混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計及加固方法簡介

[摘要]建筑物結(jié)構(gòu)在長期使用和自然力影響作用下，其功能必然減弱，設(shè)計工程結(jié)構(gòu)時，要評估結(jié)構(gòu)損傷的客觀程度，并采取有效的方法保證結(jié)構(gòu)的安全使用，因此，加固混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)將成為一項重要的使命。

[關(guān)鍵詞]混凝土結(jié)構(gòu)的加固；砌體結(jié)構(gòu)的加固；鋼結(jié)構(gòu)加固

一、結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算方面的問題

1.設(shè)計構(gòu)造方面的問題

①框架節(jié)點核芯區(qū)箍筋配置應(yīng)滿足要求對于規(guī)范中規(guī)定的框架柱箍筋加密區(qū)的箍筋最小體積配箍率的要求，絕大部分設(shè)計人員都能給予足夠的重視，但對于《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011-2010）中規(guī)定的“一、二、三級框架節(jié)點核芯區(qū)配箍特征值分別不宜小于0.12、0.10、0.08且體積配箍率分別不宜小于0.6％、0.5％，0.4％?！痹O(shè)計中經(jīng)常被忽視，尤其是柱軸壓比不大時，常常不滿足要求。這一規(guī)定是保證節(jié)點核芯區(qū)延性的重要構(gòu)造措施，應(yīng)嚴(yán)格遵守。

②底層框架柱箍筋加密區(qū)范圍應(yīng)滿足要求《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011-2010）中規(guī)定：“底層柱的下端不小于柱凈高的1/3”，設(shè)計中應(yīng)重點說明

③框架梁的縱向配筋率應(yīng)注意

《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011-2010）中規(guī)定：“當(dāng)框架梁梁端縱向受拉鋼筋配筋率大于2%時，梁箍筋最小直徑的數(shù)值應(yīng)比表6.3.3中規(guī)定的數(shù)值增大2mm?！痹谀壳霸O(shè)計中，這一規(guī)定常被忽視，造成梁端延性不足。

2.計算方面的問題

①設(shè)計基本地震加速度值

《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011-2010）中規(guī)定：抗震設(shè)防烈度為7度時，設(shè)計基本地震加速度值分別為0.1g和0.15g兩種，抗震設(shè)防烈度為8度時，設(shè)計基本地震加速度值分別為0.2g和0.3g兩種。

②梁剛度放大系數(shù)

SATWE或TAT等計算軟件的梁輸入模型均為矩形截面，造成結(jié)構(gòu)的實際剛度大于計算剛度，算出的地震剪力偏小，使結(jié)構(gòu)偏于不安全。因此計算時應(yīng)將梁剛度進(jìn)行放大，放大系數(shù)中梁取2.0、邊梁取1.5為宜。

③獨立梁箍筋計算結(jié)果需復(fù)核

《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50010-2010）中規(guī)定：對集中荷載作用下的獨立梁，應(yīng)按公式進(jìn)行計算，且集中荷載作用點至支座間的箍筋，應(yīng)均勻配置。但SATWE軟件計算梁箍筋時，未考慮獨立梁這一情況，都按公式進(jìn)行計算，有時會造成計算結(jié)果偏小，設(shè)計中若遇到有獨立梁存在的情況，應(yīng)對梁箍筋的計算結(jié)果進(jìn)行手算復(fù)核。

二、混凝土結(jié)構(gòu)的加固分為直接加固與間接加固兩類

（一）直接加固的一般方法：

1、截面加大加固法

在鋼筋混凝土受彎構(gòu)件受壓區(qū)加混凝土現(xiàn)澆層，可增加截面有效高度，擴大截面面積，從而提高構(gòu)件正截面抗彎，斜截面抗剪能力和截面剛度，起到加固補強的作用。

在適筋范圍內(nèi)，混凝土彎變構(gòu)件正截面承載力隨鋼筋面積和強度的增大而提高。在原構(gòu)件正截面配筋率不太高的情況下，增大主筋面積可有效地提高原構(gòu)件正截面抗彎承載力。適用于梁、板、柱、墻和一般構(gòu)造物的混凝土的加固。

2、置換混凝土加固法

該法的優(yōu)點與加大截面法相近，且加固后不影響建筑物的凈空，適用于受壓區(qū)混凝土強度偏低或有嚴(yán)重缺陷的梁、柱等混凝土承重構(gòu)件的加固。

3、有粘結(jié)外包型鋼加固法

外包鋼加固是把型鋼或鋼板包在被加固構(gòu)件的外邊，外包鋼加固鋼筋混凝土梁一般應(yīng)采用濕式外包法，即采用環(huán)氧樹脂化灌漿等方法把型鋼與被加固構(gòu)傭粘結(jié)成一整體，加固后的構(gòu)件，由于受拉和受壓鋼截面面積大幅度提高，因此正截面承載力和截面剛度大幅度提高。

4、粘鋼加固法

鋼筋混凝土受彎構(gòu)件外部粘鋼加固是在構(gòu)件承載力不足區(qū)段（正截面受拉區(qū)、正截面受壓區(qū)或斜截面）表面粘貼鋼板，這樣可提高被加固構(gòu)件的承載力，且施工方便，適用于承受靜力作用且處于正常濕度環(huán)境中的受彎或受拉構(gòu)件的加固。該法適用于混凝土強度等級為C20-C60的混凝土承重結(jié)構(gòu)的改造、加固；不適用于已嚴(yán)重風(fēng)化的上述結(jié)構(gòu)及輕質(zhì)結(jié)構(gòu)。

（二）間接加固的一般方法：

1、預(yù)應(yīng)力加固法

2、增加支承加固法

三、與混凝土結(jié)構(gòu)加固改造配套使用的技術(shù)一般有

1、托換技術(shù)

系托梁（或桁架）拆柱（或墻）、托梁接柱和托梁換柱等技術(shù)的概稱；屬于一種綜合性技術(shù)，由相關(guān)結(jié)構(gòu)加固、上部結(jié)構(gòu)頂升與復(fù)位以及廢棄構(gòu)件拆除等技術(shù)組成；適用于已有建筑物的加固改造；與傳統(tǒng)做法相比，具有施工時間短、費用低、對生活和生產(chǎn)影響小等優(yōu)點，但對技術(shù)要求較高，需由熟練工人來完成，才能確保安全。

2、植筋技術(shù)

廣泛應(yīng)用于已有建筑物的加固改造工程，如：施工中漏埋鋼筋或鋼筋偏離設(shè)計位置的補救，構(gòu)件加大截面加固的補筋。

3、裂縫修補技術(shù)

根據(jù)混凝土裂縫的起因、性狀和大小，采用不同封護(hù)方法進(jìn)行修補，使結(jié)構(gòu)因開裂而降低的使用功能和耐久性得以恢復(fù)的一種專門技術(shù)；適用于已有建筑物中各類裂縫的處理，但對受力性裂縫，除修補外，尚應(yīng)采用相應(yīng)的加固措施——內(nèi)部修補法。

內(nèi)部修補法是用壓力泵把膠結(jié)材料壓力混凝土裂縫中，結(jié)硬后起到補縫作用，并通過其膠結(jié)性使原結(jié)構(gòu)恢復(fù)整體性，該方法適用于裂縫寬度較大，對結(jié)構(gòu)的整體性和安全性及耐久性等有影響，或有防水防滲等要求的裂縫的修補。

4、碳化混凝土修復(fù)技術(shù)

系指通過恢復(fù)混凝土的堿性（鈍化作用）或增加其阻抗而使碳化造成的鋼筋腐蝕得到遏制的技術(shù)。

5、混凝土表面處理技術(shù)

系指采用化學(xué)方法、機械方法、噴砂方法、真空吸塵方法、射水方法等清理混凝土表面污痕、油跡、殘渣以及其它附著物的專門技術(shù)。

6、混凝土表層密封技術(shù)

系指采用柔性密封劑充填、聚合物灌漿、涂膜等方法對混凝土進(jìn)行防水、防潮和防裂處理的技術(shù)。

7、其它技術(shù)

如結(jié)構(gòu)、構(gòu)件移位技術(shù)、調(diào)整結(jié)構(gòu)自振頻率技術(shù)等。

四、砌體結(jié)構(gòu)加固

砌體結(jié)構(gòu)的加固分為直接加固與間接加固兩類，設(shè)計時，可根據(jù)實際條件和使用要求選擇適宜的方法。

（一）適用于砌體結(jié)構(gòu)的直接加固方法：

1、鋼筋混凝土外加層加固法，該法屬于復(fù)合截面加固法的一種。

2、鋼筋水泥砂漿外加層加固法

適用于砌體墻的加固，有時也用于鋼筋混凝土外加層加固帶壁柱墻時兩側(cè)穿墻箍筋的封閉。

3、增設(shè)扶壁柱加固法

承載力有限，且較難滿足抗震要求，一般僅在非地震區(qū)應(yīng)用。

（二）適用于砌體結(jié)構(gòu)的間接加固方法：

1、無粘結(jié)外包型鋼加固法

該法屬于傳統(tǒng)加固方法，其優(yōu)點是施工簡便、現(xiàn)場工作量和濕作業(yè)少，受力較為可靠；適用于不允許增大原構(gòu)件截面尺寸，卻又要求大幅度提高截面承載力的砌體柱的加固；其缺點為加固費用較高，并需采用類似鋼結(jié)構(gòu)的防護(hù)措施。

2、預(yù)應(yīng)力撐桿加固法

適用于加固處理高應(yīng)力、高應(yīng)變狀態(tài)的砌體結(jié)構(gòu)的加固；其缺點是不能用于溫度在60℃以上的環(huán)境中。

（三）砌體結(jié)構(gòu)構(gòu)造性加固與修補

1、增設(shè)圈梁加固

2、增設(shè)梁墊加固

3、砌體裂縫修補

五、鋼結(jié)構(gòu)加固

鋼結(jié)構(gòu)加固的主要方法有：減輕荷載、改變結(jié)構(gòu)計算圖形、加大原結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面和連接強度、阻止裂紋擴展等。當(dāng)有成熟經(jīng)驗時，亦可采用其它加固方法。

1、改變結(jié)構(gòu)計算圖形

2、加大構(gòu)件截面的加固

3、連接的加固與加固件的連接

4、裂紋的修復(fù)與加固

結(jié)構(gòu)因荷載反復(fù)作用及材料選擇、構(gòu)造、制造、施工安裝不當(dāng)?shù)犬a(chǎn)生具有擴展性或脆斷傾向性裂紋損傷時，應(yīng)設(shè)法修復(fù)。在修復(fù)前，必須分析產(chǎn)生裂紋的原因及其影響的嚴(yán)重性，有針對性地采取改善結(jié)構(gòu)實際工作或進(jìn)行加固的措施，對不宜采用修復(fù)加固的構(gòu)件，應(yīng)予拆除更換。

結(jié)束語

總之，設(shè)計鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)時要注意多方面細(xì)節(jié)問題，只有熟練地掌握規(guī)范，并具有良好的結(jié)構(gòu)概念，才能設(shè)計出既安全又經(jīng)濟適用的建筑物。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙震洋.老化混凝土的斷面特征與損傷描述研究.