建筑結(jié)構(gòu)耐久性維修加固方法概述

王瑩瑩

(華北水利水電大學(xué),河南 鄭州 450045)

0 前 言

隨著社會快速發(fā)展,我國建筑行業(yè)進入轉(zhuǎn)型期。一方面,隨著國家相關(guān)政策的出臺以及耕地面積不斷減少等因素,要求人們必須重視環(huán)境保護問題,構(gòu)建綠色型社會。新建建筑不斷減少,建筑行業(yè)開始轉(zhuǎn)向加固改造；另一方面,隨著物質(zhì)生活的不斷豐富,人們不僅追求建筑物要能保證基本的工作生活,而且對建筑物的質(zhì)量及功能提出了更高的要求,這也促進了行業(yè)轉(zhuǎn)型。對既有建筑物進行維修加固,提升結(jié)構(gòu)耐久性成為建筑業(yè)發(fā)展的必然,且開始占據(jù)越來越重要的地位。近年來,我國先后頒布《建筑抗震鑒定標準》(GB 50023—2009)、《既有建筑地基基礎(chǔ)加固技術(shù)規(guī)范》(JGJ 123—2012)、《建筑抗震加固技術(shù)規(guī)程》(JGJ 116—2009)、《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范》(GB 50367—2013)、《民用建筑可靠性鑒定標準》(GB 500292—2015)和《危險房屋鑒定標準》(JGJ 125—2016)等規(guī)范[1-6]。這些規(guī)范的制定和頒布,對于我國建筑改造加固行業(yè)的技術(shù)發(fā)展和工程應(yīng)用將有巨大促進作用。

1 既有建筑維修加固的意義

1.1 提高建筑物的使用壽命

建筑物在實際使用過程中,不可避免地會因為使用功能的變化,或者受到外界環(huán)境的影響等因素,結(jié)構(gòu)本身存在一定的損傷。我國建筑的使用壽命一般為50年,房屋在短期內(nèi)拆除重建不僅浪費社會資源,而且對環(huán)境造成嚴重污染。在此情況下,對建筑物進行檢測加固以延長建筑物壽命的做法是符合社會發(fā)展需求的方式[7-8]。

1.2 提升建筑物的安全性

建筑物建設(shè)過程中每一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題,都可能造成結(jié)構(gòu)本身存在安全隱患；另一方面,隨著建筑物使用年限的增加,原設(shè)計安全系數(shù)不足,已不滿足現(xiàn)在的使用標準；又或者居住者擅自更改房屋的使用功能或房屋結(jié)構(gòu),而引發(fā)出一系列的安全問題等情況,均能通過對建筑物進行加固的方式,提高建筑物的安全性,使問題得到有效解決[9]。

1.3 節(jié)能減排,發(fā)展綠色經(jīng)濟

大部分建筑在使用期范圍內(nèi),通過對建筑物的加固,可以替代建筑物的拆除重建。建筑物拆除重建過程是對社會資源的嚴重浪費,產(chǎn)生的建筑垃圾會對周邊環(huán)境產(chǎn)生污染。以修代拆,可使資源利用最大化,為我國發(fā)展綠色型經(jīng)濟打下基礎(chǔ)[10]。

1.4 有利于保護歷史文化

我國古建筑在中華五千年的文化傳承中舉足輕重。越有歷史底蘊的建筑,存在的安全隱患越多。通過對古建筑進行維修加固,保證古建筑所承載的歷史文化、代表的古建筑文明得以傳承[11]。

2 結(jié)構(gòu)加固的基本原則[12]

2.1 結(jié)構(gòu)的整體性原則

整個結(jié)構(gòu)的安全性不僅取決于加固部分,而且取決于原結(jié)構(gòu)構(gòu)件間的相互連接程度。因此，在做加固方案時對與實際施工方法相結(jié)合,充分考慮結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀,保持加固后的建筑整體仍具有足夠的延性和冗余度,盡可能地避免加固過程對結(jié)構(gòu)其他部分造成不利的影響。

2.2 采用先治理后加固的原則[6]

由高溫、高濕、低溫、凍融、振動、化學(xué)腐蝕、地基不均勻沉降、溫度應(yīng)力等影響因素引發(fā)的原結(jié)構(gòu)損壞,應(yīng)采取有效的治理措施,把握處理問題的時機,使加固后的建筑在使用過程中盡可能避免相同原因的再次損壞。所以,一般來說,結(jié)構(gòu)的加固應(yīng)采取先治理后加固的原則(不排除特殊情況下采取先加固后治理的情況),保證加固后的結(jié)構(gòu)能夠正常安全使用。

2.3 三方溝通,效益最大化原則

結(jié)構(gòu)加固設(shè)計所面臨的不確定因素很多,在加固時要請有資質(zhì)的專業(yè)技術(shù)人員對結(jié)構(gòu)進行檢測,得出正確的結(jié)論。加固方案應(yīng)在參考委托方提出要求的前提下,盡可能綜合考慮技術(shù)經(jīng)濟效果,避免不必要的拆除或者更換。在加固設(shè)計文件中應(yīng)提出相應(yīng)的臨時性安全措施,并明確要求施工單位嚴格實行,避免在加固過程中出現(xiàn)傾斜、失穩(wěn)、過大變形或者坍塌等事故。另外,加固后的建筑在未經(jīng)技術(shù)鑒定或設(shè)計許可時,不得改變加固后的結(jié)構(gòu)用途和使用環(huán)境,加固后,隨意改變其用途、使用環(huán)境、使用條件等,結(jié)構(gòu)加固部分的安全性和耐久性會受到影響,也會存在一定的安全隱患[12-13]。

2.4 整體考慮全面分析原則

既有建筑物不同于新建建筑,在進行設(shè)計前,應(yīng)做出充分調(diào)查。首先是要清楚既有建筑結(jié)構(gòu)原始設(shè)計資料以及目前結(jié)構(gòu)受力特點、材料狀態(tài)等；然后針對現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)做出全面、正確的安全診斷及完損性鑒定；最后結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)目前的受力特點綜合考慮,在保證后期實際功能需求得到滿足的基礎(chǔ)上,盡量保留利用有價值的結(jié)構(gòu)構(gòu)件,避免不必要的拆除重建。

3 常用的結(jié)構(gòu)加固方法

3.1 直接加固法

直接加固法是直接增加結(jié)構(gòu)構(gòu)件或者節(jié)點的強度、剛度或者承載力的一類加固方法，主要有增大截面法、外粘型鋼加固法、混凝土置換法、粘貼纖維復(fù)合材料加固法、粘貼鋼板加固法等。

3.1.1 增大截面法

增大截面法是直接增大構(gòu)件的橫截面積,以實現(xiàn)提高其承載力、抗裂性和穩(wěn)定性、提高結(jié)構(gòu)剛度等目標的一種傳統(tǒng)的加固方法,操作簡單,施工方便,且設(shè)計及施工經(jīng)驗成熟,受力可靠,施工費用低廉。一般適用于梁、板、柱、墻等受彎、受壓構(gòu)件,在建筑加固中應(yīng)用廣泛。但此方法在現(xiàn)場施工濕作業(yè)工作量大,養(yǎng)護時間長,對生產(chǎn)、生活有一定的影響,且加固后建筑空間利用率有一定程度的降低,結(jié)構(gòu)自重增大。

3.1.2 混凝土置換法

混凝土置換法是指剔除原嚴重破壞的混凝土,用新強混凝土替換以恢復(fù)原構(gòu)件的承載力。該方法可用于嚴重缺陷的梁、柱構(gòu)件的局部加固,還可用于承重構(gòu)件受壓區(qū)混凝土強度偏低的情況以及用于結(jié)構(gòu)承重構(gòu)件受腐蝕、火災(zāi)、凍害及地震災(zāi)害、強風(fēng)和人為破壞后的修復(fù)。該方法能夠使構(gòu)件恢復(fù)原貌,凈空得到保障,但同樣存在濕作業(yè)面積大及養(yǎng)護時間長、鑿除缺陷混凝土的工作量大的問題。

3.1.3 外粘型鋼加固法

外粘型鋼加固法主要采用外包形成鋼骨架,約束核心混凝土變形,使加固后的結(jié)構(gòu)整體能承受沖擊和在和振動荷載。該方法適用于不允許原結(jié)構(gòu)截面尺寸顯著增大但又要求大幅度提高承載力和抗震能力的鋼結(jié)構(gòu)混凝土梁、柱結(jié)構(gòu)的加固。該方法施工效率高,能夠快速加固建筑物或構(gòu)件。缺點是鋼材消耗大,維修費用高,且因其在加固過程中以改性環(huán)氧樹脂等結(jié)構(gòu)膠作為粘結(jié)材料,該方式在溫度高于600℃時不宜使用。

3.1.4 粘貼鋼板加固法

粘貼鋼板加固法利用粘膠劑將鋼板貼在構(gòu)件的受拉區(qū)、受彎區(qū)和大偏心受壓的區(qū)域表面,形成新的承力系統(tǒng)。該類加固方法僅適用于加固只受軸向應(yīng)力作用的構(gòu)件(梁、板、桁架等),多用于混凝土橋梁加固。該方式的優(yōu)點是施工快,幾乎無濕作業(yè),對生產(chǎn)、生活影響小,且加固后對原結(jié)構(gòu)的外觀和原有空間無顯著影響,缺點是加固具有局限性,不能在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下工作,且環(huán)境對鋼材的壽命影響較大。

3.1.5 粘貼纖維復(fù)合材料加固法

在需要加固的結(jié)構(gòu)表面粘貼具有纖維增強效應(yīng)的復(fù)合材料,在不增加自重的情況下能夠顯著提升結(jié)構(gòu)的抗拉、抗彎性能。此方式具有耐腐蝕、耐潮濕、維護費用低、施工速度快、無濕作業(yè)的特點,在某種程度上甚至可以替代粘貼鋼板加固法用于實際工程中。此方法不能對未滿足配筋率的結(jié)構(gòu)進行加固,且不耐高溫,應(yīng)避免陽光長時間照射或處于腐蝕環(huán)境中,不然會加速材料老化,影響加固效果。

3.2 間接加固法

間接加固法[14]是通過把原有建筑結(jié)構(gòu)上的受力轉(zhuǎn)移到新增設(shè)的輔助結(jié)構(gòu)上來,輔助結(jié)構(gòu)通過與原結(jié)構(gòu)共同工作,使得荷載被重新分配,從而提升結(jié)構(gòu)整體承載力。

3.2.1 增設(shè)構(gòu)件法

增設(shè)構(gòu)件法是在結(jié)構(gòu)中增設(shè)一個或者多個新的構(gòu)件,通過新加構(gòu)件支撐作用減少原構(gòu)件的荷載、跨度或撓度。該方式適用范圍廣,施工步驟簡單,進度快,且成本低廉,在搶險救災(zāi)工程中得到了普遍應(yīng)用。但采用該方法需要考慮新增構(gòu)件對現(xiàn)有建筑的影響,比如凈高、使用條件等。

3.2.2 增設(shè)剪力墻加固法

該方法通過改變結(jié)構(gòu)承力體系形成框剪結(jié)構(gòu),提升結(jié)構(gòu)整體延性,使結(jié)構(gòu)抗震性能得到明顯提升。此方法適用于較低層數(shù)框架結(jié)構(gòu)加固,用剪力墻替代梁、柱的大范圍加固,有效減小工作量,不足之處是新建剪力墻會占用一定建筑空間。

3.3 其他方法

除此之外,還可以通過改變結(jié)構(gòu)構(gòu)件的剛度比、改變結(jié)構(gòu)原有支撐、調(diào)整結(jié)構(gòu)內(nèi)力分配等達到加固目的。方式多種多樣,在加固過程中一定要綜合各類情況,制定出最適合的方式進行結(jié)構(gòu)加固,使結(jié)構(gòu)的耐久性得到有效提升。

4 結(jié) 語

新型建筑不斷發(fā)展,安全性和耐久性是關(guān)系到結(jié)構(gòu)壽命問題的關(guān)鍵。科學(xué)、有效地對既有建筑物進行結(jié)構(gòu)檢測并進行維修加固,不僅能延長建筑物的壽命,而且能使人們的人身及財產(chǎn)安全得到保障,同時能響應(yīng)時代的號召,構(gòu)建“可持續(xù)發(fā)展”的社會,為后代留下綠水青山。

[ID:009547]