城鎮(zhèn)老樓室內改造加固技術研究與應用

楊江龍 王珍槐 吳衍輝 耿攀煒

摘要：本文對建筑結構加固改造技術重要性進行了分析，并對國內外建筑加固行業(yè)發(fā)展現狀做了綜合闡述，指出了我國工程建設中的現狀，存在的問題及面臨的挑戰(zhàn)。通過對需要加固建筑的原因進行分析，找出從勘測及使用上各方面潛在的問題，并從根源上提了實際可行的建議，針對我國的具體國情合實際管理體系提出具體的改進方案。同時文章對建筑結構加固的基本方法做了系統(tǒng)的介紹，并分析了各種方法的適用范圍。對于建筑糾偏本文亦有一定篇幅的討論，最后對建筑結構加固改造技術的發(fā)展趨勢做出展望。

關鍵詞：建筑檢測;建筑加固;結構改造;加固應用;糾偏

1.建筑結構加固改造的意義

1.1建筑結構加固改造的重要性

國內外結構工程的發(fā)展過程表明，當工程建設進行到一定階段后，工程結構的維修改造將成為主要建設方式。我國的工程結構，因為特殊的歷史和發(fā)展方式，在許多方面更需要對既有建筑物進行加固與維修改造。建筑物加固與維修改造的前提是對其進行鑒定。然后根據鑒定結果采用相應的加固處理措施。由于城市化進程加快，設計施工合管理使用存在先天不足，同時由于地震、火災等災害的影像，建筑結構鑒定與加固改造已成為我國基本建設急需解決的重大問題、當前國內發(fā)展生產，提高生產力的重心，已從建筑工業(yè)企業(yè)轉移到對已有企業(yè)的技術改造，以取得更大的投資效益。同樣，對民用建筑進行改造的要求，在我國也日益迫切。

1.2實際工程中建筑需要加固改造的原因

隨著經濟、社會和科技的發(fā)展，越來越多的建筑物會出現變更用途，改變業(yè)主，工業(yè)建筑的更新改造等，還有如建筑的質量問題或者使用環(huán)境惡化，接近或超過使用年限，這些都是建筑物需要進行加固改造的原因

1.2.1建筑物接近或超出其設計年限

據1986年國家統(tǒng)計局和建設部的調查，我國城鎮(zhèn)民用建筑面積達到46.76億㎡，使用期限超過20年的約占64%，工業(yè)建筑13.5億㎡，使用期限超過30年的約占65%，越來越多的建筑物進入老齡化。

1.2.2.2設計引起的缺陷

設計人員在設計建筑物時，雖然盡量考慮了影像建筑結構安全和使用的各種各樣的因素，然而在建筑物竣工使用后，每個結構實際上都有自己的特性，塔不可能完全被設計事采用數字模型所描述。原先的設計構思總是與實際使用中發(fā)生的情況有一定距離。盡管建筑技術有了很大的進步和發(fā)展，但結構仍然有可能由于先天不足而出現各種缺陷。同時我國建筑結構設計冗余度較低，為其安全使用留下隱患。

1.2.2.3施工造成的缺陷

結構的先天不足還來源于施工，造成這類隱患的原因雖然很多，但當前最引人們關注的是低素質隊伍施工所造成的建筑物低質量現狀，眾所周知，隨著建筑隊伍的迅速發(fā)展，特別是建筑隊伍的迅猛擴大，建筑隊伍的技術和管理素質普遍下降，在管理方面也存在混亂和違紀問題，這些都給建筑物正常使用留下大量隱患。

1.2.2.4使用不當及環(huán)境劣化

建筑物的缺陷還來自惡劣的使用環(huán)境：如高溫、重載、腐蝕、粉塵、疲勞、潮濕等，以及由于缺乏對建筑物正確的管理、檢查、維修、保護和加固的常識所造成的對建筑物管理和使用不當，致使不少建筑物出現不應有的早衰。如建筑物使用過程中，為經鑒定而增加荷載，裝修時增加荷載，增設設備等，未經相關單位鑒定或加固就拆除承重構件，造成周圍或上不構件承載力不足等。

1.2.3自然災害

我國是一個自然災害多發(fā)的國家，歷經地震都在不同程度上對建筑物造成損壞，而且風災、水災年年不斷，僅風災平均每年損壞房屋30萬間，經濟損失十多億元，每年水災損失更難以準確統(tǒng)計，另外，隨著我國國民經濟的發(fā)展和城市化進程的加速，人口和建筑群的進一步密集，建筑物的火災概率大大增加，這些以外的災害，使不少建筑物受到嚴重損傷或者提前夭折。

綜上所述，不論是對建筑先天不足，還是后天管理不善，使用不當，不論是為抗御災害所需進行的加固，還是為災后所需進行的修復，不論是為適應新的使用要求，而對建筑物實施的改造，還是為建筑物進入中老年期而進行的正常診斷，處理，都需要對建筑物進行檢查和鑒定，以對其可靠性做出科學的評估，都需要對建筑物實施正確的管理維護和改造加固，已延長其使用壽命，由此可見，建筑物鑒定與加固改造的任務，不僅量大而廣，而且任重道遠，對國力薄弱的我國講有著極其重要的現實意義。

2.建筑結構鑒定與加固改造技術在國內外的發(fā)展

2.1建筑結構加固改造技術在國內的發(fā)展

在我國，由于戰(zhàn)爭和其他歷史原因，大規(guī)模的基建建設比世界晚了幾十年，建國年以來，我國經歷了三個建設高潮期：一是解放初期的50年代;二是改革開放后的80年代、90年代;三是進入新世紀以來，我國同樣也遵循了新建、新建與維修加固、改造并重的樣一個發(fā)展道路。

建筑結構檢測鑒定行業(yè)從個別從業(yè)者率先進行鑒定加固和改造工作，到隊伍越來越大，漸成規(guī)模;從無章可循，到各種標準對檢測、鑒定、加固各個階段越來越規(guī)范;從依賴專家經驗的“傳統(tǒng)經驗法”，到專家經驗與現場實測數據、復核鑒定相結合并原則性采用統(tǒng)計概率的“實用鑒定法”;從注重可靠性（安全性、正常使用性）鑒定，到可靠性、耐久性評價并重;加固技術從注重單個構件的加固，到注重結構整體加固效果，發(fā)展的過程同樣充滿曲折。

3.建筑結構檢測方法及加固改造技術

對建筑結構的調查和檢測時進行加固改造的基礎，其目的在于了了解結構的使用歷史、使用環(huán)境、對各類荷載分布、結構的幾何參數和工作性能以及損傷、變形和裂縫所造成缺陷和損壞的原因，做出貼切的分析，并進行加固計算，提出加固設計方案，進行施工，最終達到使用要求

3.1檢測技術

建筑結構檢測技術主要可分為材料強度、缺陷、損傷和變形、鋼筋位置等檢測技術，對于不同的結構材料及連接技術，可采用不同的強度檢測技術，對于不同的結構材料，其缺陷和損傷檢測的項目有所不同，對于缺陷和損傷，應確定其原因，檢測其損傷深度、面積等指標，一般尚應進行變形（傾斜、饒度）、尺寸偏差、構造等其他項目的檢測，對于混凝土結構、應檢測鋼筋位置（保護層）、銹蝕等項目的檢測;鋼筋位置可采用電磁法、混凝土雷達等進行檢測;鋼筋銹蝕可采用電位差法進行檢測

3.2加固技術

加固施工及加固方案的制定十分重要，應根據構筑物的不同情況制定不同的加固方案，方案的確定要遵循安全、經濟、快速、施工方便的原則，以達到良好的設備效益和經濟效益，對于建筑物維修和加固改造，有不同的改造思路和實施方案，在具體進行維修加固時，應結合建筑物結構的特點、當地的具體條件等因素綜合判斷。此外，現有加固應與結構和構件性能要求相結合，不同結構。構件應采用不同性能水平的加固方法和加固深度，應在充分進行經濟性，技術性和可靠性等多方面分析比較后，選擇出滿足多目標（不同性能目標）、多水準（不同性能水平）要求的合理加固方法和加固程度。

3.2.1混凝土結構加固

3.2.1.1增大截面積加固法

增大原構件截面積或增配鋼筋，以提高其承載力和剛度3.2.1.2置換混凝土加固法

用高強度等級的混凝土置換原結構中受壓區(qū)強度偏低或局部有嚴重缺陷的混凝土的一種加固方法

3.2.1.3外加預應力加固法

通過施加體外預應力、使原結構、構件的受力得到改善或調整的一種間接加固法，原來主要采用普通鋼筋施加體外預應力，近些年無粘鋼絞線在體外預應力加固中得到了應用。

3.2.1.4外粘型鋼加固法

對鋼筋混凝土梁、柱外包型鋼、扁鋼焊成構架并灌注結構膠粘劑，以達到整體受力、共同約束原構件要求的加固方法。

3.2.1.5粘貼纖維復合材加固法

通過粘貼主要承擔拉應力作用的纖維復合材料（如碳纖維、玻璃纖維等）對鋼筋混凝土受彎、受拉構件、大偏心受壓構件等的加固

3.2.1.6粘貼鋼板加固法

在鋼筋混凝土受彎、大偏心受壓和受拉構件等的表面通過粘貼鋼板進行加固的一種加固方法

綜上所述結合現場實際本論文主要闡述外粘型鋼加固方法

4.外粘型鋼施工流程及操作要點

4.1施工工藝流程

材料進場檢驗→混凝土梁基面定位放線→混凝土梁卸荷→混凝土梁基層處理打磨→混凝土梁裂縫修補與封閉→鉆孔→清孔→丙酮擦拭粘結面待用。

材料進場檢驗→鋼板、螺栓、鋼筋、U型箍的制作與裁剪→除銹打磨→鋼板鉆孔→膠粘劑配置待用。

涂膠→粘鋼板→粘U型箍并固定→固定加壓→固化加壓→固化養(yǎng)護→加強螺栓與鋼板連接→卸壓檢驗→防腐粉刷。

4.2操作要點

4.2.1加強材料的制作加工

1、加固用的鋼板按設計要求的型號、尺寸進行裁割，裁割時要冷切，不可熱割，以防止鋼件變形及產生內應力。如鋼件長度和寬度不能滿足設計要求時，可采用焊接，但焊接后的鋼件應在平臺或較平滑的地面上進行找平和整形。

2、U型箍板按設計尺寸在與梁上側加固用的鋼板相交處做錨固焊接處理。

3、負彎矩加強筋按照設計要求的規(guī)格、尺寸進行截割，錨固螺桿采用成品全絲螺桿，進場后按設計尺寸進行截割。

4、按設計尺寸和位置在鋼板和U型箍板上進行打孔，孔徑符和設計要求。

4.2.2除銹，打磨

1、鋼板、U型箍板應根據其銹蝕情況，用砂輪機打磨進行除銹和粗糙處理，使鋼板出現金屬光澤、粗糙度越大越好，打磨紋路盡量與受力方向垂直。用脫脂棉蘸丙酮拭凈表面，待完全干燥后備用。

2、加固用加強筋及螺桿根據設計要求在相應位置做上標記，標示好除銹清理的長度范圍，用磨光機或鋼絲刷將除銹清理長度范圍內的鋼筋表面打磨出金屬光澤為止，用脫脂棉蘸丙酮，將除銹清理長度范圍內的鋼筋表面擦拭干凈。

4.2.3卸荷

1、為減輕和消除后粘貼鋼板應力、應變滯后現象，在結構加固前宜對混凝土梁進行適量卸載。

2、卸荷方式

1）對老建筑采用拆除原有的吊頂、墻面裝飾、地面面層、設備等方法，以達到卸靜荷的目的。

2）卸除活荷載。

3）對一些不能卸靜荷的構件，可采用千斤頂頂升的方式卸荷。

4.2.4混凝土構件基層處理

1、若混凝土表層出現空鼓、剝落、蜂窩、腐蝕等現象，應將該部位予以鑿除，凹陷處用環(huán)氧砂漿修補平整。鋼筋保護層脫落處，應鑿除保護層，露出鋼筋，對鋼筋進行除銹，用環(huán)氧砂漿修補、找平。

2、將加固區(qū)域內的梁基面不平整處用角磨機進行磨平處理，除去表層浮漿、油污等雜質，直至完全露出結構新面，并用空氣壓縮機將粉塵吹干凈，直至用手觸摸不粘灰為止。轉角粘貼處要進行倒角處理打磨成圓弧狀，圓弧半徑不應小于20mm。

3、將混凝土表面清理干凈，保持混凝土表面光潔、平整。在粘結鋼板部位用脫脂棉蘸丙酮擦拭干凈，待粘貼面完全干燥后備用。

4.2.5鋼板粘結

1、結構膠調制與涂刷：ZGJ型建筑粘鋼膠是由改性環(huán)氧樹脂，化學助

劑，固化劑及填充料組成，是雙組份室溫固化的高分子化學材料。A組份為稠膏狀粘合劑，B組份為固化劑，A、B組份按重量比3：1（嚴格按產品說明書要求）比例配制并攪拌均勻。使用時按上述比例將A、B兩種組份混合在一起，用轉速100-300r/min的攪拌器進行攪拌，當色澤均勻，無單組份條塊時即可涂膠使用。一般情況下，每平方米粘貼面積用膠量為5-7kg。由于膠粘劑固化速度較快，故每次加固時需準確核算配膠量。涂膠前，將鋼板和混凝土粘貼表面再次用丙酮擦干凈，并先做好預貼試驗，以防發(fā)生涂膠后兩貼合面不合，預埋螺栓與孔尺寸不符等情況。預貼試驗合格后，鋼件和混凝土表面都要涂，膠層厚度約2-3mm左右，膠粘劑分布要均勻，以膠層內稍厚，周邊稍薄為宜。ZGJ型建筑粘鋼膠的工作溫度宜為25℃，混合后的膠粘劑隨環(huán)境溫度的升高，固化速度將加快，環(huán)境溫度過低或雨天濕度過大時不宜進行涂膠施工。

2、鋼板粘貼與加壓：鋼板粘好后，應立即用特制U形夾具夾緊，并適當加壓，以使膠液剛從鋼板邊緣擠出為度。待U形箍粘貼完畢后將預先植入的螺栓加螺母擰緊作為鋼板的永久附加錨固措施。

3、固化：結構膠粘劑常溫下固化，24h可達到強度值的90%以上，此時可拆除夾具或支撐，72h可固化完全，可受力使用，若氣溫低于5℃，應采取人工加溫，一般用紅外線燈或電熱毯加熱保溫，固化期中不得對鋼板有任何擾動。

5.檢測鑒定技術

各種結構材料強度的無損檢測技術，譬如超聲檢測技術，紅外成像檢測技術將是發(fā)展的方向。砌體結構因組成成分、砌筑質量的離散性等，目前的檢測手段尚需改進。鋼結構焊縫新型探傷技術。鋼材在負荷條件下測定力學性能的技術，地下連續(xù)墻無損檢測、砌體非破損測強、測定材料腐蝕程度新技術等需進一步研究。隨著《建筑結構可靠度設計統(tǒng)一標準）G850068-2001的發(fā)布施行，將結構可靠度定義為：“結構在規(guī)定的時間內，在規(guī)定的條件下。完成預定功能的概率[9]”，這是結構設計的一個重要演進，使長期沿用的定值概念，轉變?yōu)榉嵌ㄖ蹈拍睿@也必將對已有建筑物可靠性鑒定與加固設計的基礎理論產生深遠的影響。對已有建筑物的鑒定，用什么樣方法確定其可靠指標，又如何確定各級建筑物的目標可靠指標，它與設計的目標可靠指標，究竟有怎樣的內在關系，用什么樣的數學模型進行表達尤其怎樣表達與使用時間和使用史的函數關系，現在的研究還是非常初級的。結構的設計基準期與結構的壽命的聯系還需進一步研究。

6.加固理論和加固改造技術研究

目前，結構加固設計計算方法較為混亂，不少設計人員沿用新設計的結構概念來處理，而忽視了已有結構加固的特點，如加固結構屬二次受力結構，新田結構兩部分存在應變滯后和應力超前問題，新加部分的潛力一般不能得到充分發(fā)揮。同時，應繼續(xù)加強加固計算、繪圖實用軟件的研究，減少加網設計的簡單工作量，使加固設計人員把主要精力從簡單重復的工作中解放出來。

碳纖維加固方法、耐久性加因方法、地基加因方法、邊坡加因方法、裂縫加固修補方法、抗震加固方法（減震隔震）、聚合物砂漿加固法等需進一步深入研究。建筑物增層、改擴建、抽柱托換、砌體結構承重墻托換等方面的技術改造以及建筑物整體移位、糾傾技術，雖已進行長期的研究，亦完成了大量的工程，但缺乏系統(tǒng)的研究，應對改建、擴建工程的合理結構體系和結構方案進行更深入的研究。

參考文獻：

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