既有建筑加固改造設(shè)計(jì)原則與技術(shù)應(yīng)用

趙周洋

(中國(guó)建筑科學(xué)研究院有限公司蘭州分院，甘肅 蘭州 730000)

1 既有建筑加固改造的目的

對(duì)既有建筑進(jìn)行加固改造，主要是由于工程在早期建設(shè)時(shí)受到當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)、技術(shù)條件的限制，在加上施工或設(shè)計(jì)缺陷所導(dǎo)致的自身存在不合理之處，同時(shí)由于在多年的使用中受到人為因素、環(huán)境因素的侵蝕，部分結(jié)構(gòu)已經(jīng)出現(xiàn)了損壞、劣化等情況，如果不進(jìn)行處理就會(huì)導(dǎo)致房屋存在安全隱患，影響房屋的正常使用，甚至還會(huì)影響居住者和使用者的人身安全。為完善原有建筑的功能，提高其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度，使建筑使用更加安全穩(wěn)定，就需要綜合經(jīng)濟(jì)性、文化保護(hù)、安全性等方面的考慮，采取必要的加固修復(fù)措施以確保工程繼續(xù)被正常使用，延長(zhǎng)建筑的使用壽命。同時(shí)，既有建筑在使用中，經(jīng)常會(huì)涉及使用功能的改變、改建或擴(kuò)建，這時(shí)需要在對(duì)既有房屋進(jìn)行檢測(cè)評(píng)估后進(jìn)行加固設(shè)計(jì)，保證改造后結(jié)構(gòu)的安全性、適用性和耐久性，確保加固以后的建筑能夠抵御各種自然災(zāi)害，確保建筑結(jié)構(gòu)使用的安全，減少安全事故的發(fā)生。

2 既有建筑加固改造設(shè)計(jì)的原則

對(duì)既有建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固設(shè)計(jì)，主要是為了提高或者修復(fù)建筑已經(jīng)降低或失去的穩(wěn)定性，提高建筑的抗干擾能力，使其獲得或大于原來(lái)的抗力。具體內(nèi)容包括，第一提升結(jié)構(gòu)的承載能力，通過(guò)增加構(gòu)件的強(qiáng)度來(lái)降低荷載影響下的彎曲變形或位移，使結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性得到提升，減少結(jié)構(gòu)裂縫、老化等缺陷的出現(xiàn)，提升結(jié)構(gòu)的耐久性。對(duì)于需要加固的構(gòu)件，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該遵循以下原則：首先應(yīng)該避免不必要的構(gòu)件更換或拆卸，因?yàn)轭l繁的拆卸本身會(huì)動(dòng)搖建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，而且更換新的構(gòu)件會(huì)導(dǎo)致資源的浪費(fèi)，如果只是出現(xiàn)小的缺陷可以通過(guò)修復(fù)方式來(lái)改善，可避免因?yàn)榧庸袒顒?dòng)而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)受損部分的問(wèn)題更加嚴(yán)重。其次，當(dāng)結(jié)構(gòu)存在的損壞已經(jīng)對(duì)整體建筑造成安全性影響，甚至?xí)：Φ饺梭w生命安全時(shí)，應(yīng)當(dāng)先進(jìn)行評(píng)估，如果具有修復(fù)或保存價(jià)值，且和拆除重建相比難度更小、經(jīng)濟(jì)性更好、安全性更高時(shí)則應(yīng)該采取加固的措施。此外，對(duì)于具有文物文化保護(hù)價(jià)值的或具有紀(jì)念價(jià)值、藝術(shù)價(jià)值和歷史價(jià)值的建筑，必須采取修復(fù)加固的措施加以維護(hù)。最后，對(duì)于加固中出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)失穩(wěn)、傾斜甚至坍塌、變形等問(wèn)題，在加固設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)該提前制定好緊急預(yù)案，采取必要的安全維護(hù)措施。對(duì)于沒(méi)有經(jīng)過(guò)鑒定和許可的加固工程，在加固以后不能改變結(jié)構(gòu)的用途和使用環(huán)境。

3 既有建筑加固改造設(shè)計(jì)原則及其相關(guān)應(yīng)用

3.1 直接加固法

直接加固法指的是直接采用加固修復(fù)的方式對(duì)既有建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行維護(hù)，不借助外力作用就可以起到提高建筑穩(wěn)定性的作用。常見(jiàn)的加固方法有增大截面加固法、置換加固法、外部粘鋼法和纖維材料粘貼法。

(1)增大截面加固法 增加截面加固方法是建筑工程鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)中最常見(jiàn)的方式之一，利用和原建筑結(jié)構(gòu)相同的材料來(lái)增大原來(lái)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面面積，從而可起到提升原來(lái)構(gòu)件承載能力和剛度的作用。該技術(shù)主要被應(yīng)用在軸心受彎、受壓、截面受剪、偏心受壓的構(gòu)件截面增大加固中，比如在梁柱板等結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計(jì)中，使用增大截面加固的方法可充分發(fā)揮該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，不但施工方便，而且加固施工的安全可靠性較好，適用性廣泛，其在加固以后可以起到有效的提升構(gòu)件抵抗力和剛度的作用。在具體應(yīng)用時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考慮建筑整體結(jié)構(gòu)，不能只加大局部的面積而使整個(gè)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)巨大變化，從而使薄弱層存在安全隱患。該技術(shù)方法的使用在一定程度上會(huì)因?yàn)槊娣e的增大而壓縮建筑物的使用空間，而且因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的自重力加大了會(huì)增加整個(gè)結(jié)構(gòu)的負(fù)重，使結(jié)構(gòu)承擔(dān)的載荷作用變大。此外，在進(jìn)行構(gòu)件加固時(shí)現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)工作量較大需要維護(hù)的周期較長(zhǎng)，因此會(huì)對(duì)建筑的正常使用帶來(lái)一些不利影響。

(2)置換加固法 置換加固法比較簡(jiǎn)單直接，對(duì)于需要加固的構(gòu)件，可直接使用相同的材料進(jìn)行置換，和加大截面法比較類(lèi)似，同時(shí)該方法可在加固以后快速恢復(fù)建筑結(jié)構(gòu)的原來(lái)面貌，不會(huì)改變?cè)瓉?lái)的使用空間。但是該技術(shù)方法的使用需要去除原來(lái)的混凝土，所以增加了這方面的工作量，會(huì)造成資源的浪費(fèi)和成本的增加。同時(shí)在拆除過(guò)程中可能會(huì)對(duì)原來(lái)構(gòu)件鋼筋造成損壞，而且現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)工作量也較大，施工時(shí)間較長(zhǎng)，比較適合用在已經(jīng)產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p壞的梁柱等承重構(gòu)件的局部加固或者受壓區(qū)混凝土強(qiáng)度較低的構(gòu)件加固中。

(3)外部粘鋼法 外部粘鋼的方法指的是根據(jù)加固設(shè)計(jì)的要求，將鋼板用粘接劑粘貼在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的表面。該加固方法施工操作簡(jiǎn)單且取材容易，同時(shí)不會(huì)使建筑結(jié)構(gòu)外觀和使用空間發(fā)生變化，可以大大提高構(gòu)件的承載力。該技術(shù)主要被應(yīng)用在梁底受拉區(qū)域來(lái)提高梁體的承載力，或者用在梁側(cè)來(lái)提高梁側(cè)斜截面的承載力。

(4)外粘型鋼加固法 該方法在使用時(shí)可使原來(lái)結(jié)構(gòu)受力可靠，大大提升結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的承載作用，同時(shí)不會(huì)壓縮空間，施工也比較簡(jiǎn)單而且現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)量較少。但是該方式對(duì)環(huán)境溫度要求較高，加固成本較高，主要適合用在柱體和框架結(jié)構(gòu)的加固中。

(5)粘貼纖維材料法 材料科學(xué)的發(fā)展使得更多輕質(zhì)卻高強(qiáng)度的復(fù)合型材料被廣泛應(yīng)用到了結(jié)構(gòu)加固中，常見(jiàn)的有碳纖維、玻璃纖維，這些復(fù)合型材料在加固施工中的應(yīng)用，可起到良好的加固和改善結(jié)構(gòu)受力能力的作用。和一般混凝土結(jié)構(gòu)加固方式相比，纖維材料粘貼法施工方便、耐腐蝕性和耐久性極好，且施工效率高、對(duì)資源浪費(fèi)少，適用性比較廣泛。

3.2 間接加固方法

常見(jiàn)的間接加固方法有增加支撐加固法和預(yù)應(yīng)力加固法，其中增加支撐加固方法指的是減少受彎構(gòu)件的計(jì)算跨度來(lái)降低作用于被加固構(gòu)件上的承載作用，從而提升整體結(jié)構(gòu)的承載性能。該方法具有受力明確、施工簡(jiǎn)便、安全可靠、易于拆卸和復(fù)原的優(yōu)勢(shì)，但是會(huì)大大縮減使用的空間，只適合用在對(duì)使用條件和外觀要求不是很高的建筑結(jié)構(gòu)加固中，或者對(duì)臨時(shí)性工程中梁板和桁架的加固。預(yù)應(yīng)力加固方法指的是利用體外游泳館里或鋼拉桿或型鋼撐桿來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件加固，該方法對(duì)鋼拉桿或型鋼撐桿增加預(yù)應(yīng)力，通過(guò)受力來(lái)改變?cè)瓉?lái)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布，從而可降低原來(lái)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的應(yīng)力水平，消除存在于構(gòu)件中的應(yīng)力應(yīng)變現(xiàn)象。該方法的使用還能使原來(lái)結(jié)構(gòu)和加固的部分協(xié)同作用，可大大提升總體結(jié)構(gòu)的承載力，具有加固和改編結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布的作用，適合用在大跨度結(jié)構(gòu)加固中，可起到其他加固方法無(wú)法起到的加固效果。

4 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，本文對(duì)既有建筑加固設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析研究，探討了加固設(shè)計(jì)的作用、目的和原則，并在此基礎(chǔ)上就常見(jiàn)的加固設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，對(duì)幾種加固方式的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析闡述。綜合來(lái)說(shuō)，在實(shí)際建筑加固改造中，應(yīng)綜合考慮經(jīng)濟(jì)性、操作難以程度和安全可靠性，盡量減少對(duì)原有結(jié)構(gòu)的大幅度修整，應(yīng)根據(jù)實(shí)際工程需要尋找最合適的加固方式，該方法應(yīng)既能提高原有結(jié)構(gòu)的性能，又能提高加固施工效率，節(jié)約工程材料和其他成本。