝也是一種先進(jìn)的加固工法。碳纖維加固法是近年來以迅速發(fā)展起來的一種混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)，它通過將高強(qiáng)度碳纖維織物或預(yù)成型板材通過改性環(huán)氧樹脂粘貼于被加固構(gòu)件表面達(dá)到改善結(jié)構(gòu)受力性能的目的。碳纖維布具有很高的抗拉強(qiáng)度和彈性模量，并具有比鋼材更好的抗疲勞性能，質(zhì)量比鋼材小很多，碳纖維材料具有優(yōu)良的抗化學(xué)腐蝕能力和耐久性，且能適用各種復(fù)雜形狀混凝土的粘貼要求，因此被廣泛應(yīng)用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的加固。例如，某市國資委檔案室加固（如圖五所示），由于使用功能的改變，樓面荷載增大，樓板的承載力也不能滿足要求，采用粘帖高強(qiáng)度碳纖維織布加固，使其滿足現(xiàn)設(shè)計承載力和抗震要求。在施工方面，粘貼后對原結(jié)構(gòu)自重和構(gòu)件尺寸沒有影響，功效高，而且不需要大型施工機(jī)具。因此，采用碳纖維加固，與其它加固工藝相比，更具有耐濕耐潮、抗腐蝕強(qiáng)、自重輕、強(qiáng)度高、施工便捷、質(zhì)量好的特點，加固性能均優(yōu)于目前其它加固方法。

另外，對于加固工程，還有焊接補(bǔ)筋加固法、套箍加固法、噴射混凝土補(bǔ)強(qiáng)法、化學(xué)灌漿修補(bǔ)法、粘鋼加固法、碳纖維加固法等，每種加固方法各有其特點及適應(yīng)范圍，只要行之有效，技術(shù)成熟，既滿足加固要求，又經(jīng)濟(jì)實用，均可采用。

3.改造加固工程設(shè)計要在新技術(shù)、新材料、新工藝上寫文章

優(yōu)秀的改造加固工程設(shè)計要在工法上體現(xiàn)出其可行性、科學(xué)性、先進(jìn)性。眾所周知，一些加固工程采用過時的加固方法需要大量的人力、物力和時間，已不能滿足當(dāng)前加固工程質(zhì)量、工期、安全、經(jīng)濟(jì)的要求，化學(xué)補(bǔ)強(qiáng)加固方法越來越以其明顯的優(yōu)勢成為加固工程中的優(yōu)選方案。例如，某商業(yè)大廈電梯提升一層的工程中的加固部分，就是采取化學(xué)補(bǔ)強(qiáng)的方法，應(yīng)用QR型建筑工程膠粘劑，對其八層框架梁進(jìn)行粘鋼加固，配合新梁的化學(xué)植筋，滿足了該大廈在電梯增高、機(jī)房設(shè)備增加，荷栽加大情況下的正常使用要求，諸如此類的方法在加固工程取得了良好效果。充分顯示出新技術(shù)、新材料、新工藝在加固工程中的應(yīng)用成果。筆者在加固設(shè)計過程中也總結(jié)出一些比較常用的連接大樣，如新舊梁的連接，新加樓板與舊梁連接等，對加固過程的施工提供了方便，如圖六，圖七所示。

三 結(jié)語

上面結(jié)合工程實例分析了幾種改造加固方法在應(yīng)用上的優(yōu)缺點，它們有各自的優(yōu)缺點，有各自的適用范圍。選擇在加固工程設(shè)計過程中選擇方案要有針對性，不同的加固工程應(yīng)采取相應(yīng)的加固措施，方案設(shè)計時需要在進(jìn)行合理性、經(jīng)濟(jì)性等考慮的同時，還要體現(xiàn)出其工藝技術(shù)的科學(xué)性和先進(jìn)性。作為一個專業(yè)的結(jié)構(gòu)設(shè)計人員，我們要利用自身的專業(yè)知識分析結(jié)構(gòu)出現(xiàn)問題的內(nèi)因、外因，靈活合理云用各結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，綜合考慮安全、耐久性、經(jīng)濟(jì)性后，做出合理的結(jié)構(gòu)加固方案，這也是一個合格的結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應(yīng)具備的基本的素質(zhì)。

參考文獻(xiàn)：

[1 ]建設(shè)部. GB 50367-2006 ，混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范[ S] .

[2 ]建設(shè)部. GB500102-2010 ，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[ S] . 北京：中國建筑工業(yè)出版社

[3 ]CECS 25∶90 ，混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范[ S] .

[4]唐業(yè)清. 建筑物改造與病害處理[M] . 北京：中國建筑工業(yè)出版社

[5 ]呂西林. 建筑結(jié)構(gòu)加固設(shè)計[M] . 北京：科學(xué)出版社

[6]萬墨林，韓繼云. 混凝土加固技術(shù)[M] . 北京：中國建筑工業(yè)出版社

[7 ]劉中伏，鄭興泉.淺析混凝土增大截面加固法[J].國防交通工程與技術(shù)

[8]吳英鍵. 建筑物抗震加固[M] . 長春：長春出版社