建筑物改造中結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)的研究與實(shí)踐

馬幀

摘 要 改造建筑物的目的是進(jìn)一步強(qiáng)化實(shí)用性能，在建筑的改造中使用加固技術(shù)可以令建筑安全和穩(wěn)定性得到顯著提升，因此需做好改造過程中的結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)，本文對此作了簡要分析，希望對相關(guān)單位具有一定參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞 建筑物改造;結(jié)構(gòu)加固;研究實(shí)踐

前言

現(xiàn)如今有許多高校在用的教學(xué)樓或宿舍樓修建年代久遠(yuǎn)。人為損害和自然災(zāi)害等會逐漸削弱建筑物的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，甚至?xí)l(fā)生結(jié)構(gòu)破壞，嚴(yán)重威脅內(nèi)部人員的生命安全。本文以廣州某醫(yī)科大學(xué)結(jié)構(gòu)加固項(xiàng)目為例，對結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)進(jìn)行簡單的分析。本項(xiàng)目立案原是為了進(jìn)行消防改造，但在改造過程中發(fā)現(xiàn)，原有老舊建筑的結(jié)構(gòu)構(gòu)件已出現(xiàn)不同程度的損壞，抗震性能亦不滿足現(xiàn)有結(jié)構(gòu)規(guī)范要求，故而需要進(jìn)一步強(qiáng)化原有建筑物的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。此時(shí)結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)就顯得非常重要。

1建筑物改造中結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)分析

1.1 結(jié)構(gòu)加固后的受力分析

相較于未加固的結(jié)構(gòu)，經(jīng)過加工處理的結(jié)構(gòu)在受力上表現(xiàn)出了以下兩種受力特點(diǎn)：第一，由于經(jīng)過加固處理的結(jié)構(gòu)屬于二次組合結(jié)構(gòu)，新舊結(jié)構(gòu)之間需要同時(shí)受力且保持協(xié)調(diào)。令二者保持協(xié)調(diào)的關(guān)鍵處理方法是接觸面的施工，一般在強(qiáng)度上接觸面的混凝土要比原有結(jié)構(gòu)低，因此，這也就決定了組合結(jié)構(gòu)的承載能力要比一次性整體結(jié)構(gòu)低。第二，經(jīng)加工處理的結(jié)構(gòu)需二次受力，這是因?yàn)樵诮Y(jié)構(gòu)未加固之前已經(jīng)承受了一次外部的作用力，而在加固之后，其受力會因新添加的結(jié)構(gòu)而再次發(fā)生變化。比如一些原有結(jié)構(gòu)的承載力比較低，那么其在水平與截面上的應(yīng)力相較于為加固之前更高，而新加結(jié)構(gòu)只有在新力作用其表面時(shí)才會發(fā)揮作用，這就會滯后結(jié)構(gòu)整體的應(yīng)力與應(yīng)變，也就是說一個可能破壞原本結(jié)構(gòu)的力有可能達(dá)不到新結(jié)構(gòu)的承受上限[1]。

1.2 新舊結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)作用

力在即將破壞結(jié)構(gòu)面時(shí)，新舊結(jié)構(gòu)在協(xié)調(diào)作用下會在接觸面產(chǎn)生與之對抗的應(yīng)力，其中最為明顯的是偏壓構(gòu)件和受彎構(gòu)件的剪應(yīng)力，應(yīng)力通過接觸面可以在新舊結(jié)構(gòu)之間有效傳遞，從而保障構(gòu)件整體的穩(wěn)定。一般情況下，對結(jié)構(gòu)面?zhèn)髁πЧ绊懽畲蟮氖墙Y(jié)構(gòu)構(gòu)造和黏合強(qiáng)度，如果接觸面在這兩方面不能滿足傳力要求，或者出現(xiàn)了超出接觸面承受范圍的力，就會導(dǎo)致加固失效。因此，一般在接觸面都需要設(shè)置后植入鋼筋或后植入錨栓，利用植入構(gòu)件來加強(qiáng)新舊結(jié)構(gòu)的聯(lián)系，使接觸面的拉力和剪力等得到有效限制，并促進(jìn)力在新舊結(jié)構(gòu)之間的傳遞。

2建筑物改造中結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)實(shí)踐分析

2.1 結(jié)構(gòu)破壞介紹

2008年5月12日，我國四川汶川地區(qū)發(fā)生了嚴(yán)重的地震災(zāi)害，造成了大量房屋破損、人員傷亡和巨大的經(jīng)濟(jì)損失。也正因?yàn)槿绱?，讓我國越來越重視建筑物的加固改造，并大量調(diào)查研究了建筑物經(jīng)破壞之后的特點(diǎn)，具體有以下幾方面：第一，建筑橫墻上的交叉型裂縫。導(dǎo)致發(fā)生這一破壞的原因是墻體抗剪力不足以應(yīng)對外部作用力，這種破壞大多會出現(xiàn)在承重橫墻上，裂縫會在斜方向貫穿墻體。第二，建筑縱墻上的交叉型裂縫。縱墻上的門窗洞口比較多，當(dāng)出現(xiàn)砂漿松動或者在地震條件下所引起的交叉開裂等，會使門窗處的墻體在樓面壓力作用下遭受嚴(yán)重破壞。第三，外磚柱和外角墻處出現(xiàn)的裂縫和錯位。一般在建筑物遭受破壞時(shí)，其懸挑梁外端下部的磚柱會因外力影響在水平方向出現(xiàn)破壞性裂縫，磚柱的整體性將無法保持，另外，如果沒有在建筑的外角設(shè)置構(gòu)造柱，或者構(gòu)造柱和墻體之間的連接不夠緊密，也很容易在受到較大作用力時(shí)發(fā)生斷裂或者錯位。第四，建筑物的樓梯間會在結(jié)構(gòu)遭受破壞時(shí)出現(xiàn)較大裂縫，從而導(dǎo)致建筑遭受更嚴(yán)重地破壞。通過以上分析可知，建筑物在外力作用下遭受嚴(yán)重破壞時(shí)會表現(xiàn)出不同的破壞特點(diǎn)，而這些破壞特點(diǎn)又并不是單一存在的，通常都會共同作用在建筑物上。

2.2 案例分析

以廣州某醫(yī)科大學(xué)某老舊教學(xué)樓的建筑標(biāo)準(zhǔn)層平面圖與結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)層平面圖為例，該建筑在橫向左右兩側(cè)同時(shí)設(shè)置兩個教室，每個教室內(nèi)部均為大開間，橫向柱跨在3.5米左右，豎向柱跨在11米左右，外廊的寬度在2米左右。此為典型的單跨結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)冗余度較小，在地震時(shí)容易發(fā)生破壞導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)的坍塌。如果該建筑遭受過大的橫向地震力，該建筑在中向偏離了質(zhì)心和剛心，可能產(chǎn)生比較大的扭轉(zhuǎn)。一旦受到破壞性外部作用力時(shí)，結(jié)構(gòu)框架將無法約束整體結(jié)構(gòu)，將導(dǎo)致該建筑在各種破壞特點(diǎn)的同時(shí)作用下被損毀。

2.3 加固方案選擇

通過對建筑物破壞特點(diǎn)的分析，在對建筑進(jìn)行改造時(shí)，其架構(gòu)設(shè)計(jì)從以下幾方面出發(fā)。第一，對抗震體系進(jìn)行完善。因教學(xué)樓內(nèi)部均為大開間教室，不宜在內(nèi)部增加結(jié)構(gòu)柱，將單跨框架改為多跨框架結(jié)構(gòu)。只能在適當(dāng)位置，譬如中部衛(wèi)生間側(cè)墻、樓梯側(cè)墻、兩側(cè)無窗墻體等為建筑物設(shè)置抗震墻，使建筑從框架結(jié)構(gòu)改為框架剪力墻結(jié)構(gòu)形成多道抗震防線，增強(qiáng)建筑物整體抗震性能。第二，對房間的高寬比進(jìn)行調(diào)整，可通過在外廊處設(shè)置立柱的方式來進(jìn)行。第三，建筑物的重要通道要絕對安全，方便災(zāi)害時(shí)逃生。在樓梯間外廊的兩側(cè)要增設(shè)鋼絲網(wǎng)同時(shí)用砂漿加固。第四，對建筑的橫向偏心受力進(jìn)行改善，增加外廊的立柱數(shù)量，同時(shí)增強(qiáng)外框結(jié)構(gòu)梁，使建筑整體在受到橫向受力時(shí)能夠保持穩(wěn)定，增強(qiáng)其抗扭性能[2]。第五，對建筑的縱向受力進(jìn)行改善，增加縱墻在外部作用力下不過早被破壞。這一點(diǎn)可通過在中墻設(shè)置鋼絲網(wǎng)并用砂漿加固的方式來提升縱墻剛度，其中外廊處采用雙面鋼絲網(wǎng)，另一側(cè)采用單面鋼絲網(wǎng)。第六，對外廊立柱和建筑原本的沉降差進(jìn)行調(diào)整，立柱的新增施工結(jié)束以后，將其連接到原本的條基上，使之形成整體，減少局部沉降。

3結(jié)束語

綜上所述，建筑物在遭受過大外部作用力的情況下，有可能會因?yàn)閼?yīng)力不足而出現(xiàn)各種破壞特征，進(jìn)而導(dǎo)致建筑整體被損毀，因此需對建筑進(jìn)行改造，做好其結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)，這樣才能夠保持建筑物在受力狀態(tài)下的穩(wěn)定，令內(nèi)部人員的生命安全得到充分保障。

參考文獻(xiàn)

[1] 胡學(xué)飛.工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)的加固改造及設(shè)計(jì)要點(diǎn)探析[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2018，15（13）：32-33.

[2] 田海.房屋建筑工程中結(jié)構(gòu)加固改造措施分析[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2016，21（26）：16-18.