建筑結(jié)構(gòu)加固方法簡(jiǎn)析

張玉梅

（江蘇省常州建設(shè)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 常州 213016）

一、建筑結(jié)構(gòu)加固背景

在過去的30年，隨著我國(guó)國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，GDP高速增長(zhǎng)，城市化的進(jìn)程不斷提高，我國(guó)的建筑業(yè)得到了巨大的發(fā)展，它正充當(dāng)著拉動(dòng)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要引擎。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)由于耐久性好、可模性好、原材料成本低、易于保養(yǎng)等特點(diǎn)，仍是現(xiàn)今結(jié)構(gòu)工程的主流。大多數(shù)建筑物及構(gòu)筑物都是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或離不開鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

在建筑物設(shè)計(jì)壽命內(nèi)，由于其所有權(quán)變更、使用功能改變和建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件使用荷載變化等因素影響，使得這些建筑物不能滿足使用功能的要求，重建既不可能或因經(jīng)濟(jì)因素，大量建筑物就需要進(jìn)行加固改造處理。我國(guó)現(xiàn)有大量為20世紀(jì)80年代以前的建筑，由于歷史原因和結(jié)構(gòu)的自然損傷，許多建筑物都急待維修。據(jù)住建部有關(guān)資料表明，我國(guó)每年有將近3000多萬平方米的建筑物發(fā)生開裂、傾斜和破損。建筑物使用年限過長(zhǎng)在我國(guó)工業(yè)廠房建筑中尤為明顯。20世紀(jì)五六十年代，我國(guó)共建成各類工業(yè)項(xiàng)目50多萬個(gè)，各類公共建筑項(xiàng)目近百萬個(gè)，累計(jì)竣工的工業(yè)與民用建筑數(shù)億平方米，其中，相當(dāng)比例的房屋臨近退役期，加固改造到了刻不容緩的地步，所以不少地方建設(shè)已從新區(qū)開發(fā)轉(zhuǎn)到新區(qū)開發(fā)與舊房治理相結(jié)合的軌道上。由于加固的費(fèi)用明顯低于新建，故加固已有建筑對(duì)于節(jié)約社會(huì)的資源消耗具有明顯的促進(jìn)作用。

在建造時(shí)，由于設(shè)計(jì)、材料和施工等等原因及環(huán)境劣化、自然或人為因素影響，降低了原建筑物設(shè)計(jì)預(yù)定功能的能力，必須對(duì)結(jié)構(gòu)的局部或整個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固改造，以滿足建筑物使用功能要求。

另外，由于建筑物遭受自然災(zāi)害，如地震、風(fēng)災(zāi)、火災(zāi)和腐蝕等也會(huì)造成結(jié)構(gòu)損壞，出現(xiàn)超出建筑設(shè)計(jì)規(guī)范允許值的結(jié)構(gòu)變形和裂縫，承載力下降，不能滿足設(shè)計(jì)功能使用要求，此類建筑物同樣需要進(jìn)行加固改造。

據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，我國(guó)現(xiàn)有城鎮(zhèn)房屋建筑面積約70億平方米，這些建筑物中有近40億平方米需要分項(xiàng)分期分批進(jìn)行加固，其中有近20億平方米急需加固才能保證其正常使用。

二、國(guó)內(nèi)外建筑結(jié)構(gòu)加固分析

1.國(guó)外建筑結(jié)構(gòu)加固分析

結(jié)構(gòu)加固技術(shù)的發(fā)生和發(fā)展始于二次世界大戰(zhàn)后恢復(fù)生產(chǎn)與經(jīng)濟(jì)建設(shè)時(shí)期。西歐不少國(guó)家非常重視舊房維修加固與改造，一些國(guó)家加固改造投資占建筑業(yè)總投資50%左右。近幾十年來，由于舊建筑工程事故不斷發(fā)生，所以經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的國(guó)家正逐漸把建設(shè)重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到舊建筑物的維修、加固和改造方面。例如：日本政府組織進(jìn)行了提高建筑物使用壽命的技術(shù)開發(fā)項(xiàng)目，以防為主，從建筑立法、設(shè)計(jì)、施工和改造維修入手來解決建筑物的使用壽命問題，并制定了一系列法令和標(biāo)準(zhǔn)。

2.我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)加固分析

從20世紀(jì)60年代起，我國(guó)開始使用加固技術(shù)進(jìn)行許多工業(yè)廠房的加固改造，而加固技術(shù)的大量使用是在20世紀(jì)70年代末期。隨著加固市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大，經(jīng)過幾十年的工程實(shí)踐，我國(guó)在加固技術(shù)方面積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)在理論研究與規(guī)范制訂上也取得了明顯的進(jìn)展。在90年初制訂了《混凝土加固技術(shù)規(guī)范》《磚混結(jié)構(gòu)房屋加層設(shè)計(jì)規(guī)范》和《鋼結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范》，為結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)和施工提供了技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和理論指導(dǎo)。

三、建筑結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)改造原則

對(duì)加固工程進(jìn)行加固方案的選擇和確定，應(yīng)視具體情況而定。根據(jù)大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，加固設(shè)計(jì)改造應(yīng)遵循以下基本原則：

1.全面了解原有結(jié)構(gòu)的材料和結(jié)構(gòu)體系

結(jié)構(gòu)加固方案確定前，必須對(duì)已有結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查和可靠性鑒定分析，全面了解已有結(jié)構(gòu)的材料性能、結(jié)構(gòu)構(gòu)造和結(jié)構(gòu)體系以及結(jié)構(gòu)缺陷和損傷等結(jié)構(gòu)信息，分析結(jié)構(gòu)的受力現(xiàn)狀和持力水平，為加固方案的確定奠定基礎(chǔ)。

2.結(jié)構(gòu)技術(shù)方案應(yīng)技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)合理、方便施工

結(jié)構(gòu)加固方案的選擇應(yīng)充分考慮已有結(jié)構(gòu)實(shí)際現(xiàn)狀和加固后結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)。對(duì)結(jié)構(gòu)整體進(jìn)行分析，保證加固后結(jié)構(gòu)體系傳力線路明確，結(jié)構(gòu)可靠。采取措施保證新舊結(jié)構(gòu)或材料的可靠連接。還要盡量考慮綜合技術(shù)指標(biāo)，考慮加固施工的具體特點(diǎn)和加固施工的技術(shù)水平，在加固方法的設(shè)計(jì)和施工組織上采取有效措施，減少對(duì)使用環(huán)境和相鄰建筑結(jié)構(gòu)的影響，縮短施工周期。

3.減少對(duì)原有建筑的損傷，盡量利用原有結(jié)構(gòu)的承載力

在確定加固方案時(shí)，應(yīng)盡量減少對(duì)原有結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的拆除和損傷。對(duì)已有結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，在經(jīng)結(jié)構(gòu)檢測(cè)和可靠性鑒定分析后，對(duì)其結(jié)構(gòu)主要承載能力等有了全面的了解，在此基礎(chǔ)上，應(yīng)盡量保留和利用有價(jià)值的結(jié)構(gòu)，避免不必要的拆除，同時(shí)又要保證保留部分的安全可靠和耐久性。

4.加固實(shí)施過程中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)實(shí)際結(jié)構(gòu)的檢查，并隨時(shí)消除隱患

對(duì)已有結(jié)構(gòu)的實(shí)際狀況及結(jié)構(gòu)損傷和缺陷情況是無法百分之百掌握的，因此，在加固實(shí)施過程中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)實(shí)際結(jié)構(gòu)的檢查工作，發(fā)現(xiàn)與鑒定結(jié)論不符或檢測(cè)鑒定時(shí)未發(fā)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)缺陷和損傷，應(yīng)及時(shí)采取措施消除隱患，最大限度地保證加固的效果和結(jié)構(gòu)的可靠性。

5.保證加固后工程效果

考慮建筑美觀，無論是室內(nèi)還是室外都應(yīng)進(jìn)行必要的藝術(shù)處理，盡量避免留下加固的痕跡，以達(dá)到良好的加固工程效果和藝術(shù)效果。

四、常用建筑結(jié)構(gòu)加固方法分析

目前我國(guó)在混凝土結(jié)構(gòu)加固實(shí)際加固工程實(shí)踐中廣泛使用的加固方法主要有：增大截面加固法、置換混凝土加固法、改變結(jié)構(gòu)傳力途徑加固法、外包鋼加固法、粘鋼加固法、外粘纖維復(fù)合材加固法、體外預(yù)應(yīng)力加固法、水泥復(fù)合砂漿鋼筋網(wǎng)加固法。這些加固方法和技術(shù)存在各自的優(yōu)缺點(diǎn)，現(xiàn)分析如下：

1.增大截面加固法

增大截面加固法即采取增大混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)筑物構(gòu)件的截面面積和配筋,以提高其承載力和滿足正常使用的一種方法?？蓮V泛用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)筑物的梁柱板等構(gòu)件的加固。加大截面加固法要求加固前構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度等級(jí)一般不低于C20，其優(yōu)點(diǎn)是適用范圍廣，適應(yīng)性強(qiáng)，但現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)，時(shí)間長(zhǎng)，且加固后對(duì)凈空有房屋的美觀也會(huì)產(chǎn)生影響。

2.置換混凝土加固法

置換混凝土加固法是將混凝土構(gòu)件強(qiáng)度較低的部分鑿去，重新澆筑高強(qiáng)混凝土。該方法對(duì)受壓構(gòu)件加固效果較好，對(duì)于加固梁、板構(gòu)件時(shí)可與其他方法配合使用（如受壓區(qū)采用置換法，受拉區(qū)采用預(yù)應(yīng)力加固法、粘鋼或粘貼碳纖維布加固法）。

3.改變結(jié)構(gòu)傳力途徑加固法

改變結(jié)構(gòu)傳力途徑加固法通過增設(shè)支點(diǎn)（柱或托架）的辦法是使結(jié)構(gòu)受力體系得到改善的加固方法。優(yōu)點(diǎn)是在梁、板跨中增設(shè)支點(diǎn)后可大幅度提高承載力，減小和限制梁板的撓曲變形，施工簡(jiǎn)單，受力可靠。缺點(diǎn)是占用空間或改變空間分割，對(duì)使用有影響，許多情況下不適用。

4.外包鋼加固法

外包鋼加固法即在混凝土構(gòu)件（梁、柱）四周包型鋼的一種加固方法。適用于不允許增大混凝土構(gòu)件截面尺寸同時(shí)又要大幅度提高承載力的混凝土結(jié)構(gòu)的加固。目前廣泛應(yīng)用于加固鋼筋混凝土梁、柱、桁架弦桿及腹桿。外包鋼加固法的優(yōu)點(diǎn)是：構(gòu)件截面尺寸增加不多，而構(gòu)件的承載力可大幅提高；缺點(diǎn)是老式的干式外包鋼板加固法是型鋼直接外包于被加固構(gòu)件四周，型鋼與構(gòu)件間填充乳膠水泥，這種加固法不能確保結(jié)合面的傳遞剪力；濕式外包鋼需要對(duì)外包型鋼和混凝土間壓力灌注環(huán)氧漿液，施工較復(fù)雜。另外，外包鋼外表面需要進(jìn)行防銹防腐處理，以提高其耐久性。

5.粘鋼加固法

粘鋼加固法即在混凝土構(gòu)件外部粘貼鋼板，以提高其承載力和滿足正常使用的一種加固方法。適用于承受靜力及不直接承受動(dòng)載作用的一般受彎構(gòu)件及受拉構(gòu)件。優(yōu)點(diǎn)是能夠有效提高被加固構(gòu)件的剛度和抗裂性，可以按需要任意粘貼，不會(huì)在混凝土中產(chǎn)生應(yīng)力集中的現(xiàn)象；占用的空間小，不影響結(jié)構(gòu)外觀與使用空間；施工周期短；材料消耗小，工藝簡(jiǎn)便。缺點(diǎn)是對(duì)環(huán)境要求高（環(huán)境溫度不大于60℃，相對(duì)濕度不大于70℃，以及無化學(xué)腐蝕的影響），否則需要采取防護(hù)措施，同時(shí)不適用于低強(qiáng)度的混凝土構(gòu)件的加固。

6.外粘纖維復(fù)合材加固法

外粘纖維復(fù)合材加固法即在混凝土構(gòu)件外部粘貼纖維復(fù)合材料，以提高其承載力的一種加固方法。適用于受彎及受拉構(gòu)件，尤其適用于抗剪承載力不足需要加固的構(gòu)件。優(yōu)點(diǎn)是纖維復(fù)合材料質(zhì)輕高強(qiáng)，故施工簡(jiǎn)便，同時(shí)能較大幅度提高所加固的構(gòu)件的承載力和變形性能。缺點(diǎn)是由于纖維復(fù)合材料與混凝土彈性模量不匹配，非預(yù)應(yīng)力的纖維復(fù)合材料不能充分利用其高強(qiáng)度，且拉斷時(shí)呈明顯的脆性，不適用于低強(qiáng)度混凝土構(gòu)件的加固。

7.體外預(yù)應(yīng)力加固法

體外預(yù)應(yīng)力加固法即采用體外預(yù)應(yīng)力的方式施工反向荷載，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固的方法。適用于要求提高承載力、剛度和抗裂性及加固后占用空間小的混凝土承重結(jié)構(gòu)。優(yōu)點(diǎn)是通過施加預(yù)應(yīng)力強(qiáng)迫后加的鋼絞線受力，改變?cè)Y(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布，并降低原結(jié)構(gòu)的應(yīng)力水平，使一般加固結(jié)構(gòu)中所特有的應(yīng)力應(yīng)變滯后的現(xiàn)象得以消除，因而后加的部分與原結(jié)構(gòu)以能較好地共同工作，使結(jié)構(gòu)的總承載力可顯著提高，并可減少結(jié)構(gòu)的變形，使裂縫的寬度減小甚至閉合。該加固方法特別適用于大型結(jié)構(gòu)的加固。缺點(diǎn)是不適用于處在溫度高于60℃環(huán)境下的混凝土結(jié)構(gòu)，也不適用于混凝土收縮徐變的混凝土結(jié)構(gòu)。從20世紀(jì)90年代體外預(yù)應(yīng)力便采用高強(qiáng)低松弛鋼絞線加固法，已形成了一套較為完整的施工工藝和施工技術(shù)，改進(jìn)或慢慢取代了原來采用預(yù)應(yīng)力拉桿橫向收緊加固法和預(yù)應(yīng)力撐桿加固法。

8.水泥復(fù)合砂漿鋼筋網(wǎng)加固法

水泥復(fù)合砂漿鋼筋網(wǎng)加固法即在原有的鋼筋混凝土梁板柱表面綁扎鋼筋網(wǎng)片再粉刷（或噴涂）一定厚度的水泥復(fù)合砂漿層的加固方法。該加固技術(shù)實(shí)質(zhì)是一種體外配筋，通過提高加固構(gòu)件的配筋量，以大幅度提高構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度、抗裂度和延性等方面的能力。該加固法的優(yōu)點(diǎn)是防火、耐高溫和耐腐蝕性能優(yōu)良（水泥復(fù)合砂漿是一種無機(jī)復(fù)合材料，解決了有機(jī)環(huán)氧化合物加固材料產(chǎn)生的問題，且耐各種酸、堿、鹽的腐蝕），施工簡(jiǎn)易方便、質(zhì)量易保證，基本不改變結(jié)構(gòu)形狀和外觀。缺點(diǎn)是現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)，對(duì)施工場(chǎng)地有一定的影響。

[1]李延和.建筑結(jié)構(gòu)新技術(shù)及工程實(shí)踐[M].南京：河海大學(xué)出版社，2001.

[2]謝遠(yuǎn)見，李延和.預(yù)應(yīng)力加固法及其工程應(yīng)用[J].工程質(zhì)量監(jiān)督，2000，（4）：21-29.

[3]陳貴，李延和等.加固梁新技術(shù)的試驗(yàn)研究和工程應(yīng)用[J].建筑結(jié)構(gòu).1997,（5）:24-27.

[4]陳貴，李延和,閔明寶等.無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線加固技術(shù)的應(yīng)用[J].建筑技術(shù).1998,（23）:388-399.