既改項目中結(jié)構(gòu)加固的探索 與管理

劉韻孜

針對既有建筑的改建項目類別，其結(jié)構(gòu)加固的原因及必要性分析，根據(jù)這類建筑的特性，列舉了幾種適合于此類項目的加固工法，分析其優(yōu)缺點并根據(jù)項目實例及結(jié)構(gòu)特點，對相應(yīng)工法進行實際應(yīng)用，總結(jié)幾種工法的使用效果，為今后該類項目實施結(jié)構(gòu)改造提供了可參考的實例。

一、城市更新課題中結(jié)構(gòu)改造的原因

1.建筑自然老化帶來的連鎖反應(yīng)

根據(jù)相關(guān)部門統(tǒng)計，我國城鎮(zhèn)住房總量接近300億平方米，城鎮(zhèn)人均居住建筑面積37平方米，而按照設(shè)計基準期50年來看，其中相當大一部分房屋已經(jīng)進入房屋使用壽命的“中后期”，在房屋結(jié)構(gòu)的使用過程中，外部環(huán)境也在時刻侵蝕房屋材料本身，使結(jié)構(gòu)逐步失去原有的設(shè)計功能，材料逐步劣化退減。

2.不可抗力帶來的損傷

由于自然因素引起的不可逆轉(zhuǎn)的損傷，根據(jù)相應(yīng)規(guī)范的要求，推薦使用相應(yīng)的技術(shù)和相關(guān)工藝進行加固和修復(fù)，以滿足現(xiàn)行規(guī)范對結(jié)構(gòu)安全性的要求。

3.結(jié)構(gòu)功能性變化導(dǎo)致原設(shè)計荷載產(chǎn)生變化需要加固的

當既有建筑的使用功能發(fā)生變化的，導(dǎo)致原設(shè)計荷載已無法滿足新的建筑方案布置要求和結(jié)構(gòu)荷載要求，則需要進行局部或整體加固，該類加固建筑常出現(xiàn)在商業(yè)或工廠用房中。

4.規(guī)范標準的提高

設(shè)計規(guī)范和相應(yīng)的施工標準不斷推陳出新，近年來國家相關(guān)各部委及地方標準規(guī)范制定的水準一直在提高，在既有建筑改造項目中就會不可避免的帶來原有的設(shè)計規(guī)范不能滿足新規(guī)范和標準的要求，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變更，但是某些具有特殊意義的建筑不適宜大規(guī)模改造，特別是在鬧市區(qū)的標志性建筑，這就會導(dǎo)致項目可能在竣工上存在一定問題，這都是需要在既有建筑改造項目中要重點考慮的問題。

二、常用的結(jié)構(gòu)加固形式

1.增大截面法

作為最為常用的結(jié)構(gòu)加固工法，增大截面法施工簡便，見效快，能夠顯著提高被加固結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，將混凝土直接澆筑在鋼筋混凝土的受壓面上，通過植筋作為連接件傳力桿，使新澆筑的混凝土和既有結(jié)構(gòu)結(jié)合，以達到共同受力的目的，進而提高構(gòu)件的截面面積和受力高度，明顯提高構(gòu)件的抗壓能力和受力強度、結(jié)構(gòu)剛度。

但該種加固工法增大了結(jié)構(gòu)的截面面積，侵占了建筑的使用面積，適用于面積較大、對建筑面積要求不高的建筑單體，在如今的規(guī)劃管理和商辦住宅類建筑中一般不單獨采用增大截面法加固工法來對構(gòu)件進行加固。

2.外包鋼加固法

又叫粘鋼加固法、貼鋼加固法，這種方式可以有效提升原構(gòu)件的抵抗剪切的性能、抵抗開裂的能力和抵抗彎曲的能力，在大多數(shù)情況下，可以與增大截面法相互取代，具體看設(shè)計和施工工況的要求。這種加固工法施工方便、技術(shù)難度低，易于操作，基本不占用建筑面積，粘結(jié)劑固化時間短，強度提升快，適用于對工期要求很高的工程或者搶險救災(zāi)工程。但該工法對粘結(jié)劑和材料要求高，粘結(jié)材料的質(zhì)量直接影響到結(jié)構(gòu)加固后構(gòu)件的質(zhì)量。

3.碳纖維加固法

碳纖維加固法運用化工材料碳纖維布，材料重量輕、抗酸堿腐蝕、使用靈活、外觀平整、占用面積小、抗拉強度能夠＞4000兆帕，目前主要應(yīng)用于橋梁、房屋、大壩、隧道的改造加固中，應(yīng)用范圍非常廣泛，且隨著材料國產(chǎn)化的推進，價格也逐漸下調(diào)，可實施性很強。但是這種工法存在一個致命的缺陷，那就是碳纖維布與結(jié)構(gòu)的連接是采用粘結(jié)膠進行施工的，該種膠不耐高溫，即如遇高溫其結(jié)構(gòu)抗剪切強度會隨著溫度的升高而迅速降低，在防火措施不足的前提下，碳纖維布的耐火性能很差，并且會對結(jié)構(gòu)受力造成較為嚴重的后果。

4.置換混凝土加固法

置換法能夠從根本上提升結(jié)構(gòu)的強度以及剛度。其原理與加大截面法類似，但施工持續(xù)時間較長，如有條件進行該工法的施工，能夠有效保障結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。這種方式的最大缺點是對施工環(huán)境和工況有所要求，因為其本質(zhì)是推倒重做，也就是說將重新施工混凝土結(jié)構(gòu)物，這樣就會造成濕作業(yè)面很大，工期會較長，而如何在既有建筑中大規(guī)?！巴频怪刈觥彼婕暗闹仉y點更多，對工程目標整體控制不利。

三、工程實例

本文結(jié)合teamLab Borderless上海世博園展館改造工程中對結(jié)構(gòu)加固方面的施工及設(shè)計過程，以及分析應(yīng)用在本工程中的結(jié)構(gòu)加固工法的施工實操及過程控制要點，通過實際案例來總結(jié)和提煉結(jié)構(gòu)加固技術(shù)在城市更新既有建筑改造課題中的必要性和關(guān)鍵性，為今后承接類似項目做好技術(shù)積累和經(jīng)驗總結(jié)。

1.工程概況

本工程選址上海市黃埔區(qū)半淞園路388號，改造原世博園C2展館6600平方米的雙層（1F和2F兩層）框架式的鋼結(jié)構(gòu)廠房。初設(shè)計于2008年8月，原作為公共服務(wù)設(shè)施用房使用，上部結(jié)構(gòu)形式為鋼框架結(jié)構(gòu)（環(huán)裝密集布置鋼柱），樓板為鋼板上鋪設(shè)細石混凝土面層?；A(chǔ)形式為樁基礎(chǔ)+圓弧形承臺，樁采用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁。

該房屋于2016年11月已整體改造為餐廳，大部分圓形構(gòu)筑物僅保留三根或四根鋼柱（其余鋼柱采用機械切割拆除），上一輪改造所保留下來的鋼柱采用了增大截面法進行加固，加固以后的截面尺寸為50cm＊50cm。原設(shè)計中圓弧形的主梁則采用粘鋼法進行的加固，加固后的尺寸為45cm＊70cm。樓板新增混凝土現(xiàn)澆樓板；基礎(chǔ)新設(shè)基礎(chǔ)梁。

本次建筑改造方案主要用途為展廳，根據(jù)新建筑方案資料和要求，針對原結(jié)構(gòu)荷載改變以及所提供的的建筑方案，滿足正常使用條件下的承載力要求。

2.工程內(nèi)容

本項目所涉及的結(jié)構(gòu)加固內(nèi)容主要有以下幾個方面：

①1F及2F弧形主梁截面增大加固。

②首層部分區(qū)域地坪鑿除及新做基礎(chǔ)

③部分弧形鋼梁加固

④1F靜壓預(yù)制樁施工

3.結(jié)構(gòu)加固技術(shù)在本工程中的應(yīng)用

（1）植筋

植筋是一種鋼筋的后生跟技術(shù)。在本工程中，梁截面加大時需要以植筋的方法將鋼筋植入原有構(gòu)件中，新增梁板的受力鋼筋也需植入原梁、柱中。設(shè)計及相關(guān)施工規(guī)范要求，植筋長度＞15倍鋼筋直徑，且必須滿足植筋工藝的相關(guān)要求。

①材料要求

1）植筋膠要求：A級。

2）鋼筋要求：同設(shè)計圖紙等級一致。

3）混凝土強度要求：≥C30。

②施工工序

植筋工程排在其他工序之前，植筋沒有完成就會造成其他工序無法展開。所以當施工人員進場后，及時根據(jù)圖紙要求優(yōu)先進行植筋施工。

（2）灌漿料增大截面法

本項目采用灌漿料進行增大截面法的施工?；诪樗喙酀{料，無收縮自流平。

外包混凝土結(jié)構(gòu)加固施工要點：

①對于需要鑿除的混凝土結(jié)構(gòu)部分，在鑿除前采用施加頂撐的支撐措施，嚴禁破壞預(yù)保留部分的砼，且鑿除之前應(yīng)該根據(jù)原結(jié)構(gòu)的施工工藝和施工順序，精確確定預(yù)鑿除砼的位置，以免保留部分產(chǎn)生混凝土裂縫，而導(dǎo)致多打多補等問題出現(xiàn)。且鑿打的梁板鋼筋不得在交接處切斷，而應(yīng)該隔一根留出搭接長度或設(shè)置機械連接。

②欲進行加大截面工法進行加固的部分，應(yīng)該在施工之前在砼界面經(jīng)過整修并暴露出骨料斷面后，應(yīng)用機械（如花錘、砂輪機等）輔以高壓射水的方式進行鑿毛，清除浮漿，并形成鑿槽。

③新舊砼交界面應(yīng)該采用高一標號的水泥砂漿接漿。

④在灌漿完成后的12小時進行養(yǎng)護，養(yǎng)護可采用覆蓋塑料薄膜法或在終凝后灑水養(yǎng)護。

⑤灌漿完成后如有需要鑿除的部分應(yīng)該在灌漿完成后的4小時后進行。

⑥灌漿施工過程中嚴禁再加固施工層進行振動較大的施工，以免破壞灌漿層。

原則上來說，新增的框架柱應(yīng)位于弧形梁跨中區(qū)域（擾度最大），但結(jié)合相關(guān)建筑方案及建筑分割平面位置，部分新增的框架柱并未位于弧形梁跨中區(qū)域，會有相應(yīng)的偏移，經(jīng)過結(jié)構(gòu)設(shè)計復(fù)算，對應(yīng)增加的面積應(yīng)該滿足相關(guān)設(shè)計要求。

（3）鋼梁加固工程

弧形槽鋼制作：

現(xiàn)場部分鋼梁梁底需進行槽鋼加固。

根據(jù)設(shè)計要求采用弧形槽鋼拼接，本工程采用鋼板現(xiàn)場加工下料進行現(xiàn)場制作安裝。

（4）靜壓預(yù)制樁施工工程

壓樁工藝施工控制要點：

在正式施工靜壓樁之前應(yīng)該按照設(shè)計和規(guī)范的要求先行施工試樁，通過試樁確定各類施工參數(shù)。

一根靜壓樁的施工應(yīng)該連續(xù)不得中斷，并達到設(shè)計值200KN。施工過程中應(yīng)該做好相關(guān)記錄，靜力壓樁的過程控制應(yīng)該以壓力控制為主控因素，樁長壓入度為輔助控制因素。根據(jù)試樁確定本工程項目靜力壓樁應(yīng)在達到設(shè)計荷載后穩(wěn)壓10min。

四、結(jié)語

本項目基于異形結(jié)構(gòu)而開發(fā)的加固技術(shù)，對于加固工程的廣泛應(yīng)用具有開拓性的作用，可以有效指導(dǎo)該類型結(jié)構(gòu)加固工程的施工和設(shè)計，該場館目前已正常投產(chǎn)2年，各項指標良好。