分析鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)加固技術(shù)的研究與應(yīng)用

魏冬冬

【摘要】本文研究的主要內(nèi)容是既有建筑的可靠性鑒定及其加固技術(shù)。我國房屋建筑用地資源有限、原有建筑不滿足目前的使用要求、地震災(zāi)害造成既有建筑存在安全隱患、偶然作用使得建筑部分構(gòu)件出現(xiàn)損傷等等多重原因造成建筑物急需進行加固維修，促使近年來我國建筑加層、加固技術(shù)發(fā)展越來越快，對既有建筑進行加固施工已經(jīng)成為政府部門及建筑行業(yè)廣泛關(guān)注和研究的問題。影響建筑物加固的因素有很多，如建筑結(jié)構(gòu)形式不一、施工難易程度不同、加固改造要求不同、后期使用條件不同等。

【關(guān)鍵詞】鋼筋混凝土；框架結(jié)構(gòu)；加固技術(shù)

我國經(jīng)濟水平不斷提高，城市大規(guī)模擴建、人口迅速膨脹，人們對居住的衛(wèi)生環(huán)境、周邊的教育規(guī)模、交通通暢情況等也要求越來越高，這使得本就已經(jīng)受到限制的城市用地更加緊張。土地資源有限使得人們越來越多的把目標投向了對既有建筑物的修繕與改造，通過在已有建筑上加層設(shè)計達到增加使用面積的目的。建筑物自身性能漸漸老化、結(jié)構(gòu)功能慢慢衰減是建筑物的一個不可逆轉(zhuǎn)的客觀規(guī)律，科學(xué)地評估建筑物的損傷規(guī)律及其程度，并及時采取有效措施進行加固和修繕，可延緩既有建筑的結(jié)構(gòu)損傷進程，達到延長建筑物使用壽命的目的。所以對建筑結(jié)構(gòu)的加固技術(shù)進行研究并使之發(fā)展應(yīng)用，具有重要的理論意義和巨大的經(jīng)濟效益。

一、建筑結(jié)構(gòu)加固技術(shù)

1.增大截面加固法

增大截面加固法是較為經(jīng)典的一種建筑物加固技術(shù)，主要是借助在建筑物的構(gòu)件外表面增大其截面面積或增配鋼筋來提高建筑物的構(gòu)件承載能力和整體剛度的目的，增大截面加固法可廣泛的應(yīng)用于一般的梁、板、柱、墻等混凝土受彎、受壓構(gòu)件，其工藝簡單、適用面較廣泛，是目前建筑行業(yè)最為廣泛的一種建筑結(jié)構(gòu)加固形式。根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力特點、加固目的、構(gòu)件尺寸等，可將既有建筑結(jié)構(gòu)的增大截面加固方案設(shè)計分為單側(cè)加固、雙側(cè)加固、三側(cè)加固、四面包裹四種；根據(jù)不同的加固目的和要求又可分為以增大截面面積為主要形式的加固方式和以增加鋼筋用量為主的加固方式以及增大截面同時增加鋼筋的加固形式。較早的民間運用增大截面加固技術(shù)對自己房屋等進行加固，具有相對成熟的設(shè)計理論和豐富的實際工程經(jīng)驗，并且增大截面加固的工程成本較低，但加固時候的施工工藝較復(fù)雜，現(xiàn)場施工的濕作業(yè)時間長、會增大結(jié)構(gòu)的自重、會減少建筑物的凈空的和實際使用面積。

2.外貼型鋼加固法

外貼型鋼加固法是一種在既有混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件四周包以型鋼進行加固的方法，分干式外貼型鋼和濕式外貼型鋼兩種施工形式[54]。外貼型鋼法主要是通過在既有混凝土結(jié)構(gòu)的外表面粘貼型鋼，讓新增的型鋼與被加固的原構(gòu)件共同作用形成一個受力體系，以增強被加固構(gòu)件的抗彎能力和抗剪能力，從而進一步提高結(jié)構(gòu)的安全度。外貼型鋼加固法適用承受靜力作用且處于正常濕度環(huán)境中的受彎構(gòu)件的加固，是近年來發(fā)展最快的一種加固方法。這種方法適用于需要大幅度提高承載力、增大延性和剛度，但不允許過大的增大結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的加固。一般較適用于混凝土柱、梁、屋架、特別是大型結(jié)構(gòu)和大跨度結(jié)構(gòu)的加固。

3.粘貼碳纖維復(fù)合材料加固法

纖維聚合物具有強度高、剛度大、優(yōu)異的耐腐燭、抗疲勞性能并且剪裁方便，碳纖維的主要組成部分是碳元素（一般為90%以上），不同種類的碳纖維含碳量個不相同，碳纖維耐高溫、耐腐燭、具有顯著的各向異性、可加固各種形狀的構(gòu)件。碳纖維的比重僅為鐵的1/4-1/5，但是它的強度和重量比卻是鋼板的3-5倍，碳纖維擁有與鋼材相近甚至比鋼材更高的的強度和剛度，而且具有鋼材所不能比擬的耐腐燭性和各向異性、耐螺動性、耐熱性、抗疲勞能力，碳纖維增強材料能在具有高腐燭危害的環(huán)境中使用，碳纖維復(fù)合材料在延續(xù)了碳纖維材料各種性能的同時添加了部分新新材料（樹脂、陶瓷、特殊金屬等）以提高材料自身性能，因其具有的優(yōu)越性而越發(fā)受到土木工程行業(yè)的重視。碳纖維復(fù)合材料加固既有的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，使得新、舊組合構(gòu)件的后期強度大幅度提高，并且加固的施工速度也大幅度上升，加固后的組合結(jié)構(gòu)構(gòu)件比鋼材具有更好的的耐腐燭性、耐久性；碳纖維復(fù)合材料加固技術(shù)適用面廣、施工質(zhì)量容易保證，對結(jié)構(gòu)的影響小。

二、工程概況

西安某高校運動場占地12022.20m2，附屬建筑面積為3502.97m2，觀眾席固定席位為8200座，建筑耐火等級為2級，建筑耐久年限為50年，結(jié)構(gòu)類型為框架結(jié)構(gòu)，建筑抗震設(shè)防烈度為8度。由于設(shè)計變更，看臺原結(jié)構(gòu)設(shè)計中舞臺位置的鋼筋混凝土柱不能夠滿足承載力要求。該工程中需要加固的鋼筋混凝土柱高7.29m，其上立有一根長10.5m的鋼柱。鋼筋混凝土套箍加固技術(shù)是我國另一種應(yīng)用較多的增大截面加固技術(shù)，其主要是通過套箍加固層來約束、限制核心混凝土（即原有混凝土柱構(gòu)件）的橫向變形，提高核心混凝土的強度與延性，充分發(fā)揮混凝土材料的抗壓性能；新增鋼筋混凝土套箍可以封閉既有結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)的裂縫，使原有的結(jié)構(gòu)構(gòu)件裂縫變成新構(gòu)件的內(nèi)部裂縫，使裂縫開裂處的應(yīng)力強度因子降低約40%左右，抑制了裂縫的進一步擴展。鋼筋混凝土套箍加固技術(shù)主要是通過沿原結(jié)構(gòu)構(gòu)件的環(huán)向增加新的鋼筋混凝土套箍層，使其形成新舊構(gòu)件組合的結(jié)構(gòu)共同受力，從而增大結(jié)構(gòu)構(gòu)件的剛度、強度，達到提高結(jié)構(gòu)整體性能和承載力的目的。本工程實例中，鋼筋混凝土柱構(gòu)件因承載力不足而需加固，且需保證加固過程不會影響運動場的正常使用，采用套箍加固技術(shù)能達到有效加固的效果，故可采用。原有建筑結(jié)構(gòu)其形式各有不同，針對不同使用要求的原有建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)采取不同的加層、加固措施。綜合考慮加層加固方案的合理性、經(jīng)濟性和安全性后，小食堂改、擴建項目初步計劃采取直接在原結(jié)構(gòu)上加層加固設(shè)計的方案有以下幾種：

第一，增加兩層鋼筋混凝土全框架結(jié)構(gòu)。此方案的優(yōu)點是造價相對比較低，新加的結(jié)構(gòu)能和原有建筑結(jié)構(gòu)相同并有很好的連接，立面也比較容易處理，維護簡單方便。缺點是新增重量相對較大，當遇見跨度大的空間時其所用的梁、柱截面等都需要較大的增加，影響加層加固后的實際空間的使用，對原有結(jié)構(gòu)的影響也大，上下節(jié)點連接的處理比較麻煩。

第二，增加兩層輕鋼結(jié)構(gòu)。此種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是施工周期短、重量輕、工業(yè)化程度高、加層結(jié)構(gòu)形式多選。不足之處是造價較高，同時鋼結(jié)構(gòu)與下部鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)連接處節(jié)點構(gòu)造復(fù)雜，對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)影響大，下部現(xiàn)有結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，上部采用鋼結(jié)構(gòu)，上下剛度不一致，結(jié)構(gòu)體系復(fù)雜

結(jié)束語：我國目前因土地資源有限，使得人們越來越多地把目光投向了對既有建筑的修繕與改造，通過在己有建筑上加層以達到增加建筑使用面積的目的。與新建建筑物相比，對原有建筑物進行加層、加固和現(xiàn)代化改造不僅見效快，而且其造價僅為新建建筑物的30%-60%，經(jīng)濟效益和社會效益顯而易見。

參考文獻

[1]鄭華彬.基于目標使用期和整體可靠性的既有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)鑒定與加固研究[D].華南理工大學(xué)，2010.

[2]朱纓，孫增壽，宋萬增.鋼纖維和鋼絲網(wǎng)混凝土的研究及工程應(yīng)用[J].混凝土與水泥制品，2012，6 （20） ：736-739.

[3]蔣隆敏.鋼筋網(wǎng)高性能水泥復(fù)合砂漿加固RC柱在靜載與低周反復(fù)荷載作用下的性能研究[D].湖南大學(xué)，2012.

[4]蘇三慶，豐定國，王清敏.用鋼筋網(wǎng)水泥砂漿抹面加固磚墻的抗震性能試驗研究[J].西安建筑科技大學(xué)學(xué)報，2013，30（3）：228-232.