探討建筑結(jié)構(gòu)的加固及修復(fù)技術(shù)

于廣深

摘要：本文闡釋了常規(guī)建筑加固與修復(fù)的主要特點、適用范圍和施工重點。結(jié)合工程體會，指出了在建筑結(jié)構(gòu)加固與修復(fù)中，需要注意的一些問題。探討了國內(nèi)常用的直接加固和間接加固修復(fù)技術(shù)。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；檢測；加固；修復(fù)

伴隨城市規(guī)模的擴大，人口的急劇增長，日益嚴重的環(huán)境破壞，各類資源的匱乏，導(dǎo)致人類的生活條件和質(zhì)量不斷惡化。同時，過度集中和無序的建筑建設(shè)，使建筑與環(huán)境的矛盾日益顯著?？刂平ㄖ锏臄?shù)量與合理規(guī)劃，成為現(xiàn)代建設(shè)必須重視的問題，同時，提高現(xiàn)存建筑壽命及功能，則成為當(dāng)務(wù)之急的使命。

一、結(jié)構(gòu)加固的現(xiàn)狀

自上世紀70年代末實行改革開放以后，我國各類房屋建筑以及城市設(shè)施快速增加。據(jù)相關(guān)部門統(tǒng)計，我國現(xiàn)存的各類建筑總面積遠遠大于100億m2，其中以混凝土及砌體結(jié)構(gòu)占主流。

新中國建立初期，大量工業(yè)與民用建筑的服役期幾乎都超過50年，存在安全隱患。由于勘察、設(shè)計和施工中的技術(shù)和管理問題，一些新修建的工程項目在初期就存在安全隱患。如果不及時采取措施，將導(dǎo)致嚴重的事故。因此，每年國家投入大量資金用于建筑的加固修復(fù)，形成巨大的市場空間。

在功能上，一些現(xiàn)有建筑采取舊的結(jié)構(gòu)設(shè)計已不能滿足需求，促進了建筑加固修復(fù)專業(yè)的發(fā)展壯大。特別是，隨著我國經(jīng)濟發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，舊城改造已成為各大、中城市的共同熱點課題。為建筑加固修復(fù)業(yè)帶來了史無前例的機會。

二、結(jié)構(gòu)加固的傳統(tǒng)方法及特點

通常情況下，由于災(zāi)害（如火災(zāi)、腐蝕、凍害）或施工質(zhì)量問題或功能改變等因素，會出現(xiàn)須加固結(jié)構(gòu)承載能力不足的現(xiàn)象。多數(shù)是從提高結(jié)構(gòu)的有效受力面積出發(fā)（如加大載面法）減小截面的應(yīng)力，或者直接改變結(jié)構(gòu)的受力體系，改變其傳力途徑（如增加支撐法等）從而降低結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力，最終達到加固的目的。a）混凝土結(jié)構(gòu)加固方法，b）砌體結(jié)構(gòu)加固方法，c）鋼結(jié)構(gòu)加固方法。根據(jù)實際條件與要求，選擇合適的結(jié)構(gòu)加固方法。

目前，土建結(jié)構(gòu)常用的幾種傳統(tǒng)加固方法，主要是以下幾種：

1.預(yù)應(yīng)力加固法

指在原結(jié)構(gòu)上增加預(yù)應(yīng)力構(gòu)件，來承擔(dān)原結(jié)構(gòu)上所受的相應(yīng)負載，從而提高原結(jié)構(gòu)的承載能力的方法。目前使用較多的主要是體外預(yù)應(yīng)力加固法。

預(yù)應(yīng)力法加固效果好，能較大幅度地提高結(jié)構(gòu)整體承載力。但加固后對原結(jié)構(gòu)外觀有一定影響；比較適用于大跨度或重型結(jié)構(gòu)的加固以及處于高應(yīng)力、高應(yīng)變狀態(tài)下的混凝土構(gòu)件的加固。但不適合混凝土收縮變大的結(jié)構(gòu)，此外，加固后需要觀測預(yù)應(yīng)力鋼筋的防腐問題。

2.增大截面加固法

通常用于受彎構(gòu)件，是指在原構(gòu)件的上部或下部澆一層新的混凝土和補加相應(yīng)的鋼筋，從而達到提高原構(gòu)件承載能力的目的。

歸屬較為傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)加固法，具有成熟的設(shè)計和豐富的施工經(jīng)驗；工程成本相對較低，可用于梁、板、柱、墻和一般構(gòu)造物等多種混凝土結(jié)構(gòu)的加固。其主要缺陷是現(xiàn)場施工的濕作業(yè)時間長，而且會帶來建筑凈空的明顯減少。

3.改變受力體系加固法

包括在梁的中間部分增設(shè)支點（剛性支點或彈性支點），將多跨簡支梁變?yōu)檫B續(xù)梁等方法。改變結(jié)構(gòu)的受力體系能大幅度降低計算彎矩，提高結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的承載力，達到加強原結(jié)構(gòu)的目的。

此法簡單，且效果可靠。但加固量較大，易損害建筑物的原貌和使用功能，通常還會減小建筑的使用空間。由于所增加的支撐構(gòu)件一般需要將荷載傳遞到基礎(chǔ)上，適用于整個建筑的加固。

4.粘鋼加固法

通過在構(gòu)件外側(cè)粘貼鋼板，鋼板運用膠粘劑與原構(gòu)件共同作用，從而增強結(jié)構(gòu)的抗彎和抗剪力，提高結(jié)構(gòu)安全性能。目前，發(fā)展最快的一種加固方法是承受靜力作用且處于正常濕度環(huán)境中的受彎構(gòu)件的加固。

特點是施工便捷，僅卸荷和按要求除銹后即可施工?，F(xiàn)場濕作業(yè)量少，加固后全天即可使用，且加固后對原結(jié)構(gòu)自重、外觀尺寸和原有凈空無明顯影響，可明顯提高構(gòu)件的剛度和承載力，且價格低廉；但加固質(zhì)量很大程度上取決于膠粘劑質(zhì)量和施工的水平，特別是粘鋼后一旦發(fā)現(xiàn)空鼓，進行補救比較困難。

5.外包鋼加固法

以角鋼外包于原構(gòu)件四角，角鋼間用扁鋼焊接形成整體鋼構(gòu)套的加固方法，提高構(gòu)件的承載力和延性。

一般是在要求不顯著增大構(gòu)件截面，同時又可以大幅度提高結(jié)構(gòu)承載能力的情況下采用，特別是結(jié)構(gòu)柱周圍裹鋼，結(jié)構(gòu)受力比較可靠，同時現(xiàn)場的工作量也較小，結(jié)構(gòu)截面增加也不大。主要缺點是較大的鋼材用量，加大工程成本；在節(jié)點處理上有難度。

三、結(jié)構(gòu)加固的新方法及發(fā)展

由于自身的局限性，并不能滿足具體某種程度的耐久性和美觀需求，或受施工條件的限制而無法實施。全新的加固技術(shù)，如粘貼纖維復(fù)合材料加固法、鋼絲網(wǎng)水泥砂漿加固法、纖維材料的嵌入式加固法等，這些技術(shù)從一開始引進和在國內(nèi)普遍應(yīng)用，以其優(yōu)異的性能、特點和加固效果取得工程界的廣泛認可。以下重點說明粘貼纖維復(fù)合材料加固法：

八十年代末到九十年代初，在發(fā)達國家興起的纖維材料（FRP）加固修補土建結(jié)構(gòu)技術(shù)，因優(yōu)點多，效果顯著，已成為廣泛使用的一項技術(shù)，并徹底產(chǎn)業(yè)化。

根據(jù)纖維材料的差異，分為玻璃纖維材料、碳纖維材料和阿拉米德材料。其中，又以碳纖維材料CFRP最具代表性，其性能特點主要有以下幾個方面：

（1）性能優(yōu)良的物理力學(xué)：其抗拉強度為普通鋼材的10倍以上，彈性模量相當(dāng)于普通鋼材的1.1～2.4倍；而且纖維片材重量輕，比重僅為鋼材的1/4；厚度小，一般片材增強層厚度在0.1mm～0.2mm之間，因此基本上不增加結(jié)構(gòu)截面尺寸和自重。

（2）現(xiàn)場施工方便：沒有濕作業(yè)和明火施工，占用場地小，也無需大型施工機具，因此施工方便、工效高、施工質(zhì)量容易得到保障。

（3）使用范圍廣：可用于梁、板、柱及橋梁、隧道、煙囪等多種結(jié)構(gòu)的加固補強。特別是在曲面殼體和復(fù)雜節(jié)點的加固中，具有其它加固方式無法比擬的優(yōu)勢，與混凝土的有效接觸面積可達100%。

（4）良好的耐久性和耐腐蝕、抗磁性等性能特點。

該材料技術(shù)始于上世紀80年代中期的土建結(jié)構(gòu)加固。1991年歐洲首先用CFRP完成了國際第一座橋梁加固后，該項技術(shù)在世界上迅速推廣，特別是在上世紀90年代中期日本阪神大地震后的重建過程中，該項技術(shù)得到大量的應(yīng)用。

四、結(jié)語

目前，重大的任務(wù)是土建結(jié)構(gòu)的加固改造。伴隨建筑業(yè)的迅猛發(fā)展，其加固、維修、改造的應(yīng)用領(lǐng)域和范圍也逾廣，各類全新的加固技術(shù)將取得長遠發(fā)展。建筑結(jié)構(gòu)的加固是建筑工程質(zhì)量安全保障體系的重要組成部分。嚴格遵循規(guī)范要求是建筑工程加固的前提。