建筑結(jié)構(gòu)加固的探討

鄭福金

（深圳粵鵬建筑設(shè)計(jì)有限公司南昌分公司，江西 南昌330002）

1 建筑加固的主要原因：

1.1 當(dāng)建筑物超過或達(dá)到設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期(一般為50年)時(shí)，從理論上講，結(jié)構(gòu)已經(jīng)老化，不宜繼續(xù)服役，因而需要對其加固。

1.2 隨著生產(chǎn)的發(fā)展和人們生活水平的提高，人們對現(xiàn)有建筑物的功能感到不能滿足新的使用要求。

1.3 有些建筑物質(zhì)量低劣，需要加固處理。

2 建筑結(jié)構(gòu)加固的原則及方法：

2.1 建筑結(jié)構(gòu)加固的原則

建筑結(jié)構(gòu)的加固與改造應(yīng)遵循先鑒定后加固的原則。加固方案應(yīng)合理可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、方便施工，盡量減少對原有建筑的損壞。

2.2 建筑結(jié)構(gòu)加固的方法

2.2.1 直接加固法

①增大截面法。增大截面法是用同一種材料，通過增大構(gòu)件截面面積，提高構(gòu)件的承載力和剛度來達(dá)到對原構(gòu)件進(jìn)行加固之目的的一種傳統(tǒng)的加固方法。這種方法被廣泛應(yīng)用于加固磚結(jié)構(gòu)中的梁、板、柱、墻等一般構(gòu)件，鋼結(jié)構(gòu)中的柱、屋架(補(bǔ)焊型鋼)，以及磚墻、磚柱等。增大截面法的加固效果與原結(jié)構(gòu)的應(yīng)力水平、材料性能、施工工藝、結(jié)合面構(gòu)造處理及是否卸荷加固等因素直接相關(guān)。

②外包鋼加固法。外包鋼加固法是在結(jié)構(gòu)構(gòu)件(或桿件)四角(或兩角)包以型鋼的加固方法，它是一種使用面較廣的傳統(tǒng)加固方法。該方法分為干式外包鋼和濕式外包鋼兩種形式。它可在基本不增大構(gòu)件截面尺寸的情況下提高承載力，增大延性和剛度。外包鋼加固法適用于砼柱、梁、屋架以及砌體柱和窗間墻，也適用于煙囪等構(gòu)筑物的加固。值得一提的是，這種方法特別適合大型結(jié)構(gòu)及大跨度結(jié)構(gòu)，以及使用上不允許增大原構(gòu)件截面尺寸、卻又要求大幅度提高截面承載能力、增大延性和剛度的結(jié)構(gòu)加固。

③預(yù)應(yīng)力加固法。預(yù)應(yīng)力加固法是采用外加預(yù)應(yīng)力鋼拉桿（分水平拉桿、下?lián)问嚼瓧U和組合式拉桿三種)或型鋼撐桿，在被加固構(gòu)件體外增設(shè)預(yù)應(yīng)力拉桿或撐桿，通過施加預(yù)應(yīng)力，使體外的拉桿或壓桿與被加固的構(gòu)件共同受力，克服被加固構(gòu)件應(yīng)力的超前現(xiàn)象，提高建筑物體承載能力和剛度的方法。此方法的優(yōu)點(diǎn)是:可在幾乎不改變使用空間的條件下，改變原結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布并降低原結(jié)構(gòu)的應(yīng)力水平，使結(jié)構(gòu)構(gòu)件的正截面及斜截面承載能力得到提高。因預(yù)應(yīng)力能消除或減緩后加桿件的應(yīng)力滯后現(xiàn)象，使后加部分與原結(jié)構(gòu)能較好地共同作用，加之預(yù)應(yīng)力所產(chǎn)生的負(fù)彎矩可抵消部分荷載彎矩，減小原梁的撓度，縮小原梁裂縫寬度甚至可使其完全閉合。該方法被廣泛用于加固砼梁、板等受彎構(gòu)件以及砼柱(用預(yù)應(yīng)力頂撐加固)等。

④外部粘貼加固法。

外部粘貼加固法是用粘結(jié)劑將鋼板或纖維增強(qiáng)復(fù)合材料等粘貼到構(gòu)件需要加固的部位，以提高構(gòu)件承載力和剛度的一種加固方法。這種方法在提高承載力的同時(shí)，還可以約束核心混凝土，提高混凝土強(qiáng)度和構(gòu)件的延性。

⑤輔助結(jié)構(gòu)加固法。

該方法直接用于處在被加固構(gòu)件位置的型鋼、鋼構(gòu)架或預(yù)制構(gòu)件來分擔(dān)、作用于被加固構(gòu)件上的荷載的方法。該方法具有施工簡便、結(jié)構(gòu)自重增加少，可大幅度提高承載力等特點(diǎn)。但其占用空間較大，連接構(gòu)造亦較復(fù)雜。因此，該方法多用于需要大幅度提高承載力和剛度的構(gòu)造及地基基礎(chǔ)的加固。

⑥注漿加固法。

該方法利用壓力，把粘結(jié)性能較好的材料注入到被加固構(gòu)件內(nèi)部的空隙中，以提高被加固構(gòu)件的完整性、密實(shí)性，增加材料的強(qiáng)度。該方法多用于混凝土或砌體結(jié)構(gòu)的裂縫等內(nèi)部缺陷的修復(fù)、加固及地基加固。

2.2.2 間接加固法

①增設(shè)構(gòu)件加固法。該方法是在原有構(gòu)件基礎(chǔ)上增加新的構(gòu)建，用以減少受荷面積，從而達(dá)到結(jié)構(gòu)加固之目的。采用該方法一般不會損害原結(jié)構(gòu)，且易于操作，但需增加新構(gòu)件，有時(shí)會對原有的構(gòu)件功能產(chǎn)生負(fù)面影響。

②增設(shè)支點(diǎn)加固法。即在梁、板等構(gòu)件上增設(shè)新的支點(diǎn)，在柱子、屋架之間增設(shè)支撐構(gòu)件，用以減少結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計(jì)算跨度、荷載效應(yīng)，挖掘構(gòu)件潛力，增加構(gòu)件的穩(wěn)定性，以達(dá)到加固的目的。

③增加結(jié)構(gòu)整體性加固法。即通過增加支撐等措施使結(jié)構(gòu)構(gòu)件形成整體，共同作用。因整體結(jié)構(gòu)構(gòu)件被破壞的概率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于單個構(gòu)件，所以可以達(dá)到結(jié)構(gòu)加固的目的。

④改變結(jié)構(gòu)剛度比加固法。即對局部結(jié)構(gòu)采取措施，改變原有結(jié)構(gòu)的剛度比，用以調(diào)整結(jié)構(gòu)在荷載作用下的內(nèi)力分布和改善結(jié)構(gòu)的受力狀況來達(dá)到加固的目的。

⑤卸荷加固法。即采用新型建筑材料置換原有的建筑分隔或裝飾材料，用以減少荷載，提高結(jié)構(gòu)的可靠性。

3 加固技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

傳統(tǒng)的加固方法如增大截面法、外包鋼加固法、粘鋼加固法等的技術(shù)和研究都較為成熟，并廣泛運(yùn)用于工程實(shí)際，取得了較好的效果．我國在試驗(yàn)和工程實(shí)際的基礎(chǔ)上編制了《混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范》。近年來出現(xiàn)的一些新加固技術(shù)，如粘貼纖維復(fù)合材料加固法、鋼絲網(wǎng)水泥砂漿加固法、纖維材料的嵌入式加固法等，這些技術(shù)從一開始引進(jìn)和出現(xiàn)在國內(nèi)，就以它們優(yōu)異的性能、特點(diǎn)和加固效果得到了工程界的關(guān)注和青睞，廣大科研技術(shù)人員在新加固技術(shù)方面開展了大量的試驗(yàn)研究和理論分析，國家也頒布了一些新加固技術(shù)規(guī)范，在工程實(shí)踐中正逐步推廣，預(yù)計(jì)不久的將來，隨著新加固技術(shù)的逐步成熟，一定會在程中得到廣泛應(yīng)用。

3.1 碳纖維加固技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

我國在利用碳纖維加固技術(shù)的研究和應(yīng)用起步較晚，發(fā)展卻很迅猛，1997年國家工業(yè)建筑診斷與改造工程技術(shù)研究中心率先開始了“碳纖維材料加固修補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)”的試驗(yàn)研究開發(fā)與應(yīng)用，并被定為國家“九五”重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目，隨后通過采用進(jìn)口的碳纖維材料在北京、上海、遼寧、江蘇等省市進(jìn)行了一些實(shí)際工程結(jié)構(gòu)的補(bǔ)強(qiáng)加固，并取得了較好的效果。目前，我國已經(jīng)具有生產(chǎn)粘貼樹脂的能力；碳纖維材料的開發(fā)也在加緊研制中；2003年，中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會發(fā)布了企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《碳纖維布加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》。

3.2 鋼絲網(wǎng)水泥砂漿加固技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

鋼絲網(wǎng)水泥是一種由鋼絲網(wǎng)增強(qiáng)的水泥復(fù)合砂漿，具有較高韌性、抗拉強(qiáng)度和抗裂能力．特別適于輪廓外形的結(jié)構(gòu)單元的修復(fù)和加固。目前國內(nèi)已將該項(xiàng)技術(shù)用于下水管道的內(nèi)補(bǔ)維修、大壩防滲面板的加固及水庫泄洪閘墩的加固等。湖南大學(xué)結(jié)構(gòu)研究所課題組進(jìn)行了用鋼絲網(wǎng)水泥砂漿來加固混凝土梁的實(shí)驗(yàn)研究，并在提高構(gòu)件承載力和控制構(gòu)件裂縫等方面取得了較好的效果。用鋼絲網(wǎng)水泥加固混凝土結(jié)構(gòu)的研究歷史在國外也只有20多年，其應(yīng)用仍處于初始階段，而國內(nèi)在這方面的研究還剛起步，有許多理論和技術(shù)方面的問題有待解決。

3.3 纖維復(fù)合材料嵌入式加固技術(shù)

纖維復(fù)合材料嵌入式加固技術(shù)是將加固材料放入結(jié)構(gòu)表面預(yù)先開好的槽中，并向槽中注入粘結(jié)材料使之形成整體，碳纖維材料粘貼加固技術(shù)存在的防火性能差、粘貼在樓面上(負(fù)彎矩區(qū)域)易被人為或環(huán)境破壞、易產(chǎn)生剝離破壞等缺陷，在采用嵌入式加固法中都可以得到很好地克服。目前國外已經(jīng)有了一定規(guī)模的研究和應(yīng)用，國內(nèi)在國家工業(yè)建筑診斷與改造技術(shù)研究中心開展了這項(xiàng)技術(shù)的試驗(yàn)研究，但尚未應(yīng)用于工程實(shí)踐，今后要開展的工作主要是：加快完善和推廣纖維復(fù)合材料嵌入式加固技術(shù)；建立此項(xiàng)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范；進(jìn)行這方面的理論研究等。

4 結(jié)束語

建筑結(jié)構(gòu)在服役期間，隨著時(shí)間的流逝，會因劣化、損傷造成使用功能下降，或因技術(shù)條件的限制，以及使用功能的改變等條件使工程無法正常的使用。如果能夠科學(xué)地分析這種劣化、損傷的規(guī)律和程度，及時(shí)采取有效的處理措施，就可以延緩結(jié)構(gòu)的損傷過程，達(dá)到延長結(jié)構(gòu)使用壽命的目的。

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