基于民用建筑結構加固的設計改造

鐘 芳

（中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京 102600）

隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，建筑工程的建設規(guī)模得以不斷擴大，對于建筑工程的要求也相應提高。民用建筑作為一種特殊的商品，對使用年限具有較高的要求，隨著加固項目的不斷增多，其實際功能也發(fā)生相應的變化，如：電梯、樓層、戶型等，對這些建筑項目的改造滿足了現(xiàn)代城市規(guī)劃需求，但是有些項目規(guī)劃存在一定的質量隱患，嚴重縮短了民用建筑的 使用年限，需要做出適當?shù)募庸痰脑O計改造，延長民用建筑的使用年限，保護居民的權益。

1.民用建筑結構加固設計改造原理

1.1 混凝土加固材料的使用

為了有效改善加固結構在應變和應力滯后問題，在選擇鋼材類型時，應該選擇比例極限變形較低的一級、二級鋼材。在使用預應力加固法時，針對大型結構的加固材料應該選用高強鋼材，從而降低材料用量，提高鋼材的應力水平[1]。為了保證二次組合結構的接觸面能夠具有一定的粘結性能，并且選用壓縮性較小的混凝土，使新舊兩種材料具有一致的受力性，并且保證與原構件產(chǎn)生較高的粘結度。

1.2 加固結構的受力特性

與其他沒有進行加固改造的結構相比，改造后的加固結構具有一定的受力特性。加固結構一般作為二次組合結構使用，在新舊結構上存在協(xié)調方面受力一致的問題，為了保證新舊結構的協(xié)調性，需要做好接觸面的施工處理，通常來說，接觸面的混凝土強度要遠遠低于混凝土本身的強度，因此，對于總體承載力方面二次組合結構來說，要遠低于一次整澆結構。加固結構往往也作為二次受力結構，在對結構進行加固改造之前，已經(jīng)完成了第一次受力，經(jīng)過加固后的結構，即使承載力再低，改造后的截面應力和應變水平都遠高于之前。經(jīng)過二次荷載的作用，新加的結構才能進行二次受力，整體加固的結構在新加應力與應變方面都滯后于原結構，當原結構的受力超出閾值時，新加結構的應力可能遠低于之前的數(shù)值，當原結構被嚴重破壞時，新結構可能還未超出設定的極限強度[2]。

2.建筑結構加固設計改造的原則

2.1 選用材料的原則

引起建筑結構出現(xiàn)損壞的主要原因包括腐蝕、振動、風化、高溫等，針對工業(yè)、民用建筑結構進行加固時，一般需要根據(jù)具體的損壞原因采用相應的加固措施，基于原結構不受損壞的情況下，開展相應的加固工作，盡量避免對原構件進行更換或拆除，保證具有實際價值的構件。在進行建筑結構加固設計時，根據(jù)相應的原則選擇合適的材料，大多選取的材料需要具有高性能、高強度、質量輕、耐久性等特點，并且能夠與原構件有良好的相容性。在實際操作過程中，一般根據(jù)民用建筑的原構件的性能、強度以及種類選擇相應的加固材料。對于建筑原構件的強度資料信息不充分的情況下，應該在施工現(xiàn)場測算原結構材料的強度，并根據(jù)強度的等級設定一定的范圍。

2.2 建筑結構加固設計原則

由于建筑種類不同，建筑結構出現(xiàn)損壞的原因也各有不同，如：高溫、腐蝕、振動、地基沉降等，采取的加固設計方案也各有不同。在民用建筑結構加固時，為了保障建筑物的施工安全以及延長建筑的使用年限，需要采取合適的結構加固的設計改造方案[3]，針對損壞原因采取針對性的加固措施，避免原始的建筑結構出現(xiàn)損壞，盡量減少更換或拆除原構件，保留有利用價值的構件。對建筑結構進行加固設計時，通常需要以下幾種情況：①建筑本身的功能增加或改變；②施工質量沒有保障的建筑物；③極端天氣引起的結構損壞等情況。針對不同的建筑結構損壞原因選擇科學合理的加固結構設計改造方案，從而有效保障建筑加固后的安全性。

3.民用建筑加固的設計改造方法

3.1 混凝土結構加固改造

3.1.1 加大截面法

在民用建筑的混凝土結構的受彎構件上進行現(xiàn)澆層的加蓋，能夠適當增大截面的高度和面積，從而進一步提高受彎構件的抗彎性能，能夠提高截面的加固效果?；谶m筋條件下，鋼筋面積與受彎構件截面的承載力有著正相關關系，適當增大主筋面積，能夠有效提高構件的抗彎能力。增大截面法一般應用于柱體、板面、墻體等構件施工中[4]。

3.1.2 預應力加固法

這種方法通過外加預應力的鋼拉桿或者撐桿對建筑物的原結構進行加固，將原結構所承受的荷載力轉移到加固改造后的結構上，一般適用于可有效提高承載度、剛度以及抗裂性或者占用空間小的混凝土承重結構，如：梁、板、屋架等，對于溫度超過60℃的高溫環(huán)境，或者混凝土出現(xiàn)收縮再變大的結構，均不使用。

3.1.3 外包鋼加固法

這種加固方法能夠有效提高承載能力，一般通過型鋼包裹住混凝土構件的四周，使其與混凝土進行協(xié)同性作業(yè)，主要分為干式、濕式等兩種，作業(yè)溫度不能超過60℃，在具有腐蝕性介質的作業(yè)環(huán)境時，還需要采用可靠的防護措施。

3.1.4 碳纖維織物加固法

這種方法在混凝土的表面粘貼碳纖維織物，從而有效提高其承載能力，一般適用于具有粘貼鋼板的優(yōu)點、耐腐蝕、耐潮濕和不增加自重、耐用性強、維護成本低的結構，但是需要額外設置防火設施。

3.1.5 粘貼鋼板法

這種方法通過將鋼板粘貼在承載能力較小的構件區(qū)段，能夠有效提高構件承載力。這種加固方法施工比較簡單，一般處于無濕度的作業(yè)環(huán)境，不會對日常的生產(chǎn)和生活造成較大的影響，多應用于受彎、受拉構件，如：梁、板等。但是，實際的加固效果主要受施工團隊的水平影響，而且由于在施工過程中，影響施工質量的環(huán)境因素較多，因此，多應用于承受靜力荷載的構件。

3.1.6 繞絲加固法

繞絲法加固法主要通過鋼絲纏繞在加固后的受壓構件上，從而使混凝土受到一定的約束，從而有效提高構件的極限承載能力。這種加固方法與增大截面法具有相似的優(yōu)劣勢，因此，也適用于缺乏斜截面能力的構件，或者應用于施加一定橫向約束的構件中[5]。

3.2 砌體結構加固改造

3.2.1 間接加固法

砌體結構采取間接加固法包括結構構造性修復與加固和采用預應力撐桿加固法，對于前者來說，部分砌體出現(xiàn)局部壓碎或者墻體部位出現(xiàn)豎直方向的縫隙都可以通過梁墊的方式進行加固，縱橫墻出現(xiàn)的交接缺陷或者不合理的圈梁設置，為了保證房屋建筑的穩(wěn)定性，可以通過圈梁的方式來加固；后者能夠有效改變砌體的承載能力，提高砌體的加固效果，尤其是保證處于高應力和高應變狀態(tài)的砌體在加固方面具有一定的適用性，但是溫度超過60℃的環(huán)境不建議采用這種方法。

3.2.2 直接加固法

直接加固法也可分為扶壁柱加固法以及鋼筋混凝土外加層加固法。第一種加固方法屬于增加截面的加固法，具有高適應性、高承載能力以及簡便的施工優(yōu)點，但難以承受高強度的震動，因此，不適用于地震區(qū)域的建筑結構加固。第二章方法屬于復合截面加固法，常適用于帶壁墻、柱等結構的建筑，能夠快速提高砌體的承載能力，但施工時間較長，加固完成的砌體會降低建筑物的凈空。

3.3 鋼結構加固改造

對于鋼結構來說，采取的加固方法主要包括改變結構計算圖形、結構連接加固、鋼結構裂紋處理等。

3.3.1 改變結構計算圖形

采用這種方法能夠對荷載的分布情況、節(jié)點、邊界等進行有效的調整，并通過增設支撐或者施加預應力等方式對建筑結構進行加固。通過增設支撐能夠提高構件的剛度或者重點加強某一支柱的剛度；或者通過改變受彎桿件的截面內力進行適當?shù)募庸?，調整連續(xù)結構的支座位置或者將結構轉化成為撐桿式的結構，采用適當?shù)姆绞礁淖冭旒艿臈U件內力，如：預應力拉桿，對結構進行適當?shù)募庸ぁ?/p>

3.3.2 結構連接的加固

一般使用焊縫、螺栓和鉚釘?shù)姆绞綄︿摻Y構和加固構件進行適當?shù)倪B接，其中螺栓又分為兩種，即普通螺栓和高強度螺栓，根據(jù)實際情況選擇不同的連接方式。在實際施工過程中，需要分析結構加固的具體情況，結合施工現(xiàn)場的情況與結構的具體構造，充分考慮各種因素，從而選出最優(yōu)的連接方式。在鋼結構加固過程中出現(xiàn)頻率最高的方式為焊縫和高強度螺栓連接等兩種方式，如果鋼結構連接有特殊的要求，則需要聯(lián)合兩種方法組合連接，此外，還需要關注焊縫連接過程中的焊接工藝是否合格，保證連接工藝采用的施工材料符合要求。

3.3.3 鋼結構裂紋處理及加固

由于鋼結構受到多次的荷載作用，并且在加工、選材、設計等方面存在不合理的問題，會導致鋼結構出現(xiàn)損傷或者裂紋，如果沒有及時處理裂紋，裂紋具有一定的擴展性，會在荷載的作用下，不斷擴大縫隙的長度和寬度，最終加劇結構的損壞程度，進一步引發(fā)安全問題[6]。因此，必須采取有效的措施處理鋼結構裂紋。分析裂縫出現(xiàn)的根因，并深究其可能造成的影響，根據(jù)分析得出的結果采取相應的措施對鋼結構進行加固，提高建筑鋼結構的穩(wěn)定性，避免由于裂紋的存在，導致結構失衡，對人民群眾的生命財產(chǎn)安全造成一定的威脅。

4.結語

綜上所述，對民用建筑結構的加固設計能夠有效保障建筑物的穩(wěn)定性和安全性，為了延長建筑結構的使用壽命以及保證建筑的安全，對結構加固的設計改造法能夠有效應對承載力不足的構件。在加固改造的過程中，需要深入分析建筑結構改造的目的和根本原因，采取科學合理的加固設計，確保建筑結構的設計改造滿足相應的規(guī)范要求，促進建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。