民用建筑結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計改造

文／王維肖 山東建勘集團有限公司 山東濟南 250000

惠金 深圳招商房地產(chǎn)有限公司 廣東深圳 518000

肖長青 山東建勘集團有限公司 山東濟南 250000

引言：

國民經(jīng)濟迅速發(fā)展背景下，建筑工程規(guī)模不斷擴大，相應(yīng)的施工要求也越來越嚴格。民用建筑屬于特殊性質(zhì)商品，針對其使用壽命具有非常嚴格的標準規(guī)范，隨著加固工程數(shù)量的不斷增多，其實際作用也發(fā)生了相應(yīng)的變化。如電梯、樓層、戶型等，對民用建筑進行改造，盡管能夠與時俱進，順應(yīng)城市發(fā)展潮流，但難以避免在工程建設(shè)中存在質(zhì)量問題，導(dǎo)致民用建筑使用壽命大大縮短，所以需要應(yīng)用科學(xué)有效的加固設(shè)計改造措施，盡可能延長民用建筑的使用年限，為居民權(quán)益提供保障。

1、民用建筑的發(fā)展現(xiàn)狀

目前，我國各類民用建筑的面積已達150 億m2，但木材和其它結(jié)構(gòu)的比重還不到40%，而混凝土結(jié)構(gòu)是主要的。近年來，我國鋼結(jié)構(gòu)的比重也在逐年上升。混凝土結(jié)構(gòu)中存在著許多使用年限都在20 多年以上的住宅，它們的使用年限較久、建造年代比較久遠，存在老化開裂等情況。因為混凝土結(jié)構(gòu)本身抗拉和抗剪能力比較差，因此在民用建筑中應(yīng)用混凝土很容易導(dǎo)致構(gòu)件產(chǎn)生裂縫，若地基下沉，很難有效保障構(gòu)件質(zhì)量。以往的鋼筋處理技術(shù)還無法滿足現(xiàn)階段的水準，很容易導(dǎo)致鋼筋發(fā)生生銹和腐蝕的情況，這會在很大程度上影響鋼筋的使用年限。因為鋼筋表面很容易被氧化和腐蝕，因此民用建筑中鋼結(jié)構(gòu)耐候性與混凝土建筑相比顯著匱乏?，F(xiàn)階段我國大多數(shù)的民用建筑都是高層結(jié)構(gòu)，因此對于抗震性能方面標準非常高。

2、建筑結(jié)構(gòu)加固設(shè)計改造的原則

2.1 選用材料的原則

建筑結(jié)構(gòu)被破壞的原因多種多樣，比如腐蝕、振動和高溫等都會對其造成不良影響。對于民用建筑結(jié)構(gòu)來說，一般情況下需要針對破壞原因，采取科學(xué)有效的加固措施，并在不對原有結(jié)構(gòu)造成破壞的基礎(chǔ)上，采取相應(yīng)的加固手段，最大限度的防止出現(xiàn)替換與拆卸原有結(jié)構(gòu)的情況，為建筑的實用價值提供保障。在對建筑物實施加固設(shè)計改造等過程中，還應(yīng)該遵循相關(guān)原理，選取科學(xué)有效的材料，大部分材料對其性能以及強度等方面都有著比較嚴格的標準規(guī)范，同時還要求材料質(zhì)量輕、耐久性好、與原構(gòu)件具有很好的兼容性。在工程實踐中，通常會依據(jù)房屋原有構(gòu)件的性能、強度和類型，選用不同的加固材料。當(dāng)建筑物原有構(gòu)件的強度數(shù)據(jù)不夠全面時，應(yīng)在施工現(xiàn)場對原結(jié)構(gòu)材料進行強度測量，并按強度等級設(shè)置一個區(qū)間。

2.2 建筑結(jié)構(gòu)加固設(shè)計原則

因為建筑物種類的區(qū)別，所以建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損壞的原因也各不相同，應(yīng)用的加固設(shè)計方案也需要針對相應(yīng)原因?qū)嵤┰O(shè)計。在對民用建筑結(jié)構(gòu)進行加固的過程中，為了給建筑工程的安全性以及使用壽命提供保障，需要確保加工設(shè)計改造方案制定的科學(xué)合理性，同時還需要遵循以下原則進行建筑結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計：（1）建筑物自身作用增大或變化的情況；（2）建筑工程質(zhì)量不能保證的建筑物；（3）因惡劣氣候造成的建筑物結(jié)構(gòu)損壞。遵循建筑物結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損傷的因素，選用有效的加固結(jié)構(gòu)設(shè)計改造方案，為建筑物加固之后的安全性提供保障。

3、建筑結(jié)構(gòu)加固設(shè)計改造原理

在進行結(jié)構(gòu)加固設(shè)計之前，必須對現(xiàn)有建筑物進行全面的檢測與評價，以確定加固效果。并結(jié)合工程實際情況，提出經(jīng)濟、可行的加固方案。在理論上，對房屋建筑結(jié)構(gòu)進行加固設(shè)計改造有很多原理，如基于體系的加固、基于構(gòu)件的加固等。（1）健全的管控體系與混凝土原料的建筑結(jié)構(gòu)加固。為了提升整體的工程質(zhì)量，必須建立一個完整的應(yīng)變結(jié)構(gòu)和應(yīng)變控制體系，因此需要逐步強化每一處的加固，并在必要的時候，利用測量儀器對整個結(jié)構(gòu)進行監(jiān)測。同時，要保證混凝土和水泥質(zhì)量，以保證有關(guān)粘合劑和化學(xué)灌漿材料的收縮性能，并對其進行系統(tǒng)的控制。另外，在將鋼筋連接到混凝土部件時，也應(yīng)該保證每個接觸表面都有很好的粘合程度。（2）根據(jù)建筑物的受力特征，制定合理的建筑結(jié)構(gòu)加固設(shè)計改造方案；為了提高結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定和抗拉強度，必須對結(jié)構(gòu)的受力性能進行全面的研究和系統(tǒng)的分析。需要有關(guān)人員基于之前架構(gòu)與新架構(gòu)之間，建立一個相對合理的連接，以維持其協(xié)調(diào)性能。（3）對加強結(jié)構(gòu)二次受力體系的承載力進行系統(tǒng)的研究，確保兩種構(gòu)件之間應(yīng)變能力和接觸面之間的科學(xué)控制，根據(jù)定值進行系統(tǒng)研究和數(shù)據(jù)分析。（4）在實際的加固設(shè)計過程中，新舊結(jié)構(gòu)的銜接是非常重要的，需要有關(guān)工作人員對拉力、剪力以及壓力等指標進行全面系統(tǒng)的分析，使全截面共同工作，從而達到建筑整體加固效果提高的目的。

4、民用建筑加固改造特性

與新建工程相比，老舊房屋的加固、更新改造難度更大，因為傳統(tǒng)的民用建筑加固改造對加固改造的方案和施工工藝都有很高的要求。（1）每個改造方案都會受到各種客觀條件的限制，必須根據(jù)現(xiàn)有的建筑結(jié)構(gòu)和現(xiàn)狀，對架構(gòu)的加固與改造進行科學(xué)的分析。（2）老舊房屋的加固和改建一般都要求在很短的時間內(nèi)完成，對于施工也有著較高的標準規(guī)范，需要盡量再少停工或者是不停工的情況下完成全部工作；不僅如此，因為傳統(tǒng)民用建筑的使用空間比較小，因此對于建筑結(jié)構(gòu)的架構(gòu)設(shè)計改造方案也有著較為嚴格的標準規(guī)范，很多的大型設(shè)備都不可以直接抵達施工現(xiàn)場，材料的規(guī)格、型號、安裝等都會受到很大的限制，這些都是在設(shè)計方案的過程中需要給予重點考慮的內(nèi)容。（3）此類房屋的加固和改建常常需要大量的設(shè)計步驟，而且，在施工現(xiàn)場也有潛在的不安全隱患，在施工現(xiàn)場工作的過程中，也會由于多種因素的影響制約施工進度。這些都需要在項目前期規(guī)劃中進行深入考慮的內(nèi)容，在設(shè)計過程中應(yīng)盡量避免各種可能發(fā)生的問題，或者制定出一套完整的對策，避免出現(xiàn)不可控制的后果。

5、民用建筑加固設(shè)計改造流程

科學(xué)、合理的工藝過程對于提高整體設(shè)計的可靠性而言具有十分重要的作用。（1）對整個建筑的可靠性進行系統(tǒng)的調(diào)查和分析，保證其基本功能符合相應(yīng)的理論參數(shù)，并根據(jù)相關(guān)法規(guī)進行深入的分析和研究。（2）完善維修與提升計劃，透過相關(guān)專業(yè)機構(gòu)的認證與評估，深入探討與理解工程，制定全面的處置策略，以提升整體工程的整體安全；（3）探討整體結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)力特征，以確保結(jié)構(gòu)設(shè)計能與實際需要相符，并使各施工單位能采取相應(yīng)的措施，使各施工要求都能得到貫徹落實，從而實現(xiàn)施工質(zhì)量的優(yōu)化。（4）要統(tǒng)籌制定施工組織計劃，制定切實可行、合理的加固方案，加強施工現(xiàn)場的協(xié)調(diào)性與配合程度，深入確保工程建設(shè)和驗收的質(zhì)量符合相關(guān)的要求和標準。特別要注意的是，施工完畢后，必須進行相應(yīng)的簽字驗收工作，確保符合資質(zhì)的施工單位可以利用專業(yè)的檢測設(shè)備，對整個工程項目的可靠性及安全性實施全方面的監(jiān)測與管控。

6、加固改造在設(shè)計當(dāng)中應(yīng)該要注意的問題

在民用建筑結(jié)構(gòu)加固設(shè)計改造的過程中，界面的處理效果會在很大程度上影響加固設(shè)計的效果。脫落、鼓包、“兩層皮”等現(xiàn)象都是建筑結(jié)構(gòu)改造過程中存在的安全問題。所以在施工的過程中，需要對這些給予足夠重視，提高安全儲備能力。對于新舊混凝土以及新加混凝土而言，都需要使用植筋、抗剪件、結(jié)構(gòu)膠等技術(shù)進行處理，保障加固面和原來連接的緊密性，從而確保其符合設(shè)計的標準規(guī)范。不僅如此，還需要對設(shè)計人員本身的條件予以重視，現(xiàn)在大部分企業(yè)聘請的技術(shù)人員并不是專業(yè)從事建筑結(jié)構(gòu)加固設(shè)計，因此在其思維以及設(shè)計方法方面還有很大進步空間。在剛剛開始設(shè)計的過程中，設(shè)計人員需要對施工現(xiàn)場的情況以及環(huán)境，還有材料質(zhì)量的進行認真仔細的檢查。設(shè)計人員制定好施工方案之后，應(yīng)由經(jīng)驗豐富設(shè)計人員與有關(guān)部門共同商議，將認為不合理的地方進行標注并修正。設(shè)計人員需要注重吸取和借鑒其他項目的成功經(jīng)驗，制定出最適合項目的設(shè)計方案。

7、民用建筑加固的設(shè)計改造方法

7.1 混凝土結(jié)構(gòu)加固改造

7.1.1 加大截面法

在對混凝土受彎構(gòu)件實施現(xiàn)澆層加蓋時，可以科學(xué)合理的增大截面高度與面積，進而不斷優(yōu)化受彎構(gòu)件的承載能力，提高截面的加固效果。在適筋情況下，鋼筋面積與其受彎構(gòu)件承載力呈現(xiàn)正比例的關(guān)系，通過科學(xué)合理的增大主筋面積，能夠優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)的抗彎性能。進行柱體、板面、墻體等構(gòu)件的施工中，常采用擴大截面的方法。

7.1.2 預(yù)應(yīng)力加固法

該項方法通過使用鋼拉桿或撐桿，在建筑原來的結(jié)構(gòu)上施加預(yù)應(yīng)力，把原有結(jié)構(gòu)承受的荷載地轉(zhuǎn)移到加工設(shè)計改造之后的結(jié)構(gòu)上。一般情況下，這種方式可以有效提高構(gòu)件承載能力和剛度，比如梁、板、屋架等混凝土構(gòu)件。但是對于溫度超過60℃或者混凝土具有收縮再變大結(jié)構(gòu)的情況，則不能夠應(yīng)用這種方法。

7.1.3 外包鋼加固法

該方法能夠在很大程度上優(yōu)化混凝土結(jié)構(gòu)承載能力，一般情況下，把型鋼包裹在混凝土構(gòu)件周圍，和混凝土一起配合使用，主要有干式與濕式兩種，而且工作的溫度最好不要超過60℃，在含有腐蝕性物質(zhì)的環(huán)境中，應(yīng)該采取科學(xué)有效的措施進行保護。

7.1.4 碳纖維織物加固法

該技術(shù)把碳纖維織物粘附在混凝土表面，能夠有效的提高混凝土的承載能力，一般情況下用于耐腐蝕和耐潮濕的建筑結(jié)構(gòu)，維護成本比較小，而且使用壽命很長，但是需要予以重視的是，應(yīng)用該方法需要增設(shè)防火裝置。

7.1.5 粘貼鋼板法

該方法可將鋼板粘結(jié)到低承載力的構(gòu)件區(qū)段上，可以有效地改善構(gòu)件的承載能力。該加固方法施工簡便，通常情況下，在沒有濕度的條件下進行，不會影響日常的生產(chǎn)和生活，其主要用于梁、板等受彎受拉構(gòu)件。但是，在實際進行加固的過程中，最后的施工效果與施工人員的水平息息相關(guān)，而且時間施工過程中存在很多外界因素，都會在一定程度上影響工程質(zhì)量，因此通常情況下，該方法應(yīng)用于承載靜力荷載的構(gòu)件上。

7.1.6 繞絲加固法

繞絲加固法主要是在加固的受壓構(gòu)件上纏繞鋼絲，對混凝土產(chǎn)生約束作用，進而在根本上增強構(gòu)件極限承載能力。加固方法和增大截面法比較來說，優(yōu)點與缺點都是一樣的，因此對于缺乏斜截面承載能力的構(gòu)件或者適用于橫向約束條件的構(gòu)件而言，該方法同樣適用。

7.2 砌體結(jié)構(gòu)加固改造

7.2.1 間接加固法

砌體結(jié)構(gòu)的間接加固方法分為結(jié)構(gòu)構(gòu)造性修復(fù)與加固和預(yù)應(yīng)力撐桿加固。對于砌體結(jié)構(gòu)而言，針對局部開裂的情況或者是墻體垂直裂縫的情況，都可以使用梁墊進行加固，在縱橫墻上存在交叉缺陷或不合理的圈梁布置時，可使用圈梁加固的方法，為房屋建筑的穩(wěn)定性提供保障。預(yù)應(yīng)力撐桿加固的方法能夠有效地改變砌體的受力，提高加固作用，特別是對高應(yīng)力、高應(yīng)變情況下的砌體進行加固，然而在環(huán)境溫度超過60℃的情況下不宜使用。

7.2.2 直接加固法

直接將固法分為扶壁柱加固法與鋼筋混凝土外加層加固法。第一種是對截面進行加固，具有適應(yīng)性強、承載力強與施工簡便等優(yōu)勢，但其不易經(jīng)受強烈震動，所以不適用于震區(qū)建筑物結(jié)構(gòu)的加固處理。第二種是復(fù)合截面加固法，通常情況下，在壁墻和柱等結(jié)構(gòu)的建筑中應(yīng)用比較廣泛，能夠顯著提高砌體的承載能力，然而施工需要很長時間，最后加固的砌體也會減小建筑物凈空。

7.3 鋼結(jié)構(gòu)加固改造

7.3.1 改變結(jié)構(gòu)計算圖形

鋼結(jié)構(gòu)加固方式有增加支承法與增大截面法等。比如轉(zhuǎn)變整個結(jié)構(gòu)的分析簡圖結(jié)構(gòu)機制，典型的有增加支承法，把一榅一榅形式的臺架模式轉(zhuǎn)化為空間形式，加入支撐縮短組件之間的長細比，以提高整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與承載力。增加支承法可以對荷載分布以及節(jié)點等進行有效調(diào)節(jié)，還可以通過增設(shè)支承以及加大預(yù)應(yīng)力的方式對建筑結(jié)構(gòu)實施加固處理，有效提高構(gòu)件剛性，或集中于某個支柱進行加固處理。此外還可以通過加大構(gòu)件截面的方法進行加固，改變受彎構(gòu)件的截面應(yīng)力，對于連續(xù)結(jié)構(gòu)的支撐位置進行調(diào)整，從而采取有效措施對桁架的桿件內(nèi)力實施優(yōu)化，如預(yù)應(yīng)力拉桿，科學(xué)合理的對建筑結(jié)構(gòu)進行加工。

7.3.2 結(jié)構(gòu)連接的加固

通常情況下，應(yīng)用焊接、螺栓、鉚接等方法將鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)與加固構(gòu)件進行焊接，螺栓由普通螺栓與高強度螺栓，可按實際情況選擇合理的連接形式。實際施工過程中，需要詳細分析建筑結(jié)構(gòu)架構(gòu)的情況，并根據(jù)施工場地和結(jié)構(gòu)的特點，綜合考慮多種因素，確定最佳的連接形式。在鋼結(jié)構(gòu)加固中，最常見的形式有焊縫、高強度螺栓兩種連接方式，當(dāng)對鋼結(jié)構(gòu)連接進行特別要求時，應(yīng)將兩種不同的方法結(jié)合在一起，同時還要注意焊接工藝的質(zhì)量，確保所使用的材料達到標準。

7.3.3 鋼結(jié)構(gòu)裂紋處理及加固

由于鋼結(jié)構(gòu)在承受多個載荷的情況下，在加工、選材、設(shè)計等方面出現(xiàn)了一些不合理的問題，造成了結(jié)構(gòu)的損傷、開裂，如果不能及時地進行修復(fù)，裂縫就會在荷載的作用下，繼續(xù)增大裂縫的寬度和長度，從而加重結(jié)構(gòu)的破壞，引起更大的安全隱患。所以，對鋼結(jié)構(gòu)裂縫應(yīng)采取相應(yīng)的對策。對其產(chǎn)生的原因及可能產(chǎn)生的影響進行深入分析，并據(jù)此提出相應(yīng)的加固措施，以改善結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，防止因開裂而引起建筑鋼結(jié)構(gòu)不平衡情況，強化建筑鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，防止因為裂紋而使得建筑物結(jié)構(gòu)失衡，從而給人們的生命和財產(chǎn)帶來一定的危害。

8、基于結(jié)構(gòu)設(shè)計的民用建筑加固改造的有效措施

8.1 完善結(jié)構(gòu)設(shè)計

我國建筑設(shè)計方法仍然受到傳統(tǒng)建筑模式的制約，因循守舊，未能實現(xiàn)重大突破，與我國目前的發(fā)展現(xiàn)狀相違背。我國是一個龐大的人口大國，快速上漲的房價造成大部分老百姓的住房困難。民用建筑改造問題的產(chǎn)生，是因為居民希望擴大居住空間。因此，本文提出，在民用建筑結(jié)構(gòu)的改造設(shè)計中，要重視新穎、實用的問題，并要充分考慮怎樣使建筑的居住面積最大。但這并不意味著要忽視房屋的品質(zhì)，在進行房屋新穎、實用的設(shè)計時，應(yīng)加強民用建筑結(jié)構(gòu)的安全設(shè)計，以防止出現(xiàn)豆腐渣工程。

8.2 注重對原材料質(zhì)量的管理

我國出現(xiàn)這么多的“豆腐渣”項目，不僅是因為設(shè)計上的問題，更是因為產(chǎn)品的質(zhì)量問題。許多施工單位為了謀取暴利，以低廉的價格購買劣質(zhì)的裝飾和加固材料，以降低工程造價。要想從根本上阻止這種情況發(fā)生，就必須要有制度進行支撐。許多施工單位為了謀取暴利而落荒而逃，其主要原因是缺少一套行之有效的監(jiān)管機制與懲戒手段。由于我國法律法規(guī)不多，而且缺乏嚴厲的懲罰手段，因此違法的代價非常小，所以人們往往會為了獲得更大的經(jīng)濟利益，不惜以賠償?shù)姆绞竭_到自己的目的。因此，我國應(yīng)當(dāng)加大對建筑施工人員的管理力度，嚴懲偷工減料、侵犯人們利益的行為，并采取嚴格的處罰措施來遏制此類現(xiàn)象的蔓延。此外，還應(yīng)強化監(jiān)管與強制執(zhí)行機制。低劣原材料的存在損害了大部分房主的利益。因此，我國相關(guān)部門應(yīng)當(dāng)加強對這一領(lǐng)域的監(jiān)管與管理。對銷售此類商品的人采取嚴厲的法律措施進行懲處。從根本上防止此類產(chǎn)品進入建材市場。同時，還要借助群眾的力量，舉報和獎勵那些違法加固改造與銷售的房屋，并對這種行為進行獎勵，以此來提升人們的信心。

8.3 加強對環(huán)境的保護

生活中的很多東西都會對環(huán)境造成污染，特別是在裝修房子的時候，會產(chǎn)生噪音、廢物垃圾等，這些都是難以避免的。因此，在進行房屋加固和改建時，應(yīng)注意保護環(huán)境,針對臥室和起居室等主要功能空間可以選用隔音棉或夾層玻璃這類環(huán)保型隔音材料，可達到減少噪音、增加居住舒適度、減少陽光照射等效果。此外，還應(yīng)加強對自然資源的利用，居民在房屋進行加固和改建的過程中，可以采用加裝太陽能設(shè)備的方式，來實現(xiàn)對自然資源的充分利用。

結(jié)語：

當(dāng)前，再對民用建筑結(jié)構(gòu)進行加固設(shè)計改造的過程中，有關(guān)設(shè)計人員和技術(shù)人員需要重視對加固設(shè)計的研究與歸納總結(jié)掌握其中的關(guān)鍵與重點，進而在根本上提高加固的水平和加固的質(zhì)量，推動我國建筑領(lǐng)域的發(fā)展與進步。