結(jié)構(gòu)加固在既有建筑改造中的應用

伏立志

（北京建工四建工程建設有限公司，北京 100024）

1 引言

既有建筑結(jié)構(gòu)改造是延長建筑物使用壽命的重要方式。既有建筑的結(jié)構(gòu)受到老化等因素的影響，穩(wěn)固性變差，會增加該建筑存的安全隱患。因此，研究既有建筑結(jié)構(gòu)加固，逐漸受到相關(guān)人員的重視。

2 既有建筑結(jié)構(gòu)加固改造原則

2.1 整體性原則

在應用既有建筑結(jié)構(gòu)加固改造技術(shù)時，方案設計人員需遵循整體性原則制訂建筑結(jié)構(gòu)加固方案。首先，整體分析既有建筑的原始結(jié)構(gòu)，以此為基礎確定建筑結(jié)構(gòu)加固改造方案，使改造方案滿足結(jié)構(gòu)加固需求并具有可行性，為實際技術(shù)應用創(chuàng)造基礎條件。其次，了解該既有建筑內(nèi)各構(gòu)件的情況，明確構(gòu)件的數(shù)量并分析構(gòu)件對建筑穩(wěn)定性的影響程度。若設計人員未仔細檢查所有構(gòu)件，難以發(fā)現(xiàn)構(gòu)件中存在的問題，會導致改造方案的實際應用效果難以達到預期標準。最后，考察待加固建筑的實際情況，結(jié)合原有結(jié)構(gòu)特點確定加固方案，減小加固改造對原有建筑結(jié)構(gòu)的影響。遵循整體性原則制訂改造方案是解決既有建筑結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定問題的主要方式，可降低既有建筑材料老化對建筑安全性的消極影響，為技術(shù)應用創(chuàng)造良好的基礎條件并優(yōu)化技術(shù)應用效果。

2.2 合理性原則

合理性原則是制訂既有建筑結(jié)構(gòu)加固改造方案需遵循的原則之一。為保證改造方案的科學性，相關(guān)人員應將該原則與整體性原則相結(jié)合確定改造方案，實現(xiàn)提高建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的目標。制訂科學合理的改造方案可改善既有建筑原結(jié)構(gòu)的性能，強化既有建筑的結(jié)構(gòu)質(zhì)量。

制訂科學的改造方案前，需開展以下工作：首先，分析既有建筑結(jié)構(gòu)的受力情況，找出既有建筑結(jié)構(gòu)的薄弱點，將薄弱點結(jié)構(gòu)加固改造作為改造工作的重點，使改造方案滿足既有建筑的結(jié)構(gòu)加固需求[1]。其次，嚴格按照計算步驟與計算公式得出建筑結(jié)構(gòu)加固改造的具體規(guī)格，以計算結(jié)果為依據(jù)對改造方案進行細化，提高結(jié)構(gòu)加固改造方案的合理性。

合理性原則與整體性原則是在建筑結(jié)構(gòu)加固改造方案制訂中必須遵循的原則，也是合理應用技術(shù)高質(zhì)量地完成建筑加固改造項目的基礎，可使改造方案滿足既有建筑結(jié)構(gòu)加固改造的需求，又提高改造方案的整體可行性，使改造后的建筑具有較強的穩(wěn)定性。

3 既有建筑結(jié)構(gòu)加固技術(shù)

3.1 加大截面加固法

加大截面是加固既有建筑結(jié)構(gòu)的主要方法，這種加固方法常用于建筑混凝土結(jié)構(gòu)外層加固。應用該方法加固后的建筑構(gòu)件截面擴大，原有部件材料與加固材料形成統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)加固的目標。使用增大截面加固法，需要計算待加固部位的抗剪承載力?？辜舫休d力Vu由承載立柱提供，將建筑物承受的荷載傳遞給基礎結(jié)構(gòu)，再通過基礎結(jié)構(gòu)傳遞給地基，其承載力在一定程度上取決于橫斷面尺寸和材料強度。其數(shù)值通過式（1）計算：

式中，μ 為摩擦系數(shù)；Avf為穿過加固面的鋼筋總面積；fy為鋼筋屈服強度。

求得的抗剪承載力對確定擴大面積有重要參考作用?？梢圆捎脭U大建筑結(jié)構(gòu)受拉主筋面積，提高建筑結(jié)構(gòu)部件的抗彎能力與剛度的方法進行加固法。應用該加固方法時，需保證加固板厚度超過4 cm，加固梁厚度超過6 cm，且加固材料的強度高于原部件材料強度。在實際應用技術(shù)之前，需將原有部件表面鑿毛，并保證深度在6 mm 以上，徹底清除原部件的密實部分。除此之外，還應注意新增鋼筋與原結(jié)構(gòu)鋼筋保持2 cm以上的距離，減少原有結(jié)構(gòu)對技術(shù)應用效果的影響。

3.2 置換混凝土加固法

置換混凝土法是大多數(shù)既有建筑結(jié)構(gòu)加固改造的常用方法，該方法通過使用新材料替換原有混凝土，以改善原有建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性?；炷潦墙ㄖY(jié)構(gòu)的主要組成部分，因此，置換混凝土技術(shù)被廣泛應用于建筑結(jié)構(gòu)加固項目中。置換混凝土技術(shù)應用流程圖如圖1 所示。技術(shù)應用人員需熟練掌握技術(shù)應用流程，保證技術(shù)應用效果。

圖1 置換混凝土技術(shù)應用流程圖

在選擇置換材料時，技術(shù)應用人員需遵循以下原則：（1）檢驗建筑原有混凝土的性能，確保置換材料的性能高于原材料，應用該技術(shù)后可有效提高原有建筑結(jié)構(gòu)[2]；（2）既有建筑結(jié)構(gòu)加固改造工期短，在技術(shù)應用期間保持建筑內(nèi)的空氣質(zhì)量至關(guān)重要，因此，所用新材料需具備較高的環(huán)保性與安全性，在完成加固改造工作的同時減少改造工作對建筑周圍環(huán)境的不良影響。

3.3 黏結(jié)外包型鋼加固法

黏結(jié)外包型鋼加固法是一種新型建筑結(jié)構(gòu)加固法，這種加固法是通過在固定位置粘貼型鋼構(gòu)件提高原有建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，對提高建筑結(jié)構(gòu)整體性具有重要作用。該技術(shù)應用流程如圖2 所示，技術(shù)人員需掌握各環(huán)節(jié)的技術(shù)要點，保證技術(shù)應用效果與加固要求相符。

圖2 黏結(jié)外包型鋼加固工藝流程

剛度是材料在受力時抵抗彈性變形所具備的能力，計算黏結(jié)外包型鋼的截面剛度EI 近似值的公式為：

式中，Ec0為原建筑構(gòu)件混凝土的彈性模量；Ic0為原構(gòu)件截面慣性矩；Ea是加固型鋼的彈性模量；Aa加固型鋼一側(cè)截面面積；aa是型鋼兩側(cè)截面之間的間距。

在采用濕式外包鋼加固法時，需考慮二次受力的影響，并確定折減型鋼的強度，折減系數(shù)取值一般為0.9，有助于提高計算結(jié)果的準確性。在使用黏結(jié)外包型鋼加固技術(shù)時，需維持周邊環(huán)境低于60 ℃，空氣相對濕度小于70%，且原結(jié)構(gòu)混凝土強度等級高于C15。與此同時，所選型鋼的材料厚度應在2～6 mm，厚度超過標準會提高型鋼粘貼的難度。除此之外，當鋼板表面用水泥抹面且型鋼粘貼位置為梁時厚度小于2 cm，當粘貼位置為板時，厚度不應超過1.5 cm。

3.4 粘貼碳纖維加固法

粘貼碳纖維也是既有建筑結(jié)構(gòu)常用加固方法之一，在應用這種加固技術(shù)時，技術(shù)人員將備好的碳纖維材料粘貼到原有建筑結(jié)構(gòu)中，常用于加固建筑結(jié)構(gòu)中的薄弱部位。粘貼碳纖維加固建筑結(jié)構(gòu)的具體流程如圖3 所示，技術(shù)應用人員需按照該流程開展既有建筑結(jié)構(gòu)加固改造工作，充分發(fā)揮該技術(shù)的建筑結(jié)構(gòu)加固作用。在應用該技術(shù)時，技術(shù)人員要掌握以下技術(shù)要點：（1）粘貼碳纖維的厚度需與建筑結(jié)構(gòu)加固改造項目實際需求向適應，并在裁切碳纖維時使用鋼直尺與壁紙刀。（2）將樹脂與固化劑按照標準比例調(diào)配并裝入適當盛放容器中進行攪拌，保證調(diào)和量可在時間范圍內(nèi)使用完畢[3]。調(diào)和劑第一次涂抹稱為下涂，當碳纖維的規(guī)格為200 g/m2時，涂量應為400～500 g/m2，碳纖維規(guī)格為300 g/m2涂量為500～600 g/m2。第二次涂抹也稱為上涂，所用調(diào)和劑的量分別為100～200 g/m2與200～300 g/m2。粘貼碳纖維加固后，既有建筑結(jié)構(gòu)的抗壓強度應大于40 MPa，抗剪強度大于10 MPa，抗拉強度大于30 MPa。

圖3 粘貼碳纖維技術(shù)應用流程圖

3.5 預應力結(jié)構(gòu)加固技術(shù)

預應力結(jié)構(gòu)加固技術(shù)是一種新型的建筑結(jié)構(gòu)加固工藝，應用該技術(shù)時技術(shù)人員通過加固結(jié)構(gòu)中的水平桿使其形成軸向張力達到加固目標，這種技術(shù)能夠克服加固施工產(chǎn)生的部分外荷載效應，相較于其他技術(shù)加固效果更好。該技術(shù)應用過程中如若出現(xiàn)水平拉桿與構(gòu)件緊密貼合的現(xiàn)象，需將二者共同繞曲，兩桿處非緊密貼合狀態(tài)時不能進行繞曲，會對技術(shù)應用效果產(chǎn)生消極影響。該技術(shù)需要對構(gòu)件與水平拉桿組成的復合超靜定結(jié)構(gòu)體系的內(nèi)力進行計算，并在此基礎上求出截面承載力，水平桿的拉力由預應力與新增荷載共同組成。下?lián)问嚼瓧U加固的原理為將拉桿的軸向力傳遞至被加固構(gòu)件，借此抵消部分外力荷載，并將原有構(gòu)件變?yōu)槠珘簶?gòu)件。在實際既有建筑結(jié)構(gòu)加固改造工作進行中，應用該技術(shù)加固效果明顯，但由于發(fā)展時間短，技術(shù)尚未成熟且大部分技術(shù)人員不能熟練掌握技術(shù)要點，影響技術(shù)的實際應用效果。

3.6 增設支點加固技術(shù)

增設支點加固技術(shù)也是加固既有建筑結(jié)構(gòu)的有效方法，這種技術(shù)通過增強原有結(jié)構(gòu)的支撐力實現(xiàn)結(jié)構(gòu)加固的目標，提升既有建筑的安全性與穩(wěn)定性。常用的增設支點加固技術(shù)有剛性支點加固與彈性支點加固兩種，技術(shù)人員在實際工作中需結(jié)合項目的實際情況合理選擇增加支點的方式。選擇增加支點方式后，技術(shù)人員需確定項目所需添加的支點數(shù)量，計算建筑結(jié)構(gòu)承受的實際壓力，以此得出各截面的承載力，依據(jù)計算結(jié)果確定增設支點的方案，提高原有建筑結(jié)構(gòu)的支撐力。除此之外，技術(shù)人員在計算壓力數(shù)值時，需考慮支撐結(jié)構(gòu)的豎向變形，得出合理的建筑結(jié)構(gòu)承受壓力波動范圍。

4 結(jié)語

綜上所述，既有建筑結(jié)構(gòu)改造人員在應用技術(shù)時，需嚴格遵守技術(shù)應用原則并熟練掌握技術(shù)應用技巧，充分發(fā)揮加固技術(shù)的應用效果，高質(zhì)量完成結(jié)構(gòu)加固改造工作。提高既有建筑結(jié)構(gòu)加固工作的技術(shù)應用水平至關(guān)重要，技術(shù)人員需熟練掌握技術(shù)要點并為既有建筑選擇合適的加固方案，大幅度提升既有建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。