談加固技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

孔　鵬

(山西省建筑設(shè)計研究院,山西 太原　030013)

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談加固技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

孔鵬

(山西省建筑設(shè)計研究院,山西 太原030013)

摘要：介紹了建筑結(jié)構(gòu)抗震加固的原則，從加大截面法、外包型鋼法、粘鋼加固法等方面，論述了目前常用的抗震加固方法，并結(jié)合實例，分析了各種方法的適用范圍，使結(jié)構(gòu)加固工程達(dá)到安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)，抗震加固，包鋼法，預(yù)應(yīng)力加固

1概述

近幾年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，城市建設(shè)天翻地覆。在大規(guī)模新增建設(shè)的同時，部分新建成工程及老舊建筑因材料老化、震后開裂、使用功能變化、施工質(zhì)量等種種原因造成結(jié)構(gòu)構(gòu)件強度不足、耐久性和安全性過低等眾多問題。為使這些建筑能夠正常使用，需要對這些結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震鑒定，并采取有效的措施加固補強。對工程結(jié)構(gòu)的加固作為一項較為特殊的技術(shù)處理工作，在現(xiàn)代工程建設(shè)中占有非常重要的地位，深受重視并獲得了較多的應(yīng)用和發(fā)展。

建筑加固需要遵循的總體原則是：經(jīng)過對建筑結(jié)構(gòu)受力途徑的改變和對其構(gòu)件性能的改善，提高結(jié)構(gòu)的抗震承載力，使建筑結(jié)構(gòu)遭遇地震時減小其破壞和正常使用功能要求。

建筑結(jié)構(gòu)的抗震加固原則主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

1)在結(jié)構(gòu)的抗震鑒定結(jié)果的基礎(chǔ)上，才可進(jìn)行結(jié)構(gòu)的抗震加固。在具體的加固實施過程中可以區(qū)分為整體加固、區(qū)域加固和構(gòu)件加固。

2)在對加固方案進(jìn)行確定時，應(yīng)詳細(xì)了解清楚結(jié)構(gòu)的當(dāng)前狀況，對結(jié)構(gòu)的抗震能力和變形能力綜合協(xié)調(diào)考慮。并應(yīng)查明結(jié)構(gòu)是否存在局部損傷，如果發(fā)現(xiàn)有損傷，應(yīng)對這類損傷進(jìn)行專門的處理。

3)選擇加固方案的時候，應(yīng)避免原有結(jié)構(gòu)的薄弱層發(fā)生變化。如果結(jié)構(gòu)的薄弱層發(fā)生轉(zhuǎn)移，則應(yīng)該相應(yīng)的處理新的薄弱層。

4)結(jié)構(gòu)加固的重點是安全性，但也不能忽略對于結(jié)構(gòu)的使用和美觀的考慮，也應(yīng)該考慮選擇較為經(jīng)濟(jì)合理、便于施工的方法，并且對生產(chǎn)和生活的影響最低化。

2現(xiàn)有加固方法

抗震加固所采用的一般方法有：加大截面法、外包型鋼法、粘鋼法、粘碳纖維增強復(fù)合材料法、繞絲法、預(yù)應(yīng)力加固法、噴射混凝土加固法、高性能鋼絲復(fù)合砂漿加固法、植錨筋技術(shù)以及加強自身整體性等等方法。下面著重討論幾種常用的加固方法及其適用范圍和優(yōu)缺點。

2.1加大截面法

用與原結(jié)構(gòu)相同的材料增大混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)筑物的截面面積，從而提高構(gòu)件的性能的方法。它不僅可以提高被加固構(gòu)件的截面剛度及承載力，還可以通過對抗震區(qū)的處理來提高構(gòu)件的延性。此方法廣泛用于加固混凝土結(jié)構(gòu)中的墻、柱、梁板等一般構(gòu)件。其加固效果與原有建筑結(jié)構(gòu)在加固時的應(yīng)力水平、材料性能和結(jié)合面處理等因素直接有關(guān)。其特點是施工容易，適用范圍較廣。缺點是在現(xiàn)場有較大的濕作業(yè)工作，對生產(chǎn)和生活有一定的影響，加固后造成使用空間的減小，結(jié)構(gòu)的自重增大等。

2.2外包型鋼法

在構(gòu)件的外部包以型鋼的方法。具體可以分為干式外包鋼法和濕式外包鋼法。干式外包鋼法是指新加的型鋼與原有構(gòu)件之間不采用粘結(jié)劑粘結(jié)，該法不能保證結(jié)合面剪力的有效傳遞。濕式外包鋼法與干法的唯一區(qū)別在于在新加型鋼與原有構(gòu)件通過環(huán)氧樹脂、乳膠水泥等高強粘結(jié)材料粘結(jié)，使型鋼與原構(gòu)件形成

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整體，共同受力工作，在提高梁柱承載能力的同時，還對原有構(gòu)件產(chǎn)生約束作用，剪力也可正常傳遞，因此在施工中較多的是采用濕法。其特點是施工快捷、現(xiàn)場工作量少、受力可靠。缺點是用鋼量大，加固成本較高，對施工的現(xiàn)場環(huán)境溫度有具體的要求和保護(hù)措施。

2.3粘鋼加固法

用粘結(jié)劑將鋼板粘貼到需要加固的部位上，以提高其承載力和滿足正常使用的方法。該方法的優(yōu)點是：方案設(shè)計及結(jié)構(gòu)計算簡單，被加固的構(gòu)件基本不受損傷，可以充分的發(fā)揮原有構(gòu)件的作用；外包鋼的增加厚度較小，加固后自重變化不大，施工周期短。缺點是：加固效果對施工人員的操作水平和粘膠的工藝有很大程度的依賴。

2.4粘碳纖維增強復(fù)合材料法

在常溫下通過用環(huán)氧樹脂膠等粘結(jié)劑將碳纖維增強復(fù)合材料和被加固的構(gòu)件粘結(jié)在一起，使其作為一個整體來共同受力，與傳統(tǒng)的粘鋼加固不同。碳纖維增強復(fù)合材料具有抗拉強度高、彈性模量大、重量輕及耐腐蝕性好等特點。這種加固方法能夠用于各種結(jié)構(gòu)類型的加固(如工業(yè)與民用建筑物、橋梁涵洞等)；各種結(jié)構(gòu)部位(如墻、柱、梁板、節(jié)點、殼、拱等)；各種結(jié)構(gòu)形狀(矩形、圓形、曲面結(jié)構(gòu)等)。優(yōu)點：因材料很薄，所以完全不改變結(jié)構(gòu)的形狀、外觀，這是目前任何一種加固方式無法相比的。對建筑物由于腐蝕、火災(zāi)等損壞的加固修補、對由于局部改變設(shè)計用途的結(jié)構(gòu)加強和提高原有結(jié)構(gòu)的抗震性能尤其適合，施工快捷，沒有濕作業(yè)，易于操作，經(jīng)濟(jì)性好。在提高結(jié)構(gòu)強度的同時還能提高其耐久性和耐腐蝕性。缺點是：對于混凝土結(jié)構(gòu)由于剛度不足導(dǎo)致變形過大的加固效果較差。

2.5繞絲法

外部采用繞鋼絲的辦法進(jìn)行混凝土梁的加固。由于采用繞絲法加強了對混凝土梁的約束，使梁具有良好的約束斜裂縫和抗變形能力，對梁的正截面和斜截面的承載力均有提高。

2.6植錨筋技術(shù)

先在構(gòu)件上打孔清孔，然后注入專用的高強結(jié)構(gòu)膠，插入鋼筋，待結(jié)構(gòu)膠硬化后，鋼筋通過與周圍混凝土的粘結(jié)形成整體，從而進(jìn)行錨固的技術(shù)要求。此方法的關(guān)鍵在于粘結(jié)劑的選擇，目前常用的結(jié)構(gòu)膠有以環(huán)氧樹脂為基本材料的有機化學(xué)粘結(jié)劑和以無收縮快硬硅酸鹽水泥為膠結(jié)材料配置的漿錨砂漿。與其他方法相比，植筋錨固具有施工方便，固化速度快，性能可靠的突出優(yōu)點,很少單獨作為抗震加固使用。

2.7高性能鋼絲復(fù)合砂漿加固法

這種加固方法是開發(fā)較晚的一種新的加固技術(shù)，對混凝土結(jié)構(gòu)的表面進(jìn)行處理后，鋪設(shè)上鋼絲網(wǎng)，再噴射高性能的復(fù)合砂漿薄層，使加固層和原有機構(gòu)構(gòu)件共同作用，提高構(gòu)件的性能。這種加固方法比粘碳纖維的施工更加簡單，加固成本也較低。

2.8預(yù)應(yīng)力加固法

采用外加預(yù)應(yīng)力鋼拉桿(下?lián)问?、水平式、組合式)或型鋼撐桿對結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固的方法。它可以在基本不改變使用空間的情況下，降低結(jié)構(gòu)的應(yīng)力水平并改變構(gòu)件的應(yīng)力分布，提高結(jié)構(gòu)的抗震承載力。在大跨度和重型結(jié)構(gòu)的加固中尤為合適，但是對加固環(huán)境的要求較高，當(dāng)環(huán)境溫度超過60 ℃時，應(yīng)進(jìn)行防護(hù)處理。

2.9混凝土加固法

將按比例攪拌好的混凝土利用高壓壓縮空氣，通過輸送管道按一定厚度要求噴射到需要加固的工作面上，使后加混凝土與原結(jié)構(gòu)共同承擔(dān)荷載或更好的保護(hù)原結(jié)構(gòu)的一種加固方法。本方法廣泛應(yīng)用于建筑物的混凝土結(jié)構(gòu)補強和砌體結(jié)構(gòu)的整體抗震加固修復(fù)中。優(yōu)點是：工期短、造價低、加固效果好。

2.10增強自身整體性加固法

該方法主要用于震前修補結(jié)構(gòu)缺陷和震后對出現(xiàn)的裂縫進(jìn)行修復(fù)加固。一樣很少單獨作為抗震加固使用。增強整體性的一般做法：1)壓力灌漿水泥加固，可用于灌注構(gòu)件的裂縫；2)壓力灌環(huán)氧樹脂加固法，可用于灌注有裂縫的混凝土構(gòu)件，也可用于提高砌體墻的穩(wěn)定性和整體強度。

3實際工程案例

1)北倉大廈加固工程，位于太原市迎澤區(qū)，該大廈主體采用框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，地上12層，地下2層。應(yīng)業(yè)主要求，在大廈上部新增7層，結(jié)構(gòu)形式同既有部分。因加層荷載增加及抗震要求，加固方式采用了加大柱截面，柱包鋼加固，增加防屈曲支撐和阻尼器等消能減震構(gòu)件。

2)山西省太原市新唐都大酒店，位于太原迎澤大街商業(yè)區(qū)，地上26層，地下3層，主體為混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)。由于業(yè)主使用功能的改變，需對原主體相關(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固改造。根據(jù)功能改變后對原有結(jié)構(gòu)的影響對有關(guān)樓板、梁柱進(jìn)行加固。采用了植筋施工工藝，外粘鋼板、貼碳纖維布加固工藝、鋼筋混凝土無損靜力切割拆除等工藝。

3)太原師范學(xué)院教學(xué)樓，建于20世紀(jì)80年代，地下1層，地上6層，為提高其抗震性能對其進(jìn)行加固施工。在地下室頂布置橡膠隔震支座，地下室柱、梁采用加大截面法加固，地下室頂板采用不銹鋼絞線—聚合物砂漿加固。

對一個工程進(jìn)行加固，應(yīng)在科學(xué)的抗震鑒定基礎(chǔ)上合理的選擇加固方案，避免加固后的結(jié)構(gòu)發(fā)生薄弱層轉(zhuǎn)移，避免形成短柱、短梁、強梁弱柱等不利情況。

4結(jié)語

根據(jù)加固工程的特點，加固設(shè)計應(yīng)要求做到安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、施工方便、環(huán)保節(jié)能并滿足使用要求，盡量減少對生產(chǎn)和生活的影響?？茖W(xué)而合理的加固方案是安全和美觀的有機統(tǒng)一。

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On application of consolidation technique in architectural structures

Kong Peng

(ShanxiArchitecturalDesignInstitute,Taiyuan030013,China)

Abstract: The paper introduces the principle for the seismic consolidation of the architectural structure, indicates common seismic consolidation methods from the enlarging section method, external packaging steel method, and bonding steel consolidation method and analyzes the applied scopes of the methods by combining with the examples, so as to enhance the safe, reliable and economical aims of the projects.

Key words: architectural structure, seismic consolidation, packaging steel method, prestressed consolidation

Study on the impact of opening upon internal explosion load distribution

E Shuailei

(CollegeofNationalDefense,PLAUniversityofScienceandTechnology,Nanjing210001,China)

Key words:internal explosion, load, room, open position

Abstract:Applying LS-ANSYS program, the paper carries out numerical simulation analysis of interior explosion of rectangular room with different length, width and height ratio, and compares interior overpressure curves of different rectangular room under internal explosion. Starting from aspects of opening area, position, shape and room size, it studies the influencing role of opening upon interior load, and finally draws some valuable conclusions.

文章編號：1009-6825(2016)14-0022-02

收稿日期：2016-03-04

作者簡介：孔鵬(1981- )，男，工程師

中圖分類號：TU318

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A