房建砌體結(jié)構(gòu)的加固工程與施工技術(shù)

蘇 強(qiáng) 周世昌 徐孝龍 譚宗寬

（中國建筑第五工程局有限公司，湖南 長沙 571137）

0 引言

當(dāng)前，房屋建筑施工技術(shù)十分成熟，其中的砌體結(jié)構(gòu)被大量應(yīng)用于工業(yè)建筑、民用建筑和農(nóng)業(yè)建筑等。砌體結(jié)構(gòu)主要包括砌塊、磚砌體以及石砌體，是由砂漿和塊體構(gòu)成的墻體、柱體等建筑物主要受力構(gòu)件[1]。但砌體結(jié)構(gòu)的材料多屬脆性，抗拉、抗剪和抗彎強(qiáng)度均較低，抗震能力也不高。為了確保建筑物的安全性和耐久性，可采取抗震橫墻加固技術(shù)、扶壁柱加固技術(shù)、復(fù)合截面加固技術(shù)和隔震結(jié)構(gòu)加固技術(shù)進(jìn)行處理。本文結(jié)合房建砌體結(jié)構(gòu)的特點，介紹房建砌體加固的原則和技術(shù)。

1 房建砌體結(jié)構(gòu)的特點

1.1 房建砌體結(jié)構(gòu)的優(yōu)點

房建砌體結(jié)構(gòu)的優(yōu)點主要體現(xiàn)在以下四點：

（1）對砌體材料的要求不高，一般可以就地取材，來源十分廣泛。例如石材、砂石、黏土等均為天然材料且分布范圍廣泛，即便是磚塊，也可以利用黏土燒制而成。木材、鋼筋、水泥等所需原材料的價格不高，加上很多工業(yè)廢料可以反復(fù)使用或二次加工，均可以作為砌體結(jié)構(gòu)的原材料，因此施工單位不需要特別憂慮原材料的尋找、加工及購買。

（2）砌體結(jié)構(gòu)有較高的耐火性與耐久性，主要是因為構(gòu)建材料的性質(zhì)導(dǎo)致。例如在我國很多的古建筑物中就使用了大量的砌體結(jié)構(gòu)，它們長期暴露在空氣中卻能夠長久保存下來，正是因為這一結(jié)構(gòu)的材料有較好的隔熱性與穩(wěn)定性。

（3）砌體結(jié)構(gòu)的造價適合。相比于混凝土結(jié)構(gòu)，其造價更低的原因主要是：①材料便宜，便于尋找和加工；②在施工過程中不需要用特殊的設(shè)備器械，也不需要額外的模板，可以大大節(jié)省這方面的費用，且在施工完成后也不需要進(jìn)行長時間養(yǎng)護(hù)，節(jié)省了養(yǎng)護(hù)的時間與耗費的人力、物力。

（4）砌體結(jié)構(gòu)有較好的隔熱性、保溫性和隔聲效果，主要是因為其材料堅硬，所以應(yīng)用砌體結(jié)構(gòu)可以很好地滿足建筑各項功能指標(biāo)。

1.2 房建砌體結(jié)構(gòu)的缺點

房建砌體結(jié)構(gòu)的優(yōu)點主要體現(xiàn)在以下四點：

（1）砌體結(jié)構(gòu)施工均需要手工方式操作，因此需要耗費大量的人力，耗費時間長且工作效率很難提高，因此在未來的砌體結(jié)構(gòu)施工中，仍舊需要大力推廣工業(yè)技術(shù)，以逐步提高施工質(zhì)量。

（2）砌體結(jié)構(gòu)有過大的自重，由砌體結(jié)構(gòu)所構(gòu)建而成的墻體、柱體等建筑物支撐物的截面尺寸大，需要耗費的材料多，從而導(dǎo)致房屋建筑有較大自重。一般情況下，砌墻的重量約占整個建筑物的一半。

（3）砌體結(jié)構(gòu)各材料之間的黏接性不強(qiáng)，主要是受到材料本身的影響，尤其是無筋砌體，其抗震效果會更差，且抗拉、抗剪性能也不高。

（4）砌體結(jié)構(gòu)的延展性與抗剪性都不高，不適合地震頻繁地區(qū)使用。

2 房建砌體加固的原則

2.1 材料的選用和取值

在房建砌體加固時，如果原材料的種類、性能和原設(shè)計相符，則選擇加固材料時應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格遵循原設(shè)計[2-3]；如果原材料本身便沒有設(shè)計規(guī)律可循，則應(yīng)當(dāng)根據(jù)砌體結(jié)構(gòu)材料的等級、強(qiáng)度重新測量，并參考行業(yè)現(xiàn)行規(guī)范重新判定和取值[4]。

2.2 結(jié)構(gòu)體系總體效應(yīng)

房建砌體加固一般針對已經(jīng)發(fā)生問題的構(gòu)件進(jìn)行施工，但在實際施工時卻并不能僅僅考慮發(fā)生問題的構(gòu)件，應(yīng)當(dāng)綜合考慮結(jié)構(gòu)體系的總體效應(yīng)，以確保加固完成后不會影響到砌體整體結(jié)構(gòu)。

2.3 先鑒定后加固

在明確加固方案之前，施工人員應(yīng)當(dāng)詳細(xì)檢查現(xiàn)有砌體結(jié)構(gòu)并深入了解結(jié)構(gòu)的受力情況，以確保加固方案的科學(xué)性與實用性。

2.4 加固方案優(yōu)化

在優(yōu)化加固方案時，施工人員首先需要考慮砌體結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀及加固受力點，然后結(jié)合結(jié)構(gòu)整體來考慮加固后的合理性與有效性，并在施工全過程中綜合考慮施工特點、綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)以及技術(shù)水平，確保在施工中最大限度地減少對周邊結(jié)構(gòu)及環(huán)境的負(fù)面影響。

3 砌體結(jié)構(gòu)加固工程的施工技術(shù)

3.1 抗震橫墻加固技術(shù)

該技術(shù)主要針對砌體結(jié)構(gòu)抗震能力較弱的問題，可以幫助原本的砌體結(jié)構(gòu)抵抗地震或其他震動所產(chǎn)生的荷載，以減少墻體破壞、開裂、坍塌等問題。通過橫墻加固可以進(jìn)一步增強(qiáng)砌體結(jié)構(gòu)的抗震效果，具體施工要點如下：

（1）根據(jù)砌體結(jié)構(gòu)的實際情況確定需要增設(shè)橫墻的數(shù)量，具體可以通過計算建筑物的整體受力和抗震橫墻面積率來完成，盡可能用最少的橫墻來達(dá)到最佳的加固效果，降低不必要的材料與成本消耗。

依據(jù)圖2所示的幾何要素與T-Map的映射方法，將圓柱域中交點軸線的極限變動位置映射為交點軸線T-Map中的極限映射點，利用式(7)可求得各極限映射點pF1、pF2pF8的坐標(biāo)(如表1)。

（2）需要保證抗震橫墻的厚度，一般需超過24cm[5]。

（3）同時抗震橫墻頂部可以通過加入細(xì)石混凝土等材料，并聯(lián)合底部做好與原本結(jié)構(gòu)縱墻的拉結(jié)處理。

該技術(shù)多用于抗震墻不多、抗震墻之間有較大間距的砌體結(jié)構(gòu)，其加固的作用就是提高砌體結(jié)構(gòu)的抗震效果。

3.2 扶壁柱加固技術(shù)

該技術(shù)是通過加大砌體結(jié)構(gòu)的截面面積來起到加固效果，和我們常用的鋼筋混凝土外層加固方法類似，但通常用在非地震頻繁地區(qū)，主要是因為承載力無法完全提高的原因，因此無法有效提升砌體結(jié)構(gòu)的抗震能力，只屬于砌體結(jié)構(gòu)間接加固技術(shù)[6-7]。常用的施工方法有兩種：

（1）預(yù)應(yīng)力撐桿加固法。該方法可以有效提高砌體結(jié)構(gòu)的承載力，適合用在高應(yīng)力、高應(yīng)變狀態(tài)的砌體結(jié)構(gòu)加固中，但如果砌體結(jié)構(gòu)施工過程中的溫度超過600℃，則無法適用[8]。

（2）無黏結(jié)外包型鋼加固法。該方法適用于實際情況不允許增大原結(jié)構(gòu)截面尺寸，但需要提高截面承載力的砌體結(jié)構(gòu)施工，該方法較為傳統(tǒng)，因此便于施工，對工人的技術(shù)要求不高，施工量特別是濕作業(yè)量較少，但加固成本較高，還需要利用如圖1所示的鋼結(jié)構(gòu)來進(jìn)行防護(hù)。

圖1 鋼構(gòu)架構(gòu)造

3.3 復(fù)合截面加固技術(shù)

（1）水泥砂漿加固法。該方法主要是將水泥砂漿或鋼筋網(wǎng)片水泥砂漿涂抹到砌體結(jié)構(gòu)表面，使其凝固形成一層較為堅硬的面層，以此來增強(qiáng)墻體的抗震能力。

（2）混凝土板墻加固法。主要是在墻體側(cè)面支模，噴射或澆筑混凝土，以此來形成混凝土板墻加固層，起到支撐原本砌體結(jié)構(gòu)的效果，在提高承載力的同時還能有效預(yù)防墻體開裂。圖2是鋼筋混凝土板墻加固窗間墻。

圖2 鋼筋混凝土板墻加固窗間墻

（3）比較上述兩種施工方法，第二種顯著優(yōu)于第一種，其適用范圍更廣，施工方法也更加簡單，適用于各種需要加固的砌體結(jié)構(gòu)。需要注意的是，如果選擇第二種加固施工方法，可能會在施工過程中對周邊環(huán)境產(chǎn)生影響，后期養(yǎng)護(hù)也需要花費一定精力，因此施工單位需要根據(jù)實際情況來選擇具體加固方法。

3.4 隔震結(jié)構(gòu)加固技術(shù)

上述三種技術(shù)的施工整體思路都是增強(qiáng)結(jié)構(gòu)自身的承載力及強(qiáng)度，使砌體結(jié)構(gòu)可以更好地抵抗地震或其他外力，而隔震結(jié)構(gòu)加固技術(shù)則是在建筑物結(jié)構(gòu)中加入隔震或減震的墊層，當(dāng)?shù)卣鸹蚱渌饬硪u時可以通過墊層來有效卸力，減弱作用力上傳對砌體結(jié)構(gòu)造成的破壞，使砌體結(jié)構(gòu)更加安全可靠[9]。在具體施工時，施工單位首先需要結(jié)合施工地質(zhì)條件、地震烈度等級評估以及作用力傳導(dǎo)特點等詳細(xì)資料來明確隔震結(jié)構(gòu)的材質(zhì)及厚度，常用的材料為疊合橡膠，可以收獲較好的抗震效果；然后需要完全切開砌體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)層和上部結(jié)構(gòu)，將帶有阻尼效果的疊合橡膠墊加入其中，形成隔震層，并注意不得對原本的基礎(chǔ)層和上部結(jié)構(gòu)造成破壞，只有上部結(jié)構(gòu)整體性良好，才能確保加固效果，而如果原本砌體結(jié)構(gòu)的上部結(jié)構(gòu)就不穩(wěn)定，使用該技術(shù)加固施工也無法達(dá)到理想的加固效果。另外，該技術(shù)屬于當(dāng)前較為先進(jìn)且抗震有效的施工加固方式，但在實際應(yīng)用中仍存在一些問題，因此實際應(yīng)用并不多，主要是：（1）砌體結(jié)構(gòu)大多剛度較高，自振周期不長，通過改變其自振周期來提高抗震效果很難達(dá)到理想效果；（2）與常規(guī)加固技術(shù)相比，需要花費的人力、物力與資金更大。因此為了進(jìn)一步提升隔震結(jié)構(gòu)加固技術(shù)的經(jīng)濟(jì)適用性及安全可靠性，還需要繼續(xù)進(jìn)行大量的分析與研究。

4 結(jié)束語

綜上所述，砌體結(jié)構(gòu)在當(dāng)前房建施工中應(yīng)用較廣，但其結(jié)構(gòu)脆性強(qiáng)、堅固性不高，材料本身的延展性不高，很容易出現(xiàn)開裂、塌陷等問題，尤其是遇到地震或其他外力作用，需要采取有效的加固方式來提升其抗震能力，才可以充分保障建筑物的安全性，使其可以滿足人們的居住需求。本文通過分析砌體結(jié)構(gòu)的特點及加固原則，詳細(xì)闡述了抗震橫墻加固技術(shù)、扶壁柱加固技術(shù)、復(fù)合截面加固技術(shù)和隔震結(jié)構(gòu)加固技術(shù)，其中前三種為常規(guī)加固技術(shù)，可以有效提升砌體結(jié)構(gòu)的抗震效果，最后一種屬于較為先進(jìn)的加固技術(shù)，抗震效果顯著但存在一些弊端，在使用前仍需要進(jìn)一步研究和分析。另外，本文中所提到的四種技術(shù)用于房屋建筑中可以收獲良好的抗震效果，但是否適用于古建筑中，仍需要相關(guān)工作者深入研究與探討。