建筑結(jié)構(gòu)加固設(shè)計及施工探析

文／郭強 華東建筑設(shè)計研究院有限公司 上海 200011

1、建筑結(jié)構(gòu)加固設(shè)計和施工的重要作用

1.1 能夠使建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性更強

建筑工程完工投入運行后，經(jīng)過裝修、改造以及長時間的使用，并且受外部環(huán)境因素的影響，對其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性會產(chǎn)生一定的損害，這樣建筑結(jié)構(gòu)的使用就會存在安全風(fēng)險。通過結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計和施工，能夠使原有的結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性得到進(jìn)一步增強，尤其是結(jié)構(gòu)建設(shè)較為薄弱的地方，利用加固操作，可以及時彌補，這樣在內(nèi)外部因素的影響下也能夠具有較好的結(jié)構(gòu)承載力，提升建筑物的牢固性。

1.2 能夠使建筑物使用年限延長

建筑工程建設(shè)的質(zhì)量與其使用年限有直接的關(guān)聯(lián)，建筑物在實際使用的過程中，質(zhì)量會受到建設(shè)水平以及外界因素的影響，這樣建筑物使用的年限就會逐漸下降，而通過加固技術(shù)的應(yīng)用，建筑物結(jié)構(gòu)的牢固性會提高，使建筑物更加耐久使用，盡可能的降低各類不利因素對建筑結(jié)構(gòu)的影響，從而增長建筑物使用時限。

1.3 能夠使建筑物市場價值提升

將建筑結(jié)構(gòu)加固工藝技術(shù)應(yīng)用到設(shè)計和施工當(dāng)中，對于建筑工程建設(shè)起到十分重要的作用，可以提升建筑物穩(wěn)定性，同時也能夠使工程建設(shè)和建筑物的使用安全性更高，這樣建筑事業(yè)的發(fā)展才會穩(wěn)步前進(jìn)。在實際的工程建設(shè)中，利用先進(jìn)的施工技術(shù)以及結(jié)構(gòu)加固技術(shù)，推動建設(shè)工程技術(shù)水平不斷提升，這樣整體的建筑物市場價值也會隨之提升。

1.4 能夠使建筑結(jié)構(gòu)抗震性增強

現(xiàn)如今我國的建筑工程質(zhì)量檢驗標(biāo)準(zhǔn)逐步提升，其中有關(guān)建筑物的抗震性能受到重點關(guān)注。由于自然災(zāi)害對建筑物結(jié)構(gòu)有較大的破壞性，在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計和施工階段都要采取合理的方法提高結(jié)構(gòu)抗震性能。加固技術(shù)的使用，可以使建筑主體在水平拉力和豎向荷載方面有更強的抵御能力，使結(jié)構(gòu)整體的抗震性得到提升。

2、建筑結(jié)構(gòu)加固的原則

建筑結(jié)構(gòu)的加固工作中，加固設(shè)計是施工的前提，對結(jié)構(gòu)加固建設(shè)的最終效果產(chǎn)生直接的影響，所以，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固時，需要設(shè)計人員遵循一定的原則進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計，確保建筑物加固施工的質(zhì)量。具體來講，需要遵循的原則首先是符合整體性要求。在對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固設(shè)計和施工時，需要從整體性角度出發(fā)，設(shè)計時綜合考慮構(gòu)件之間的相互影響，盡量使某一構(gòu)件的加固設(shè)計不會影響其他構(gòu)件。另外，需要復(fù)合材料一致性要求。建筑結(jié)構(gòu)自身的承載力除了受外部因素的影響，自身結(jié)構(gòu)的荷載承受力也非常關(guān)鍵，也就是材料質(zhì)量。對建筑結(jié)構(gòu)某一部分進(jìn)行加固設(shè)計時，使用的材料與其他結(jié)構(gòu)部位要一樣，才能確保加固建設(shè)的良好效果。再者，需要符合合理性要求。在對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固時，設(shè)計和施工都要結(jié)合建筑物的具體情況，選擇合理的技術(shù)實施加固建設(shè)，保證結(jié)構(gòu)能夠符合建筑結(jié)構(gòu)整體體系受力性能要求。

3、建筑結(jié)構(gòu)加固技術(shù)分析

3.1 承重結(jié)構(gòu)加固

這種加固技術(shù)方法主要是為了增強建筑結(jié)構(gòu)的承載力和機械強度。技術(shù)方法的具體使用過程為：利用水泥砂漿作為結(jié)構(gòu)加固的材料，設(shè)計施工中確定的加固厚度應(yīng)控制在2cm-3cm之間，嚴(yán)格依照水泥砂漿施工建設(shè)的準(zhǔn)則，每一層的厚度需要控制在1.5cm以下，使結(jié)構(gòu)加固的質(zhì)量更好的達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。使用鋼筋網(wǎng)混凝土砂漿進(jìn)行加固處理時，鋼筋總體厚度需要控制在25mm-40mm范圍內(nèi)，鋼筋直徑大小控制在4mm-8mm之間，將鋼筋網(wǎng)均勻的分布到加固墻面，注意這個過程中施工人員要細(xì)致的檢查墻面是否存在裂縫，如果墻面出現(xiàn)裂縫，需要先將原先墻面的裂縫填充嚴(yán)實，接著對墻面進(jìn)行加固處理，將墻面上的瓷磚、油漆面清理干凈，潤濕處理后，接著進(jìn)行加固層施工，這項工作完成后，還需進(jìn)一步澆筑維護(hù)，防止墻面開裂。

3.2 粘鋼加固

這種加固技術(shù)方法主要就是通過粘貼鋼板實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的加固處理。使用高性能的環(huán)氧粘貼劑對混凝土構(gòu)件進(jìn)行鋼板粘貼，以使混凝土結(jié)構(gòu)和鋼板之間形成一個統(tǒng)一整體，這樣鋼板自身的抗拉強度能夠承擔(dān)部分混凝土構(gòu)件的剛度和承載力，起到結(jié)構(gòu)加固的效用。具體在使用這一技術(shù)方法時，為了提升施工效果，在開始前，需要進(jìn)一步處理作業(yè)面，使用角磨機將表層厚度打磨掉1mm～2mm，并對凹陷處進(jìn)行找平處理。其中使用的鋼板材料，在進(jìn)行加固粘貼前，要對表面進(jìn)行粗糙打磨以及除銹處理，具有一定的粗糙度，且打磨的紋路與鋼板受力方向形成垂直。在將鋼板和混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行粘連前，先進(jìn)行試安裝，對兩者位置進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，確保粘貼吻合度。使用的膠粘劑需要通過膩刀涂抹到處理過后的鋼板表面，接著將鋼板粘貼到混凝土構(gòu)件上，借助化學(xué)錨栓進(jìn)行加固，同時借助鋼支撐搭配木方完成加壓處理。鋼板粘貼完成后，需要進(jìn)行固化養(yǎng)護(hù)，加固施工如果在夏季，可以在1天之后開展加載施工，一般情況下經(jīng)過3天后就能夠達(dá)到設(shè)計使用荷載要求。

3.3 粘貼碳纖維復(fù)合材料加固

這種加固技術(shù)方法主要是為了提升混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及新舊結(jié)構(gòu)間的強度。而且使用這種材料加固后，耐腐蝕性以及耐久性都能得到提升，將這種加固技術(shù)應(yīng)用到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計施工中，替代了鋼筋螺紋連接技術(shù)。一般低碳纖維的彈性模量大概在220gpa，而高碳纖維的彈性模量在340gpa～560gpa之間，粘貼碳纖維復(fù)合材料的外部黏度可以使建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性得到進(jìn)一步提升。

3.4 置換混凝土加固

這種技術(shù)方法主要是在建筑原有結(jié)構(gòu)的混凝土性能和質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的情況下進(jìn)行使用，簡單講就是將原有不達(dá)標(biāo)的混凝土結(jié)構(gòu)拆除，使用原結(jié)構(gòu)種類相同材料，但等級強度更高的混凝土進(jìn)行二次澆筑，完成置換，這樣使整體結(jié)構(gòu)的混凝土強度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，提升建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。使用這種技術(shù)方法，建筑結(jié)構(gòu)的承載力以及強度都能夠得到提升。而且這種技術(shù)成本優(yōu)勢較為突出，施工操作也比較便捷。經(jīng)過加固設(shè)計施工后，建筑結(jié)構(gòu)原有的空間環(huán)境并沒有出現(xiàn)改變，也不會對周邊環(huán)境產(chǎn)生大的影響。

3.5 碳纖維布加固

這一技術(shù)方法主要是指使用非金屬纖維類材料對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固處理，利用加固材料的性能，使結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性得到增強。具體來講，使用這種技術(shù)方法進(jìn)行加固，需要先將結(jié)構(gòu)表面的碳化層、雜質(zhì)等清除干凈，同時對表面上存在的裂縫、凹陷等問題進(jìn)行平整處理，完成結(jié)構(gòu)表面處理工作后，使用碳纖維布鋪設(shè)在建筑結(jié)構(gòu)的表面，需要涂刷樹脂在表面，等到干燥后，再將碳纖維布粘貼在結(jié)構(gòu)構(gòu)件的表面，壓實處理，使其和樹脂之間形成緊密結(jié)合，這樣加固效果會得到較好的提升。

3.6 預(yù)應(yīng)力加固

這種技術(shù)方法主要是使用外部的預(yù)應(yīng)力束在構(gòu)件主體截面施加預(yù)應(yīng)力，以增強其截面剛度，進(jìn)而達(dá)到結(jié)構(gòu)加固的目的。這種技術(shù)方法屬于主動加固方式，在建筑結(jié)構(gòu)加固設(shè)計施工中使用，可以使構(gòu)件內(nèi)部過大的應(yīng)力得到釋放，以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)承載力提升，同時增大結(jié)構(gòu)剛度、減小結(jié)構(gòu)過大的撓度，適當(dāng)?shù)恼{(diào)整結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)。這種方法使用時，需要使用預(yù)應(yīng)力拉桿進(jìn)行加固，而且在施工之前，要對拉桿進(jìn)行調(diào)直校正，并且對其安裝的位置以及大小進(jìn)行明確，并檢驗螺桿、螺帽以及焊接接頭的質(zhì)量。施工過程中還要控制混凝土構(gòu)件與撐桿末端處角鋼之間的嵌入深度和焊縫質(zhì)量，以達(dá)到良好的加固效果。

3.7 增加截面加固

這種技術(shù)方法主要是為了提升構(gòu)件的抗彎性能，進(jìn)而起到加固效果，使用混凝土澆筑受彎構(gòu)件區(qū)域，使構(gòu)件正截面面積增大。建筑結(jié)構(gòu)混凝土的彎變構(gòu)件在適筋允許的范圍內(nèi)，其正截面的承載力與鋼筋強度以及面積存在正比關(guān)系。彎變的構(gòu)件如果具有較低的正截面配筋率，就需要合理的增加主筋面積來調(diào)整。對于正截面受拉區(qū)域要用混凝土進(jìn)行澆筑，在原構(gòu)件的有效作用下，使構(gòu)件的承載力得到大大提升。這種加固技術(shù)比較常用，而且技術(shù)較為成熟，對于房屋建筑的梁、柱以及墻面等進(jìn)行加固時，都可以使用這種方法。

4、我國建筑結(jié)構(gòu)加固改造現(xiàn)況

隨著建筑工程建設(shè)行業(yè)的發(fā)展，結(jié)構(gòu)加固改造也相應(yīng)發(fā)展起來，加固改造量的基礎(chǔ)是現(xiàn)有建筑存量，根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計得知，我國現(xiàn)如今有大批60、70年代建設(shè)的房屋建筑已經(jīng)超過了設(shè)計基準(zhǔn)期，需要進(jìn)行加固改造，而全國大概有33%以上的住宅儲備缺口，城市的住宅結(jié)構(gòu)逐步進(jìn)入老齡化狀態(tài)，需要進(jìn)行加固改造和維修。同時，基于成本控制的考量，對老建筑結(jié)構(gòu)利用的情況增多，需加固的建筑項目也不斷增加。我國建筑加固改造的需求量年增長大概達(dá)到50%，所以每年我國都有大批需要加固改造的建筑物，這些建筑結(jié)構(gòu)可能因為結(jié)構(gòu)超載需要補強，可能因為抗震要求達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)需要進(jìn)行抗震加固，也可能因為建設(shè)質(zhì)量本身不達(dá)標(biāo)，需要進(jìn)行加固處理。

5、建筑結(jié)構(gòu)加固設(shè)計和施工實踐

5.1 工程概況

某建筑樓層共有18層，建筑總體高度大概58.5m，現(xiàn)階段已經(jīng)完成了10層的建設(shè)。在施工現(xiàn)場，通過對剪力墻和梁、柱等構(gòu)件混凝土的強度檢測，發(fā)現(xiàn)其設(shè)計強度不符合規(guī)范要求，且混凝土的強度偏低，構(gòu)件容易出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，整體結(jié)構(gòu)存在較大的安全隱患，所以，需要對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固設(shè)計和施工，以確保最終建設(shè)的工程質(zhì)量和安全都達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

5.2 設(shè)計與施工

5.2.1 對加固設(shè)計方案進(jìn)行明確

在開始進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固設(shè)計和施工前，針對工程建設(shè)的實際情況，整理工程建設(shè)中的相關(guān)資料信息，比如設(shè)計信息、施工信息、用料信息、技術(shù)信息等，通過這些信息的整合，同時結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)材料性能的檢測結(jié)果，遵循相應(yīng)的設(shè)計和施工原則，制定出有效的設(shè)計方案，并對多個方案進(jìn)行對比分析，對結(jié)構(gòu)加固設(shè)計的最終方案進(jìn)行明確。

5.2.2 施工技術(shù)選擇

（1）置換混凝土加固法設(shè)計

由于該工程中混凝土檢測強度沒有達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)要求，所以，后續(xù)需要重新澆筑混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，確保其抗壓強度達(dá)到規(guī)定的要求，甚至高于原設(shè)計規(guī)定的強度。針對澆筑工藝不同的梁、柱等結(jié)構(gòu)進(jìn)行不同標(biāo)準(zhǔn)要求的抗壓強度檢驗，采取置換混凝土加固法進(jìn)行設(shè)計，注意嚴(yán)格檢驗不同混凝土的強度等級。

（2）置換混凝土加固法施工

首先，需要搭設(shè)腳手架支撐模板，有關(guān)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的滿堂架立柱間距，需要結(jié)合建筑物具體的情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，注意要符合規(guī)范的要求，避免滿堂架立柱出現(xiàn)移動的情況，進(jìn)而確保施工建設(shè)的安全性。搭設(shè)架子之前，立桿高度和支撐高度要保持一致。水平方向以及垂直方向進(jìn)行剪刀撐設(shè)計時，通過搭接法提高斜桿長度，其中搭接連接的長度應(yīng)在設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，搭設(shè)的腳手架支撐模板要有一定數(shù)量的旋轉(zhuǎn)扣件，同時進(jìn)行固定。起到固定作用的剪刀支撐斜桿，其本身旋轉(zhuǎn)扣件的中心位置至主要位置的距離也在相應(yīng)規(guī)定范圍內(nèi)。其次，進(jìn)行柱子拆除置換施工。第一步，對方鋼橫梁進(jìn)行安裝的過程中，需要清除掉部分樓層根部的混凝土保護(hù)層，注意施工過程中要避免破壞掉內(nèi)部的鋼筋結(jié)構(gòu)，使用結(jié)構(gòu)膠粘劑進(jìn)行加固處理。第二步，使用具備外螺旋結(jié)構(gòu)的千斤頂和鋼框架作為外部支撐，進(jìn)行安裝，這樣結(jié)構(gòu)部分負(fù)載力能夠得以分?jǐn)?。第三步，安裝預(yù)應(yīng)力鋼索，關(guān)于樓層柱底板，在進(jìn)行加固處理時，主要是通過柱體中植入化學(xué)錨栓的方法進(jìn)行操作，在剪力墻上對固定構(gòu)件進(jìn)行設(shè)置，并且將錨固端設(shè)置在根部兩側(cè)位置。如果對混凝土立柱進(jìn)行再次澆筑，其強度需要達(dá)到等級設(shè)計值，同時拆除鋼絞線。在對鋼絞線進(jìn)行拆除時，需要注意將對稱部分先處理掉，接著再拆除其他。再者，對剪力墻進(jìn)行拆除置換施工。拆除混凝土結(jié)構(gòu)剪力墻時，需要先對剪力墻進(jìn)行外部支撐處理，使用千斤頂和圓鋼管結(jié)合的方式進(jìn)行支撐，這樣來分擔(dān)一定的承載力，接著將剪力墻拆除。再次對剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行混凝土澆筑時，其強度等級需要嚴(yán)格達(dá)到設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)要求，然后再銑平墻邊澆搗口處的混凝土。完成拆模操作后，使用可調(diào)式鋼釘托將剪力墻兩側(cè)釘緊。完成混凝土的再次澆筑施工后，對結(jié)構(gòu)強度以及建筑物整體的性能進(jìn)行重新檢測，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計要求，表明結(jié)構(gòu)加固設(shè)計和施工成功。

6、強化建筑結(jié)構(gòu)加固設(shè)計和施工質(zhì)量的措施

6.1 做好前期準(zhǔn)備

對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固設(shè)計和施工時，需要最先確定設(shè)計施工方案。因此，要充分重視前期的準(zhǔn)備工作，以確保信息收集的全面性，這樣設(shè)計施工方案也會更加科學(xué)。準(zhǔn)備工作中，需要對當(dāng)前建筑物的有關(guān)資料信息進(jìn)行全面完整的收集和整理，其中包括水文資料、設(shè)計施工資料、用材資料、造價資料等。全面了解相關(guān)的內(nèi)容后，對建筑結(jié)構(gòu)重要構(gòu)件進(jìn)行性能質(zhì)量檢測，檢驗結(jié)構(gòu)質(zhì)量是否能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，結(jié)構(gòu)完整性和安全性是否在標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)，相關(guān)的數(shù)據(jù)值能夠為結(jié)構(gòu)加固設(shè)計和施工提供可靠的參考。性能檢測中通常會重點考慮抗震性以及安全性，如果建筑結(jié)構(gòu)使用的材料質(zhì)量沒有可靠的保證，還需使用有關(guān)的工具對材料性能進(jìn)行檢測，從而得到較為精準(zhǔn)的強度、性能等指標(biāo)數(shù)值，綜合這些信息，然后制定建筑結(jié)構(gòu)加固設(shè)計施工方案，并且注意對多種方案進(jìn)行綜合比對，最后確定最優(yōu)方案。

6.2 選擇合理的技術(shù)方法

對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固時，可以使用的技術(shù)方法有很多，上述已經(jīng)介紹過，比如預(yù)應(yīng)力加固、增大截面加固、外粘鋼板加固等。在實際的設(shè)計施工中，技術(shù)方法的不同，其具體的施工要求以及使用情況都會存在相應(yīng)的差異，為了確保加固設(shè)計施工的效果，需要對技術(shù)方法的使用進(jìn)行合理的選擇。對此，根據(jù)加固建設(shè)的要求，對實際工作的注意事項以及具體操作程序等進(jìn)行全面分析和把握，在正式開始施工建設(shè)之前，需要組織有關(guān)技術(shù)人員，對不同的結(jié)構(gòu)加固技術(shù)方法進(jìn)行分析和了解，掌握實際建筑結(jié)構(gòu)加固的需求，注意區(qū)分不同技術(shù)方法的操作要點，根據(jù)結(jié)構(gòu)加固的實際需求，確定具體使用的技術(shù)方法，并嚴(yán)格依照相應(yīng)的要求進(jìn)行施工建設(shè)，以確保建筑結(jié)構(gòu)加固建設(shè)的效果，提升建筑物使用的穩(wěn)固性。

6.3 加強設(shè)計人員與施工人員的溝通

建筑結(jié)構(gòu)的加固施工需要以設(shè)計為基礎(chǔ)，所以，為了能夠保證結(jié)構(gòu)加固建設(shè)更加科學(xué)合理，就需要在設(shè)計中保證其合理性。針對加固設(shè)計工作來講，在實際開展工作前，設(shè)計人員需要進(jìn)行深入調(diào)研，到工程施工現(xiàn)場了解具體的情況，獲取相應(yīng)的準(zhǔn)確信息，在這個過程中，設(shè)計人員和施工人員之間要加強聯(lián)系，初步確定設(shè)計施工方案后，將圖紙移交給施工單位時，針對其中的部分細(xì)節(jié)問題要加強溝通交流，確保施工人員能夠完全了解設(shè)計意圖，同時，對于設(shè)計施工方案是否存在問題進(jìn)行探討，多多交流結(jié)構(gòu)加固建設(shè)中可能遇到的情況，對設(shè)計施工方案進(jìn)行不斷改進(jìn)，提高設(shè)計水平，這樣建筑結(jié)構(gòu)加固建設(shè)的質(zhì)量和安全會得到較好的提升。

結(jié)語：

總而言之，建筑結(jié)構(gòu)加固設(shè)計和施工對于增強建筑物質(zhì)量、延長使用壽命有良好的幫助，所以，需要充分重視這一工作。結(jié)合我國建筑結(jié)構(gòu)加固改造的現(xiàn)況，遵循相應(yīng)的原則，使用合理的技術(shù)方法，對建筑結(jié)構(gòu)加固進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計和施工，以使建筑結(jié)構(gòu)整體具有更高的穩(wěn)定性和安全性，這樣才能推動建筑行業(yè)更加健康的發(fā)展。