房屋建筑結(jié)構(gòu)加固設(shè)計及加固施工技術(shù)的應(yīng)用

浦紹武

（云南省建筑科學(xué)研究院，昆明650223）

1 加固設(shè)計方法的選擇

1.1 增大截面法

增大截面法主要在原有混凝土構(gòu)件的基礎(chǔ)上通過外澆新混凝土的方式對增加的構(gòu)件配筋進(jìn)行加固，從而加大原構(gòu)件的截面，提高構(gòu)件的承載力。采用該加固方法前，應(yīng)對軸心受壓混凝土構(gòu)件、小偏心受壓混凝土構(gòu)件等結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算。

1.1.1 軸心受壓混凝土構(gòu)件和計算過程

正截面承載力應(yīng)按照式（1）計算得出：

式中，N為構(gòu)建加固之后的軸向壓力設(shè)計值；φ為構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)；Aco和Ac分別為構(gòu)件加固前混凝土界面面積和加固后新增部分混凝土截面面積；αcs為修正系數(shù)；fco為舊混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計值；f′yo為鋼筋的抗壓強(qiáng)度設(shè)計值；f′y為縱向鋼筋的抗壓強(qiáng)度設(shè)計值；fc為新加混凝土的抗壓強(qiáng)度設(shè)計值；A′so為原構(gòu)件受壓較大邊縱向鋼筋截面面積；A′s為新加混凝土和縱向鋼筋的截面面積。

在采用增大截面加固軸心受壓構(gòu)件時，正截面受壓承載力需要滿足以上規(guī)定，并對縱向鋼筋的強(qiáng)度利用系數(shù)α進(jìn)行分析。若新加的混凝土和鋼筋應(yīng)力為σc1和σs1，采用式（2）和式（3）計算新加混凝土強(qiáng)度的利用系數(shù)：

式中，αc為新加混凝土強(qiáng)度的利用系數(shù)；f′y1為縱向鋼筋的抗壓強(qiáng)度設(shè)計值；σ′s1為離軸向力較遠(yuǎn)一側(cè)舊鋼筋的應(yīng)力。

然后，根據(jù)迭加原理以及中心受壓混凝土的應(yīng)變關(guān)系公式，算出新增加部位混凝土的強(qiáng)度利用系數(shù)和強(qiáng)度，得出加固施工時原混凝土構(gòu)件的極限應(yīng)變值：

式中，εc為加固施工時原構(gòu)件混凝土的應(yīng)變值；εco為極限壓應(yīng)變。

β為原構(gòu)件混凝土主要應(yīng)力水平指標(biāo)，可根據(jù)式（5）計算：

當(dāng)β在0～1時，αc為1～0，根據(jù)新加部分混凝土的強(qiáng)度利用系數(shù)公式，得出不同的系數(shù)。

由以上的計算可以得知，在加固過程中，為了充分利用混凝土強(qiáng)度利用效率，可以通過卸荷的方式環(huán)節(jié)超荷載問題。

1.1.2小偏心受壓混凝土構(gòu)件和計算過程

一般情況下，鋼筋在小偏心受壓混凝土構(gòu)件中，如果在遠(yuǎn)離軸向力的一側(cè)插入鋼筋時，無法達(dá)到鋼筋屈服強(qiáng)度，計算雙側(cè)加固時，需要按照式（5）計算其正截面承載力：

式中，fcm1為舊混凝土彎曲抗壓強(qiáng)度的設(shè)計值；fcm為新混凝土彎曲抗壓強(qiáng)度的設(shè)計值；b為原構(gòu)件截面的寬度；b1為新加部分的截面寬度；h1為受壓側(cè)新加混凝土的截面厚度；A1為受拉區(qū)縱向鋼筋的截面面積；A′為受壓區(qū)縱向鋼筋的截面面積；A2為新加受拉區(qū)縱向鋼筋的截面面積；f′y1為新受拉區(qū)縱向鋼筋的抗壓強(qiáng)度設(shè)計值。σs、σs1均為離軸向力較遠(yuǎn)的一側(cè)應(yīng)力，σs應(yīng)根據(jù)GB 50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》做如下計算：

式中，ξ為混凝土構(gòu)件的相對受壓區(qū)高度；ξb為相對界限受壓區(qū)高度；fy為縱向鋼筋的抗壓強(qiáng)度設(shè)計值。

1.2 外粘型鋼加固法的計算過程

對房屋建筑結(jié)構(gòu)加固時，可以采用型鋼外包原構(gòu)件，能夠發(fā)揮加固作用，提高房屋建筑結(jié)構(gòu)的承載力。這種加固方法主要是將角鋼包在構(gòu)件截面的4個角，再運(yùn)用一些螺絲或者膨脹螺栓等將角鋼與混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接，從而使角鋼與混凝土成為整體，提高結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度。采用型鋼外包的方法不僅能對柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，還能對梁結(jié)構(gòu)以及不同形狀的截面結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固。但是無論哪種結(jié)構(gòu)加固，其都需要對結(jié)構(gòu)橫向設(shè)置或者應(yīng)用角鋼等焊成箍套。當(dāng)外包鋼設(shè)置在梁的受拉邊側(cè)，需要按照式進(jìn)行計算正截面承載力：

式中，As為縱向鋼筋的截面面積；h01為原構(gòu)件截面有效高度；x為混凝土受壓區(qū)高度；fa為新加型鋼抗拉強(qiáng)度設(shè)計值；Aa為全部受拉肢型鋼截面面積；M為軸向壓力設(shè)計值

計算時，還需要考慮型鋼的受拉和受壓強(qiáng)度，按照相關(guān)規(guī)范，計算后，對其進(jìn)行折減，其中我國規(guī)范規(guī)定其系數(shù)為0.9。

1.3 外粘纖維復(fù)合材料加固法

采用該方法進(jìn)行加固能夠提高房屋建筑結(jié)構(gòu)的承載力、抗震性能以及耐久性。該方法主要是將樹脂膠結(jié)合碳纖維布（板）粘貼在原建筑結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行加固。這些材料的質(zhì)量較輕、黏合強(qiáng)度較大，加之碳纖維材料的成本較低，施工難度不大，采用此方法對建筑進(jìn)行加固后，建筑結(jié)構(gòu)很少發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，因此，成為建筑結(jié)構(gòu)加固中的常用方法。需要注意的是，碳纖維材料的耐高溫性能較差，因此，使用這種方法進(jìn)行加固時，對溫度的要求相對較高，一般需要將環(huán)境溫度控制在60℃以下，如果超出范圍，則需要采用保護(hù)措施。

1.4 預(yù)應(yīng)力加固法

利用預(yù)應(yīng)力鋼拉桿、型鋼等構(gòu)件提高建筑結(jié)構(gòu)承載能力的方法稱為預(yù)應(yīng)力加固法。預(yù)應(yīng)力加固方法主要是采用外加預(yù)應(yīng)力鋼拉桿或者型鋼撐桿對結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行加固的一種方法。采用該方法后，可以在提高構(gòu)件的抗彎能力的同時，減小構(gòu)件的撓度，有效控制建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的變形[1]。

2 加固施工技術(shù)分析

為保證加固的構(gòu)件具備相應(yīng)承載能力，應(yīng)對加固施工技術(shù)的應(yīng)用要點和實施的方法加以重視，從而達(dá)到預(yù)期的效果，主要包括以下3方面：（1）先對待加固建筑進(jìn)行全面的分析與調(diào)查，包括對原有構(gòu)件的實地考察、見證取樣以及試驗檢測等，并由具備資質(zhì)的質(zhì)量檢測機(jī)構(gòu)或?qū)嶒炇覍θ拥脑牧虾托虏牧系冗M(jìn)行試驗分析，以保障評估后出具的報告更加真實準(zhǔn)確。采購后期所使用的輔材時，特別要對焊條的規(guī)格和焊接技術(shù)等予以高度重視。（2）加固施工技術(shù)應(yīng)用前，對鋼材等原材料表面上的氧化物、雜質(zhì)等進(jìn)行清理，掌握原構(gòu)件結(jié)構(gòu)損壞情況，為之后開展加固設(shè)計工作提供重要保障和依據(jù)。（3）設(shè)計人員對原結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算并加以討論后，應(yīng)結(jié)合理論計算數(shù)據(jù)，把握房屋建筑的承載能力，進(jìn)一步完善加固方案。為滿足施工需要，在加固施工實施前，還應(yīng)明確加固施工的原材料和設(shè)備，使其工藝技術(shù)更符合專業(yè)技術(shù)規(guī)范，全面提高質(zhì)量和質(zhì)量施工效率。此外，在加固過程中，還需要靈活應(yīng)對出現(xiàn)的問題，在加強(qiáng)監(jiān)督和檢查的力度基礎(chǔ)上及時對出現(xiàn)的問題予以調(diào)整和改進(jìn)，并提出更加全面的解決對策，提高房屋建筑結(jié)構(gòu)加固的質(zhì)量。

3 結(jié)語

通過剖析不同的加固方法，探討加固施工技術(shù)，可以為之后開展房屋建筑加固工作提供計算依據(jù)。同時，房屋建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固和改造能夠有效提升房屋建筑結(jié)構(gòu)的承載能力，通過借助這些加固方法能夠進(jìn)一步提升整體構(gòu)件的剛度，為促進(jìn)房屋建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了重要保障。