房屋建筑工程中結(jié)構(gòu)加固改造措施分析

李巖

摘要：建筑結(jié)構(gòu)是整個建筑物的受力基礎(chǔ)，合理的建筑結(jié)構(gòu)與科學(xué)的加固技術(shù)將直接影響整個建筑的質(zhì)量和安全。本文對房屋建筑工程中結(jié)構(gòu)加固技術(shù)進(jìn)行了闡述，當(dāng)房屋建筑結(jié)構(gòu)需要加固時，要依據(jù)使用要求及現(xiàn)場實際情況，進(jìn)行多方案比選。本文列舉了某具體的房屋建筑加固工程，通過采用多種加固手段，成功實現(xiàn)了建筑物的結(jié)構(gòu)加固，希望可為同行提供參考借鑒。

Abstract： Building structure is the force foundation of the entire building. Reasonable building structure and scientific reinforcement technology will directly affect the quality and safety of the entire building. In this paper， the structural reinforcement technology in building construction engineering is expounded. When the building structure needs to be reinforced， it is necessary to carry out multi-program comparison according to the requirements of use and the actual situation on site. This paper lists a specific building reinforcement project. Through the use of a variety of reinforcement methods， the structural reinforcement of the building has been successfully realized， and it is hoped to provide reference for peers.

關(guān)鍵詞：房屋建筑;結(jié)構(gòu)加固;碳纖維加固

Key words： house building;structural reinforcement;carbon fiber reinforcement

中圖分類號：TU3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）09-0084-04

1 ?房屋建筑工程結(jié)構(gòu)加固改造施工中注意事項

在既有建筑改造中，結(jié)構(gòu)加固有重要意義，是延長建筑壽命的重要手段，為保證施工質(zhì)量，必須要注意以下內(nèi)容：不同時期和不同屬性的建筑物都有著不同特點，在做建筑物設(shè)計和規(guī)劃時要考慮到這些因素;要做好施工準(zhǔn)備工作，施工前首先要準(zhǔn)備齊全設(shè)計及施工圖紙等技術(shù)資料，然后對房屋建筑結(jié)構(gòu)開展檢測工作，要對原有建筑的各項性能指標(biāo)進(jìn)行逐一的驗算，主要工作內(nèi)容包括檢測材料性能、驗算承載力、結(jié)構(gòu)加固的相關(guān)計算及驗算、結(jié)構(gòu)加固后的建筑的結(jié)合構(gòu)件的剛度與強度驗算，逐項檢驗這些指標(biāo)后，再依據(jù)檢測結(jié)果進(jìn)行加固改造的方案設(shè)計;這些初步工作結(jié)束后，為取得良好的加固效果，要對現(xiàn)場的房屋建筑的鋼結(jié)構(gòu)表面開展清理銹蝕工作，根據(jù)銹蝕的程度不同，采取機械除銹或手工除銹，通常以機械除銹為主，人工除銹為輔;在開展房屋建筑結(jié)構(gòu)加固施工時，不可盲目的依據(jù)原定的方案進(jìn)行施工，還要邊施工邊監(jiān)測，如果發(fā)現(xiàn)原定的加固方案不滿足實際的需要，要立即采取相關(guān)措施，以確保房屋加固改造的施工質(zhì)量;因為建筑結(jié)構(gòu)加固施工通常高空作業(yè)多，所以在施工前要對作業(yè)人員進(jìn)行安全教育和技術(shù)交底，作業(yè)時施工人員要做好登高安全防護(hù)并佩戴安全帽，以防止產(chǎn)生人員傷亡事故。房屋建筑工程結(jié)構(gòu)加固改造過程涉及的因素較多，施工過程較復(fù)雜，通過科學(xué)合理的運用加固改造技術(shù)，可有效的保證房屋建筑的安全，充分發(fā)揮建筑物的使用功能和作用，避免大拆大建帶來的巨大浪費，進(jìn)而達(dá)到建筑環(huán)保的積極作用。

2 ?房屋建筑工程中混凝土結(jié)構(gòu)加固的方法

對加固過程涉及的各個影響因素進(jìn)行綜合分析，要根據(jù)實際的施工情況來科學(xué)合理的選擇結(jié)構(gòu)加固技術(shù)，以保證房屋建筑的結(jié)構(gòu)加固取得很好的實施效果，當(dāng)前常用的加固技術(shù)基本能滿足大部分的建筑所需的，個別情況需更加專業(yè)的加固技術(shù)來對其進(jìn)行維修。

2.1 粘鋼加固法

粘鋼加固法指采用結(jié)構(gòu)膠粘劑將薄鋼材與原混凝土結(jié)構(gòu)粘連成一個整體，通過結(jié)構(gòu)膠的粘接，使二者成為一個共同受力的復(fù)合截面，從而達(dá)到結(jié)構(gòu)的承載力提升的目的。主要適用于承受靜力作用的一般受彎及受拉構(gòu)件，它在施工上簡便又快捷。

它的加固機理是借助高性能的環(huán)氧類粘接劑把鋼板與混凝土構(gòu)件的表面粘結(jié)一起，因鋼板具備良好的抗拉強度，混凝土具備良好的抗壓強度，這樣結(jié)構(gòu)的承載力和剛度都得到了極大的提升。在實際施工中對于受彎構(gòu)件實行正截面受壓區(qū)加固，可在受壓區(qū)梁兩側(cè)粘結(jié)鋼板進(jìn)行加固。此種操作是針對梁體加固最便捷的操作方式，同時也能使得后續(xù)的檢驗工作能夠更加順暢的進(jìn)行，提高整個工作的效率。

2.2 碳纖維材料加固法

碳纖維是一種含碳量在90%以上的高強度的新型纖維材料，它在建筑施工中比較常見，因其具有耐腐性、高模量和重量輕的特性，是建筑中比較重要的材料。根據(jù)碳含量的不同又分為不同類型的碳纖維，碳纖維的比重僅為鐵的1/4～1/5，但它的強度確是相同質(zhì)量鋼的三到五倍。碳纖維與鋼材相比，具有更好的剛度與強度，還帶有鋼材無法比擬的優(yōu)點，如耐高溫性、耐螺動性、耐腐蝕性、抗疲勞能力強與各向異性等均優(yōu)于傳統(tǒng)鋼材。當(dāng)前，碳纖維增強材料可在帶有高腐蝕危害的環(huán)境內(nèi)應(yīng)用，在碳纖維中添加陶瓷、樹脂、特殊金屬等新材料，形成碳纖維復(fù)合材料，可進(jìn)一步提升材料的自身性能。

2.3 增大截面加固法

增大截面加固法是指在原待加固截面的多側(cè)或一側(cè)，通過增加截面和配筋等措施，來提升構(gòu)件的承載力和剛度。在房屋建筑中，在需在加固的結(jié)構(gòu)上設(shè)置一層鋼筋混凝土，這種方法的原理是把建筑物表面的受力面積擴大，進(jìn)而減小單位面積的受力作用，結(jié)構(gòu)的承載力就會自然得到提升，亦或通過原料中增加鋼筋的配比，來達(dá)到此目的。這種建筑物的加固方式最早使用于民間的房屋改造中。根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件加固目的、受力特點、構(gòu)件尺寸的不同，可將既有建筑結(jié)構(gòu)的增大截面加固方案設(shè)計分為單側(cè)加固、雙側(cè)加固、三側(cè)加固、四面包裹;根據(jù)不同的加固要求與目的，可分為以增大截面面積為主要形式的加固方式、以增加鋼筋用量為主的加固方式及增大截面同時增加鋼筋的加固形式。

2.4 外粘型鋼加固法

外貼型鋼法是指使用鋼材將要加固的結(jié)構(gòu)四周包裹起來，在房屋建筑中，通常對鋼筋混凝土柱或梁外包扁鋼、型鋼焊成的鋼構(gòu)架，還要灌注結(jié)構(gòu)膠粘劑，這樣被加固的結(jié)構(gòu)和鋼材便形成一個整體的受力結(jié)構(gòu)，建筑物因被加固構(gòu)件的抵抗彎曲力和抗剪能力大大提升，從而使建筑結(jié)構(gòu)的整體受力穩(wěn)定，能顯著改善結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能，對使用空間影響也較小。

2.5 鋼筋網(wǎng)砂漿加固法

鋼筋網(wǎng)砂漿加固法是指在既有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件外表面綁扎鋼筋網(wǎng)，借助高壓噴射設(shè)備將復(fù)合砂漿噴射到其表面，把鋼筋網(wǎng)和復(fù)合砂漿變成一個緊密的加固體。通過噴射砼，使建筑構(gòu)件截面積增加，抗承載能力有所提升，該方法在加固改造施工中得到廣泛應(yīng)用，且改造成本也比較經(jīng)濟。

2.6 植筋加固法

通過植入普通鋼筋或螺栓式錨筋，達(dá)到加固建筑物的目的，該方法被普遍應(yīng)用到建筑物的加固中。植筋加固技術(shù)是一種針對混凝土結(jié)構(gòu)較簡捷、有效的連接與錨固技術(shù)，在工程中沒有預(yù)埋鋼筋時，這種加固技術(shù)主是一種有效的補救措施，如施工中漏埋鋼筋或鋼筋偏離設(shè)計位置的補救，構(gòu)件加大截面加固的補筋，上部結(jié)構(gòu)擴跨、頂升，對梁、柱的接長，房屋加層接柱和高層建筑增設(shè)剪力墻的植筋等，這些都可用植筋加固技術(shù)進(jìn)行有效補救。

2.7 其他加固方法

常用的加固方法還包括置換混凝土加固法，增設(shè)支點加固法，結(jié)構(gòu)體系加固法等。置換混凝土加固法，把存在缺陷的原截面或強度較低的混凝土部位剔除，然后使用強度等級較高的砼進(jìn)行澆筑，從而實現(xiàn)恢復(fù)或補強原構(gòu)件的承載力的目的;增設(shè)支點加固法，為改善結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，在原有結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)置新的支承點，這樣結(jié)構(gòu)的計算跨度減小了，結(jié)構(gòu)的內(nèi)力也得以減小;結(jié)構(gòu)體系加固法，通過新設(shè)置剪力墻或支撐的方式，對結(jié)構(gòu)的整體缺陷進(jìn)行修復(fù)，以提高結(jié)構(gòu)整體的抗震性。

3 ?房屋建筑施工中結(jié)構(gòu)加固技術(shù)的應(yīng)用及注意事項

3.1 粘鋼加固技術(shù)的應(yīng)用

粘鋼加固法因為其施工操作較簡單、快捷，且對原構(gòu)件產(chǎn)生的作用力很小，原結(jié)構(gòu)經(jīng)過加固后，外形不改變，對建筑物的空間影響也很小，對作業(yè)空間條件的要求也比較小，所以此方法的應(yīng)用也較為廣泛。但有機膠的耐火性和耐久性通常比較差，所以在使用這種加固方式時，要注意粘連鋼材與原有結(jié)構(gòu)所使用的膠，該膠在加固過程中起著重要的作用，所以要注意這種膠的選擇，要選擇粘連強度高和耐老化的膠，以保證加固后建筑結(jié)構(gòu)具有持久的穩(wěn)定性和安全性，還要注意，鋼板需進(jìn)行防腐處理。

3.2 碳纖維材料加固技術(shù)的應(yīng)用

碳纖維（CFRP）的彈性模量較低，當(dāng)前市場上碳纖維材料通常為230GPa左右，高彈性模量的材料為380～640GPa，在很多領(lǐng)域里，已對粘鋼加固技術(shù)進(jìn)行了取代。外貼碳纖維復(fù)合材料加固受彎混凝土構(gòu)件，被加固的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強度提升很高，但剛度的提升較小。碳纖維加固主要包括碳纖維布加固和碳纖維板加固兩種。在應(yīng)用此材料進(jìn)行房屋加固時，在不增加結(jié)構(gòu)的荷載的條件下，還可保證加固效果，不影響結(jié)構(gòu)外形，還可曲面或轉(zhuǎn)折粘貼，同時此種加固技術(shù)還可增加結(jié)構(gòu)的耐久性和腐蝕性。當(dāng)前我國研究人員已深入開展對粘碳纖維復(fù)合材料的科研研究工作，且我國生產(chǎn)的材料較國外相比具有一定的價格優(yōu)勢，應(yīng)用其對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固時，改造施工較為方便，所以當(dāng)前碳纖維加固技術(shù)在房屋結(jié)構(gòu)加固改造技術(shù)中得到廣泛的應(yīng)用。

3.3 增大截面加固法的應(yīng)用

增大截面加固法具有適應(yīng)性強、施工工藝比較簡單，使用范圍廣泛的特點，是非常普遍的一種建筑墻體加固方式?？蓪α?、板等多個構(gòu)件進(jìn)行加固，此種加固方法施工過程較簡單，施工成本較低，使用范圍廣泛，在實際中應(yīng)用也很普遍。對于軸壓比超限及截面超限的構(gòu)件，具有很好的加固效果，且在加固領(lǐng)域有大量的成功經(jīng)驗可循，但該方法施工周期較長，施工過程通常處于濕作業(yè)環(huán)境，且增加構(gòu)件截面后，對結(jié)構(gòu)的外觀及美觀會產(chǎn)生影響，甚至占用建筑物的使用空間。

3.4 外貼型鋼加固法的應(yīng)用

外貼型鋼加固法有著施工快捷，工程作業(yè)面小、穩(wěn)定可靠、對建筑外觀破壞小和凈空影響小等諸多優(yōu)點，在屋架、混凝土柱、梁、大跨度結(jié)構(gòu)和大型結(jié)構(gòu)的加固中得到廣泛應(yīng)用。此種加固方法分為兩種，一種是濕式，而另一種就是干式。在濕環(huán)境下施工時，使用這種加固方法抵抗受力彎曲是非常有效的。外貼型鋼濕式加固法指采用乳膠水泥液態(tài)物質(zhì)，把需要加固的構(gòu)件與鋼材粘連成一體，使原有結(jié)構(gòu)與鋼材間形成一個共同的受力整體，實現(xiàn)整體加固的目的，這種方法加固效果好且應(yīng)用范圍很廣，但施工過程中涉及內(nèi)容較多，施工工序較繁瑣，所以施工較復(fù)雜。采用干式加固時，當(dāng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件與鋼材間存在縫隙時，采用水泥砂漿把縫隙填充滿，這樣原有結(jié)構(gòu)與加固鋼材間不能形成共同作用的整體，而是各自獨自受力，這樣加固效果就被削弱了，但施工過程簡單。從以上對二種方法的分析可知，采用外包鋼的加固法時，在確保原有結(jié)構(gòu)截面面積變化不大的情況下，要盡量選用濕式加固法，從而提高了原有結(jié)構(gòu)的剛度和延性，以保證加固效果。這種施工方法對材料的要求較高，因有機膠的耐火性與耐久性較差，所以要選擇適宜的膠結(jié)材料，同時，施工過程中還要特別注意外露鋼件的防腐問題。

3.5 鋼筋網(wǎng)砂漿加固法的應(yīng)用

這種加固方法具有施工工藝簡便、占地面積少、效率高、無需使用大型機械設(shè)備的優(yōu)點。但為保證鋼筋和砂漿共同工作，一般選用的鋼材直徑為3～6mm，常用于不是受力很大的砼構(gòu)件。小直徑鋼筋的配比緊密性很明顯的低于鋼絲網(wǎng)，導(dǎo)致鋼筋網(wǎng)的使用耐久性會相對較低，此外，還需要對其重量體積增加等方面的問題和缺點進(jìn)行改進(jìn)。

3.6 植筋加固法的應(yīng)用

通常情況下在非結(jié)構(gòu)構(gòu)件中應(yīng)用該項技術(shù)，而在受壓等結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的應(yīng)用較少，加固改造施工人員需避免將其應(yīng)用于邊緣受剪、受拉等方面的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，在符合錨固深度標(biāo)準(zhǔn)的情況下，螺栓式錨筋、植筋能對抗震設(shè)防烈度≤8度的構(gòu)件進(jìn)行后錨固連接。植筋加固措施包含鉆孔技術(shù)、鋼筋焊接、鋼筋預(yù)處理及加固孔灌膠技術(shù)，每種技術(shù)在應(yīng)用過程中，要嚴(yán)格執(zhí)行質(zhì)量控制要點，以保證加固的整體質(zhì)量。

3.7 其他加固措施的應(yīng)用

采用置換混凝土加固法后，結(jié)構(gòu)加固后不影響使用空間，建筑可恢復(fù)原狀，但不宜實施剔鑿工作，還可能對原結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損傷，濕作業(yè)期長;增設(shè)支點加固法具有簡便可靠，且易拆卸和復(fù)原，系統(tǒng)受力明確，適合對歷史建筑和文物進(jìn)行加固，但影響使用空間;結(jié)構(gòu)體系加固法能大幅度提高結(jié)構(gòu)整體性和抗震能力，因新舊結(jié)構(gòu)在使用中會產(chǎn)生差異沉降，所以新增結(jié)構(gòu)會對使用功能產(chǎn)生不利影響。

4 ?房屋建筑混凝土結(jié)構(gòu)加固實例分析

某房屋建筑結(jié)構(gòu)采用框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，建設(shè)于1995年，地上14層，地下3層，建筑高度51.55m，建總筑面積18640.8m，出屋面為機房層，現(xiàn)根據(jù)甲方需要，將其地下1層～14層由辦公樓改為酒店用房，地下2～3層為設(shè)備用房，且改造后不改變原外立面、總高度和結(jié)構(gòu)體系。

4.1 選擇加固方案遵循的原則

對本工程的結(jié)構(gòu)加固方案進(jìn)行選擇時，要遵循如下原則：

原建筑結(jié)構(gòu)滿足《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GBJ10-89的有關(guān)要求，但加固以后，建筑結(jié)構(gòu)體系未改變，此時，結(jié)構(gòu)加固部位要滿足《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50010-2002的相關(guān)要求，建筑進(jìn)行加固后，雖然局部結(jié)構(gòu)達(dá)不到02版規(guī)范的要求，在主體結(jié)構(gòu)已經(jīng)加固的前提下，可不對其進(jìn)行處理;可設(shè)置抗側(cè)力構(gòu)件，通過設(shè)置該部件，使建筑整體的抗側(cè)傾能力提升。

4.2 加固方案

4.2.1 墻的加固

局部剪力墻采用增大截面法加固;新增1道剪力墻，提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)傾能力;超筋的連梁采用兩側(cè)粘貼鋼板的方法加固;邊緣約束構(gòu)件通過增設(shè)暗柱的方法加固。

4.2.2 柱的加固

縱筋配筋不足的柱，采用外粘型鋼法加固（如圖1）;軸壓比超限的柱采用增大截面法加固;抗剪承載力不足的節(jié)點核心區(qū)，采用預(yù)應(yīng)力錨栓進(jìn)行加固。

4.2.3 梁的加固

配筋不足較少的梁，采用體外預(yù)應(yīng)力（如圖2）或粘貼鋼板法加固;配筋不足較多的梁，采用增大截面法及預(yù)應(yīng)力加固。

4.2.4 板的加固

局部新開洞口邊緣采用增設(shè)鋼筋混凝土梁的方法加固;配筋不足較少的板，采用粘貼鋼板或粘貼碳纖維片材的方法加固;配筋不足較多的板，采用澆筑疊合層的方法加固。

4.3 加固效果評價

因加固建筑結(jié)構(gòu)具有各自的特殊性，在建筑加固時，常進(jìn)行多方案比選，在實際工程中應(yīng)用這些加固技術(shù)時，要依據(jù)工程的具體實際情況、使用條件、業(yè)主方綜合造價及工期等要求，對設(shè)計方案進(jìn)行優(yōu)化，以獲取良好的加固效果。該工程依據(jù)不同的實際情況，選擇了粘貼鋼板法、增大截面法、外包型鋼法、粘貼碳纖維法、體外預(yù)應(yīng)力法和預(yù)應(yīng)力包鋼法加固節(jié)點等加固技術(shù)，充分利用了這些加固技術(shù)的優(yōu)勢，在確保工程質(zhì)量的前提下，有效的降低了工程造價。

5 ?結(jié)束語

隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，原有建筑物已經(jīng)不再滿足人們的需求，在原有建筑上進(jìn)在不破壞外觀和本質(zhì)的前提下進(jìn)行加固和功能升級，充分保證了建筑物的穩(wěn)定性，延長了建筑物的使用壽命，滿足了人們更好生活需求。既有房屋建筑因用途變化、需求增加而經(jīng)常面臨擴建改造，而在擴建改造之前需要綜合評定房屋狀態(tài)，這就需要采用正確有效的檢測方法，并在深入研究檢測結(jié)果的基礎(chǔ)上，進(jìn)行適當(dāng)?shù)募庸烫幚恚愿纳品课莠F(xiàn)狀，為后續(xù)工程的實施提供良好條件。通過對既有的房屋建筑進(jìn)行科學(xué)合理的加固改造，可避免大拆大建，因此，既有建筑抗震加固改造具有廣闊的前景和市場，同時，也實現(xiàn)了節(jié)能減排，具有良好的社會效益與經(jīng)濟效益，也促進(jìn)了我國建筑行業(yè)的健康和可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計研究院.混凝土結(jié)構(gòu)加固構(gòu)造：13G311—1[S].北京：中國計劃出版社，2013.

[2]四川省建筑科學(xué)研究院.混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范：GB50367

-2013[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013.

[3]任文良.建筑結(jié)構(gòu)加固改造技術(shù)研究[J].山西建筑，2014（19）.