建筑結(jié)構(gòu)鑒定與加固改造技術(shù)的進(jìn)展

鄭慧敏

（山西省太原市建筑設(shè)計(jì)研究院，山西太原 030002）

0 引言

國(guó)內(nèi)外的建筑工程發(fā)展軌跡表明：工程建設(shè)發(fā)展到一定階段之后，主要的建設(shè)方式轉(zhuǎn)變?yōu)楣こ探Y(jié)構(gòu)的加固改造。我國(guó)的房屋建筑在一定程度上更需要對(duì)既有建筑進(jìn)行加固改造。改造之前需要對(duì)既有建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)鑒定，然后根據(jù)結(jié)果采取相關(guān)的加固措施。我國(guó)的建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展滯后，很多建筑存在設(shè)計(jì)、施工先天不足的問(wèn)題，隨著時(shí)代的發(fā)展，老舊建筑結(jié)構(gòu)的鑒定與加固已經(jīng)成為急待解決的問(wèn)題。

1 建筑結(jié)構(gòu)目前存在的問(wèn)題

根據(jù)近期相關(guān)專家的統(tǒng)計(jì)，當(dāng)前我國(guó)的民用建筑面積已經(jīng)達(dá)到100 億平方米，其中需要加固的建筑面積為35 億平方米，急需加固的建筑面積為10 億平方米。根據(jù)相關(guān)專家的預(yù)測(cè)，這些建筑中約有40%會(huì)出現(xiàn)安全性下降或者進(jìn)入功能衰退期。與國(guó)外相比，我國(guó)的建筑存在以下的一些問(wèn)題：

1.1 勘察不足的問(wèn)題

我國(guó)部分建筑存在勘察不足的問(wèn)題，尤其是農(nóng)村的自建房屋。還有一部分勘察不足體現(xiàn)在地質(zhì)勘察報(bào)告不能夠準(zhǔn)確地反映地基土和地下水的真實(shí)情況，造成這些結(jié)果的原因有勘察的點(diǎn)數(shù)過(guò)少、鉆孔的深度不足，勘察人員工作不負(fù)責(zé)等問(wèn)題?？辈斓牟蛔闳菀自斐山ㄖ镌诤笃诔霈F(xiàn)的地基沉降等問(wèn)題。

1.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問(wèn)題

設(shè)計(jì)人員考慮建筑的設(shè)計(jì)思路時(shí)，如果經(jīng)驗(yàn)不足，只能夠考慮建筑相關(guān)的計(jì)算模型，但是實(shí)際情況與設(shè)計(jì)理念總是有一些區(qū)別，光是考慮建筑的使用因素和安全因素?zé)o法克服當(dāng)前設(shè)計(jì)中的缺陷。當(dāng)前的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)雖然有很多發(fā)展，但是由于結(jié)構(gòu)需要結(jié)合相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)，并且差異仍然存在各種各樣的缺陷，加上我國(guó)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)冗余度較低，在后續(xù)的使用中存在安全隱患。

1.3 施工過(guò)程的問(wèn)題

結(jié)構(gòu)的許多不足還是來(lái)自于施工，隨著建設(shè)規(guī)模的增長(zhǎng)，很多施工隊(duì)伍特別是農(nóng)村隊(duì)伍逐步建立，但是技術(shù)與素質(zhì)普遍低下，根據(jù)相關(guān)的統(tǒng)計(jì)，建筑隊(duì)伍中受過(guò)專業(yè)訓(xùn)練的人員占比僅為5%，二級(jí)以下的工人占比超過(guò)80%，而且在管理方面存在很多混亂，不少工程的建設(shè)質(zhì)量明顯偏低，在施工中以及剛竣工就坍塌的工程也不在少數(shù)，再加上使用環(huán)境的影響以及缺乏正確的管理、維護(hù)，還有未經(jīng)過(guò)鑒定就增加荷載等，造成建筑安全岌岌可危。

2 建筑結(jié)構(gòu)鑒定技術(shù)的發(fā)展

經(jīng)過(guò)人類社會(huì)的世界大戰(zhàn)，建筑損壞的規(guī)模和程度都極為嚴(yán)重，隨著居住要求的提高，建筑結(jié)構(gòu)鑒定開(kāi)始快速發(fā)展。而且當(dāng)時(shí)很多房屋建筑建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低，使用時(shí)間不超過(guò)30 年就不得不進(jìn)行大修和改造促進(jìn)建筑結(jié)構(gòu)鑒定技術(shù)的提高。國(guó)外對(duì)于既有建筑的維修和改造非常重視，制定相關(guān)的法規(guī)等，當(dāng)前發(fā)達(dá)國(guó)家的加固設(shè)計(jì)費(fèi)用已經(jīng)占據(jù)到建筑總投資費(fèi)用的一半以上。

我國(guó)的基建發(fā)展時(shí)間較晚，隨著建筑技術(shù)的提高，在80 年代開(kāi)始了第一批建筑改造，后期的地震災(zāi)害讓設(shè)計(jì)人員意識(shí)到抗震設(shè)計(jì)的重要性，這段時(shí)間國(guó)家也發(fā)布相關(guān)的鑒定標(biāo)準(zhǔn)，引進(jìn)大量的新技術(shù)，實(shí)施若干檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)圖1。

90 年代后，改革開(kāi)放使得很多建筑需要改變用途，這一時(shí)間發(fā)布了較多的建筑加固標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震加固。2008 年的汶川地震給建筑物的抗震鑒定提出更高的要求，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也不斷更新，鑒定行業(yè)也逐漸形成規(guī)模，從經(jīng)驗(yàn)到數(shù)據(jù)支持，加固技術(shù)從注重構(gòu)件到注重整體效果。在結(jié)合使用環(huán)境、效果、荷載作用和幾何參數(shù)、變形、裂縫等因素進(jìn)行貼切分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)得到相關(guān)的材料強(qiáng)度等，從而進(jìn)行加固設(shè)計(jì)。

3 建筑加固技術(shù)的發(fā)展

近幾年我國(guó)在加固技術(shù)上取得非常大的進(jìn)展。

針對(duì)不同的建筑結(jié)構(gòu)形式發(fā)展出不同的加固方法，其中砌體結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)都發(fā)展出增大截面的加固方法，以及增加厚度等的連接加固法。

圖1 加固設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

很多因素都會(huì)導(dǎo)致使用中的建筑物出現(xiàn)傾斜的問(wèn)題，有些處理不及時(shí)造成倒塌，比如英國(guó)的ELY 大教堂等。引起建筑傾斜的原因主要有地基基礎(chǔ)土層厚薄不均勻、軟硬不均勻；地基的穩(wěn)定性差容易受周邊環(huán)境影響；勘察不準(zhǔn)確、地基承載力補(bǔ)足；其他自然災(zāi)害導(dǎo)致基礎(chǔ)浸水等；上部結(jié)構(gòu)存在荷載不均勻、剛度不均勻等。解決方法有建筑物糾偏、整體移位等，下面就當(dāng)前最新的建筑物整體移位技術(shù)進(jìn)行介紹。

建筑物的整體移位需要先在新址開(kāi)挖澆筑基礎(chǔ)，然后在原建筑的基礎(chǔ)面澆筑圈梁，形成移動(dòng)底盤(pán)，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性且能夠作為建筑物移位的軌道。之后鋪設(shè)鋼板、在鋼板上設(shè)置支座，利用牽引力將建筑物移動(dòng)到制定的位置，再把建筑物和新址的基礎(chǔ)有效連接起來(lái)。我國(guó)的首例整體遷移技術(shù)為1992 年的重慶某4 層磚混樓，平移后還轉(zhuǎn)動(dòng)10°。

4 建筑整體移位實(shí)際案例

需要移位的樓房共九層，在設(shè)定牽引力時(shí)考慮到滾軸直徑的大小，將其設(shè)定為樓房總重力的1/60～1/40 之間，根據(jù)實(shí)際監(jiān)測(cè)，實(shí)際牽引力與重力的比值比設(shè)定要大，在1/20 左右。

在設(shè)計(jì)柱的托換節(jié)點(diǎn)時(shí)，對(duì)托換節(jié)點(diǎn)進(jìn)行梁的承載力計(jì)算：

其中：c-系數(shù)，如果采用HRB335 以上的鋼筋取66，采用HPB235時(shí)取45；ft-混凝土軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；fyv-箍筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；psv-配箍率；h0-構(gòu)件的截面有效高度，見(jiàn)圖2。

根據(jù)實(shí)際案例中混凝土與鋼筋的變化和構(gòu)件的裂縫，可以設(shè)計(jì)托換節(jié)點(diǎn)的受力模型。

在建筑結(jié)構(gòu)移動(dòng)中需要對(duì)建筑整體移位進(jìn)行同步控制，控制采用我國(guó)針對(duì)建筑整體移位采用的PLC 控制系統(tǒng)，對(duì)控制器的衛(wèi)衣、千斤頂?shù)墓┯蛪毫Φ冗M(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)糾偏。最后采用水泥砂漿和細(xì)石混凝土將結(jié)構(gòu)的上部結(jié)構(gòu)與新址的基礎(chǔ)連接起來(lái)，如果連接部位受力比較復(fù)雜則還需要采用預(yù)埋鋼筋和預(yù)埋件進(jìn)行焊接連接，本案例中增加橡膠隔震支座，延長(zhǎng)建筑結(jié)構(gòu)的自振周期，減少地震影響。

5 結(jié)論

圖2 托換節(jié)點(diǎn)模型

當(dāng)前我國(guó)建筑行業(yè)快速發(fā)展，鑒定技術(shù)和加固技術(shù)均有了較大的進(jìn)展，加固后的建筑工程質(zhì)量得到充分的保障，但是仍然存在一些問(wèn)題需要研究與解決，在工程鑒定的過(guò)程中往往需要對(duì)構(gòu)件進(jìn)行破壞，這樣會(huì)影響原結(jié)構(gòu)，因此發(fā)展無(wú)損檢測(cè)技術(shù)顯得尤為重要，現(xiàn)在需要研究的是如何將無(wú)損檢測(cè)方法的精度提升到符合實(shí)際需求的范圍，并且對(duì)鑒定和建筑物的壽命之間的關(guān)系進(jìn)行研究。

加固設(shè)計(jì)的計(jì)算方法目前還比較混亂，很多設(shè)計(jì)人員容易忽略原有建筑的特點(diǎn)，一味按照新的設(shè)計(jì)理念來(lái)處理，不重視加固后的二次受力問(wèn)題，在理念培訓(xùn)的同時(shí)還應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)相關(guān)計(jì)算軟件的開(kāi)發(fā)。相關(guān)的建筑加層、改擴(kuò)建、移位等技術(shù)還需要系統(tǒng)的研究。