基于民用建筑結(jié)構(gòu)加固的設(shè)計(jì)改造

楊勇 劉萍萍

摘要：鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)加固工程設(shè)計(jì)技術(shù)作為民用建筑工程設(shè)計(jì)的重要技術(shù)組成部分，對(duì)不斷提高大型民用建筑的結(jié)構(gòu)安全性和穩(wěn)定性起著重要的指導(dǎo)作用。本文首先介紹了民用建筑結(jié)構(gòu)加固的設(shè)計(jì)和施工的基本原則，然后詳細(xì)闡述了民用建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)加固的設(shè)計(jì)和施工的具體方法，為企業(yè)的相關(guān)工程技術(shù)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改造提供一定的理論參考。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);民用建筑;加固改造

民用的現(xiàn)代建筑通常被視為一種特殊的建筑商品，在建設(shè)完成并投入使用后，應(yīng)保證其能夠使用幾十年甚至作為永久性建筑存在。然而，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展，對(duì)各種民用建筑結(jié)構(gòu)的安全性能的設(shè)計(jì)要求也在不斷變化。一些大型的民用建筑加固工程主要是由于住宅用戶生活需要的變化;而對(duì)于一些小規(guī)模的民用建筑改造項(xiàng)目，其主要原因可能是通過(guò)不斷改變建筑外觀和室內(nèi)裝飾，以跟上居住時(shí)代的發(fā)展趨勢(shì)，從而充分滿足我國(guó)現(xiàn)代住宅建筑的城市規(guī)劃，或滿足新一代現(xiàn)代住宅業(yè)主生活功能的要求。大型的民用建筑加固工程的一些原因也可能是由于其建筑質(zhì)量本身存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)，或者建筑在投入使用后的有效壽命已經(jīng)到期，可能需要重新安裝、加固或維修。因此，探討大型民用建筑主體建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題，對(duì)民用建筑結(jié)構(gòu)加固工程的初步改造具有重要的理論和客觀的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

1結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)改造原理

1.1混凝土加固材料的使用

為了有效地提高早期結(jié)構(gòu)在后續(xù)加固中的應(yīng)力應(yīng)變和早期應(yīng)力收縮滯后，結(jié)構(gòu)鋼加固的鋼筋一般應(yīng)選用大一級(jí)鋼筋，并對(duì)比其進(jìn)行加固的Ⅱ鋼筋應(yīng)力比大、極限小、變形量小。為了有效減少鋼筋材料的使用，應(yīng)考慮采用高強(qiáng)度鋼筋，通過(guò)早期預(yù)應(yīng)力加固處理，有效提高鋼筋的早期應(yīng)力收縮水平。為了保持兩種無(wú)縫組合鋼筋結(jié)構(gòu)材料具有較高的無(wú)縫連接度和性能，同時(shí)能實(shí)現(xiàn)新舊復(fù)合材料在應(yīng)力下的協(xié)調(diào)工作，還要在選擇鋼筋混凝土與鋼筋混凝土的材料壓縮性的同時(shí)，盡量保證原材料組分間無(wú)縫結(jié)合良好、早期粘結(jié)強(qiáng)度高;灌漿用化學(xué)粘結(jié)劑等用于灌漿的化學(xué)材料一般應(yīng)保證其應(yīng)力收縮小、附著力和強(qiáng)度高、耐腐蝕性強(qiáng)、填充能力好。

1.2加固結(jié)構(gòu)的受力特性

與普通無(wú)筋鋼結(jié)構(gòu)體系相比，加筋鋼結(jié)構(gòu)往往具有不同的受力穩(wěn)定特性。

（1）加固結(jié)構(gòu)通常是二次加固結(jié)構(gòu)的組合，新舊加固結(jié)構(gòu)之間往往存在協(xié)調(diào)、彈性一致性的問(wèn)題，使得加固工作出現(xiàn)問(wèn)題。接觸面施工做法的處理和建筑結(jié)構(gòu)施工做法的設(shè)計(jì)是保證新舊建筑結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)的重點(diǎn)。

（2）二次鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)通常是二次鋼筋混凝土應(yīng)力組合結(jié)構(gòu)，在二次鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)未被原混凝土結(jié)構(gòu)第一次接受應(yīng)力之前，其受力狀況特別好，但在二次鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中其整體承載力較低，而整體應(yīng)變應(yīng)力水平和結(jié)構(gòu)表面的橫截面應(yīng)力水平都會(huì)較高。然而，新加固結(jié)構(gòu)的一部分只能在二次荷載的共同作用下承受應(yīng)力。此時(shí)，整體基礎(chǔ)設(shè)施新增作用應(yīng)力和新增應(yīng)變的增加很可能是新增累積效應(yīng)比原有結(jié)構(gòu)加固應(yīng)力和新增應(yīng)變強(qiáng)度滯后，當(dāng)原有的鋼筋結(jié)構(gòu)應(yīng)力超限累積設(shè)置新的附加應(yīng)力時(shí)，鋼筋結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度可能還是比較低的，在原有結(jié)構(gòu)尚未出現(xiàn)嚴(yán)重破壞的情況下，可加固結(jié)構(gòu)的能量尚未完全超過(guò)規(guī)定的強(qiáng)度，此時(shí)應(yīng)力已達(dá)到極限。

1.3新舊結(jié)構(gòu)的協(xié)同工作

在新舊基礎(chǔ)加固結(jié)構(gòu)中，機(jī)械應(yīng)力在使用過(guò)程中存在一定的特殊性，就是加固結(jié)構(gòu)出現(xiàn)特殊情況或整個(gè)面受到了嚴(yán)重?fù)p壞，在舊的和新的加固結(jié)構(gòu)中，機(jī)械接口往往同時(shí)產(chǎn)生剪力、拉力、彎曲和壓縮應(yīng)力，尤其是經(jīng)常產(chǎn)生水平偏應(yīng)力分量的構(gòu)件。接觸點(diǎn)表面應(yīng)力的有效流動(dòng)和傳遞是保證新舊結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)利用的重要環(huán)節(jié)。軸承應(yīng)力在接觸面上的橫向傳遞通常不是一個(gè)重要的因素，重要的點(diǎn)在于軸承的張力和表面的剪力。由于直接結(jié)構(gòu)面離散性和間接結(jié)合強(qiáng)度，接觸面的壓縮拉伸和剪力性能以及間接粘結(jié)面的壓縮剪切性能，往往不能同時(shí)滿足直接拉伸與壓縮剪切承載力的綜合要求。

2加固改造的步驟

（1）積極收集相關(guān)信息。調(diào)查主要是了解工程的具體情況（包括：施工設(shè)計(jì)圖紙、完成的設(shè)計(jì)資料、使用過(guò)程中的維修工藝日志、使用和維修環(huán)境等），以及工程準(zhǔn)備、安裝和改造的具體內(nèi)容（包括使用過(guò)程中的功能和條件，等等）。

（2）現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和測(cè)試。及時(shí)收集主要建筑材料（現(xiàn)場(chǎng)）的設(shè)計(jì)資料和其他主要建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)資料。

3加固改造方法

3.1混凝土結(jié)構(gòu)加固改造

（1）增大物體橫截面的方法。特點(diǎn)：本產(chǎn)品采用原材料制造，加大結(jié)構(gòu)件截面，大大提高整體承載力。適用范圍：梁、柱、板、墻等一般建筑構(gòu)件。

（2）了解外鋼模板的加固方法。特點(diǎn)：鋼筋混凝土框架構(gòu)件纏繞在鋼筋型鋼周?chē)?，可與其他混凝土構(gòu)件協(xié)同工作，提高整體承載力。實(shí)踐主要分為干地或濕地。限制使用范圍：由于高度限制或需要大幅度提高整體承載力時(shí)，適當(dāng)增加構(gòu)件截面高度。當(dāng)鋼是由各種化學(xué)材料制成的灌漿時(shí)，鋼基體的表面溫度不應(yīng)高于60℃℃.當(dāng)室內(nèi)環(huán)境有強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)時(shí)，必須有可靠的環(huán)保和防腐措施。

（3）研究預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的加固方法。特點(diǎn)：一是采用新型預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)拉桿或鋼支撐桿來(lái)加固原有的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，使原有的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)需要承受的大部分荷載可以傳遞并連接到結(jié)構(gòu)上進(jìn)行加固。使用壽命范圍：該產(chǎn)品能有效提高機(jī)械承載力、剛度和機(jī)械抗裂性。同時(shí)這種鋼筋結(jié)構(gòu)占用場(chǎng)地空間小，主要產(chǎn)品適用于梁、板、屋架等。不宜用于建筑溫度通常高于60℃的高溫環(huán)境導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)中混凝土墻體的收縮力逐漸增大。

（4）添加支點(diǎn)操作。特點(diǎn)：可根據(jù)構(gòu)件高度增加多支點(diǎn)，有效減少空間長(zhǎng)度和結(jié)構(gòu)變形的計(jì)算，提高整體承載力。高剛度高強(qiáng)度彈性矩形支點(diǎn)結(jié)構(gòu)有兩種。適用范圍規(guī)格：適用于室內(nèi)凈空或限制施工的梁、板、桁架等。

（5）粘貼不銹鋼板的方法。特點(diǎn)：鋼筋混凝土墻面可粘貼不銹鋼板，有效提高整體承載力。適用范圍規(guī)格：本產(chǎn)品適用于箱體彎曲、承壓等結(jié)構(gòu)件（梁、板）。不適合在相對(duì)溫度通常高于60℃的高溫環(huán)境中使用℃。當(dāng)此類環(huán)境條件具有強(qiáng)腐蝕性和水性時(shí)，應(yīng)采取可靠的環(huán)保處理措施。

3.2砌體結(jié)構(gòu)加固改造

（1）對(duì)于建筑砌體，水泥問(wèn)題的主要原因可能是建筑砌體基礎(chǔ)的承載力和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性明顯不足。水泥加固施工方法主要有轉(zhuǎn)扣柱法和磚網(wǎng)基水泥加固法（2）墻體磚柱磚對(duì)應(yīng)的墻體鋼筋處理方法主要有采用增加大截面鋼筋法和采用大鋼筋外包裝加固方法。磚墻、砌體結(jié)構(gòu)常見(jiàn)裂縫需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行分析處理。對(duì)于墻體溫度變化引起的脆性裂縫，可考慮兩種方法：填充和加固密封，以及基礎(chǔ)鋼筋和錨固。由于脆性裂縫較薄，裂縫孔數(shù)較大，脆性裂紋繼續(xù)發(fā)展穩(wěn)定后，可考慮鋼筋灌漿縫和加固錨固方法。而由于墻體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度等原因以及脆性裂縫引起的一般要求首先對(duì)結(jié)構(gòu)承載力或結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性性能不足的裂縫問(wèn)題進(jìn)行綜合處理，再進(jìn)行處理，解決裂縫發(fā)展問(wèn)題。

結(jié)語(yǔ)

民用的現(xiàn)代建筑通常被視為一種特殊的建筑商品，在建設(shè)完成并投入使用后，應(yīng)保證其能夠使用幾十年甚至作為永久性建筑存在。然而，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展，對(duì)各種民用建筑結(jié)構(gòu)的安全性能的設(shè)計(jì)要求也在不斷變化。目前，主體加固主要是針對(duì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和主體承載能力相對(duì)不足的主體構(gòu)件，而對(duì)主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件的整體合理把握和診斷與判別能力相對(duì)較弱。要注意房屋局部相鄰構(gòu)件的加固對(duì)房屋相鄰局部構(gòu)件乃至房屋整體建筑結(jié)構(gòu)的直接影響。否則，加固或改造的需要最終會(huì)適得其反。另外，隨著鋼筋鋼構(gòu)件整體承載力的提高，要著重注意防火等級(jí)可能會(huì)明顯降低等諸多問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB500102002，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 中國(guó)建筑工業(yè)出版社出版，2002.

[2]J10996-2007，混凝土磚砌體結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī) 程[S].山東省工程建筑設(shè)計(jì)，2007.

[3]GB50003-2001，砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 中國(guó)建筑工業(yè)出版社出版，2002.

[4]中國(guó)建筑科學(xué)研究院.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) [M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003. 29-30.