鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固在工業(yè)廠房改造中的應(yīng)用

劉天祥

（北京首鋼建設(shè)集團有限公司，北京 100000）

1 引言

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，許多建筑已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代社會的發(fā)展需求，如果推倒重建需要耗費巨大的經(jīng)濟成本。實踐證明，在原有結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進行修理加固具有較強的合理性和可行性。工業(yè)廠房改造是國內(nèi)外建筑工程行業(yè)面臨的重大課題，經(jīng)常要面對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固問題，如果技術(shù)應(yīng)用不到位，很容易產(chǎn)生質(zhì)量和安全隱患，難以實現(xiàn)預期的改造目標。

2 工業(yè)廠房改造中的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固概述

2.1 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固的基本原則

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固必須遵循一定的原則，從結(jié)構(gòu)體系、受力分析、材料選用、抗震設(shè)防、施工技術(shù)、資源投入等方面出發(fā)，提高建筑結(jié)構(gòu)的剛度、強度、穩(wěn)定性、耐久性，達到維護安全運行狀態(tài)、滿足使用功能、延長使用壽命的目的。制訂加固方案前，必須對結(jié)構(gòu)進行可靠性鑒定分析，全面掌握需改造廠房的結(jié)構(gòu)信息，分析結(jié)構(gòu)受力現(xiàn)狀，嚴格按照現(xiàn)行規(guī)范標準進行加固驗算，充分考慮加固的項目、內(nèi)容以及加固后廠房的總體效應(yīng)。為了保證加固后的結(jié)構(gòu)具有良好的協(xié)同工作性能，應(yīng)該盡可能選用與原結(jié)構(gòu)一致的材料，加固用的鋼材、水泥、混凝土、黏結(jié)劑必須滿足實際需求。同時，結(jié)合抗震設(shè)防方案，進行結(jié)構(gòu)加固處理，使建筑物能夠具備抵抗地震災(zāi)害的能力。充分考慮加固施工方案的科學性和可行性，減少對原有建筑的損害，保證便于施工、技術(shù)可靠、經(jīng)濟合理。另外，對于特殊原因?qū)е碌慕Y(jié)構(gòu)破壞，比如，高溫，凍融，腐蝕，不均勻沉降，振動，等等，應(yīng)該在加固設(shè)計施工中采取針對性措施，從根本上減少安全隱患[1]。

2.2 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固基本程序

工業(yè)廠房改造中，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固工程的基本程序包括結(jié)構(gòu)可靠性檢測及鑒定、工程加固方案選擇、工程加固設(shè)計、加固施工組織設(shè)計、工程加固施工、工程加固驗收。通過結(jié)構(gòu)可靠性檢測及鑒定，可以全面評估工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀，這是整個加固改造過程中的重要環(huán)節(jié)，為后續(xù)各工作環(huán)節(jié)提供科學依據(jù)。需要盡可能全面掌握結(jié)構(gòu)構(gòu)成、結(jié)構(gòu)損傷、材料組成、使用情況等方面的內(nèi)容，依據(jù)相關(guān)鑒定標準，通過理論分析和驗算，得出可靠性鑒定成果。加固方案的選擇需要充分考慮各項因素，聽取相關(guān)方的意見，經(jīng)過不斷論證和溝通，最終確定可行的加固方案，然后進行工程加固設(shè)計，繪制施工圖紙，組織技術(shù)交底，施工單位需要進行施工組織設(shè)計，經(jīng)有關(guān)單位審批后，組織人員進場施工，完成施工作業(yè)后，依據(jù)相關(guān)流程和規(guī)范要求組織工程竣工驗收，整理相關(guān)資料。

2.3 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固基本原理

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固基本原理主要包括加固結(jié)構(gòu)受力特征、加固結(jié)構(gòu)共同受力分析、加固結(jié)構(gòu)設(shè)計計算假定幾個主要方面。在進行加固改造前，原結(jié)構(gòu)已經(jīng)受到了荷載作用，所以，加固結(jié)構(gòu)屬于二次受力，增加的部分并不會立刻承受荷載，從整個受力過程分析，加固部分會出現(xiàn)應(yīng)力滯后的情況，當原結(jié)構(gòu)達到極限狀態(tài)時，增加部分結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變可能仍處于較低狀態(tài)。加固結(jié)構(gòu)屬于二次組合結(jié)構(gòu)，存在著新舊兩部分協(xié)同受力的問題，如何更好地發(fā)揮協(xié)同作用，這是重點和難點所在。當結(jié)構(gòu)臨近破壞的時候，新舊結(jié)合面需要應(yīng)對復雜應(yīng)力，包括壓力、拉力、彎矩、剪力等，必須有效傳遞這些復雜應(yīng)力，將變形控制在一定范圍內(nèi)，通常情況下，壓力的傳遞比較簡單，不必進行著重考慮，而結(jié)合面混凝土黏結(jié)抗拉強度和黏結(jié)抗剪強度比較低，所以需要著重提升結(jié)合面的抗拉能力和抗剪能力。加固結(jié)構(gòu)的承載力與原結(jié)構(gòu)極限變形值、兩部分材料的性能均有關(guān)系，需要確定這些參數(shù)之間的聯(lián)系，為了簡化分析，需要按照相關(guān)規(guī)定明確基本假定，進而求解出加固結(jié)構(gòu)的承載能力[2]。

3 工業(yè)廠房改造中常用的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)

隨著研究的不斷深入，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)逐漸增多，在選擇時，需要根據(jù)鑒定結(jié)果、具體條件、功能需求等綜合因素進行確定，不同方面的加固需要考慮的問題和側(cè)重點不同，比如，抗震加固不需要考慮二次受力，側(cè)重點在于保證結(jié)構(gòu)的整體性和延性，靜力加固需要考慮二次受力，側(cè)重點在于提升結(jié)構(gòu)承載力。

3.1 增大截面加固法

增大截面加固法是通過增大結(jié)構(gòu)截面積或增加配筋率的方式來提升鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)強度、剛度、穩(wěn)定性，一般適用于受彎、受壓構(gòu)件，比如，在梁底面或側(cè)面加大尺寸、增加鋼筋，有效提升截面工作面積，達到提高結(jié)構(gòu)承載能力的要求。該結(jié)構(gòu)加固技術(shù)應(yīng)用范圍較廣，施工簡單方便，而且后期的養(yǎng)護管理工作很少，但是也存在著突出的缺點，需要進行現(xiàn)場濕作業(yè)，工期相對較長，而且降低了建筑空間的利用率，增加了結(jié)構(gòu)自重，影響了建筑的使用功能[3]。

3.2 外粘型鋼加固法

外粘型鋼加固法是在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件周圍包裹型鋼形成鋼骨架，可以有效約束核心混凝土變形，使結(jié)構(gòu)能承受振動荷載和沖擊荷載，比較適用于需快速大幅度提升抗震能力和承載能力的情況，如單層工業(yè)廠房柱的加固。該方法增加的截面面積并不大，但可以大幅提高構(gòu)件承載力，而且施工工期較短，操作簡單方便，但是鋼材消耗量比較大，后期維護費用比較高，主要工藝流程為：清理打磨構(gòu)件表面，保證干凈平整，型鋼需進行除銹處理，使用二甲苯清洗，交錯焊牢，用環(huán)氧樹脂膠泥封閉周圍，粘貼灌漿嘴，從灌漿嘴將環(huán)氧樹脂漿壓入，達到一定要求后停止灌漿。

3.3 預應(yīng)力加固法

預應(yīng)力加固法是通過外加預應(yīng)力鋼撐桿或鋼拉桿進行加固的方法，能夠有效改變原結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布，降低原結(jié)構(gòu)應(yīng)力水平，可以更好地與原結(jié)構(gòu)產(chǎn)生協(xié)同作用，從而提升整體承載能力。該技術(shù)方法能夠起到改變結(jié)構(gòu)內(nèi)力、卸荷、加固多種作用，比較適用于大跨度的結(jié)構(gòu)加固以及高應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)，或者一般加固方法效果不理想的情況。根據(jù)加固對象進行區(qū)分，預應(yīng)力加固法又可以分為預應(yīng)力撐桿加固法和預應(yīng)力拉桿加固法，前者適用于軸心受壓及小偏心受壓框架柱結(jié)構(gòu)，后者適用于一般梁、板、桁架結(jié)構(gòu)以及大偏心受壓構(gòu)件。預應(yīng)力加固法加固效果好，對凈空要求小，但是施工工藝復雜，對技術(shù)應(yīng)用要求比較高，增加了一些設(shè)備和工序[4]。

3.4 增設(shè)支點加固法

增設(shè)支點加固法就是通過增加支撐點減小結(jié)構(gòu)跨度和結(jié)構(gòu)內(nèi)力實現(xiàn)加固目的的方法，比較適用于水平結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計，如梁、板、網(wǎng)架、桁架等。根據(jù)支撐結(jié)構(gòu)變形性能，又可以分為剛性支點法和彈性支點法。前者能夠通過支撐結(jié)構(gòu)將荷載直接傳遞給下部支撐結(jié)構(gòu)，可以顯著提高結(jié)構(gòu)承載能力，由于軸向變形很小，因此，可以將支撐結(jié)構(gòu)看作不動支點，使結(jié)構(gòu)受力更加明確，大大簡化了內(nèi)力計算。后者是通過支撐結(jié)構(gòu)間接傳遞荷載的加固方法，對使用空間的影響比較小，由于支撐體結(jié)構(gòu)與被加固結(jié)構(gòu)的變形屬于同一數(shù)量級，因此，需要將支撐結(jié)構(gòu)看作是可動點-彈性支點考慮，在進行內(nèi)力計算分析時比較復雜。

3.5 粘貼鋼板加固法

粘貼鋼板加固法是通過高強結(jié)構(gòu)膠將鋼板牢牢地粘在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)上，形成新的復合型整體結(jié)構(gòu)，這樣不僅可以充分發(fā)揮鋼板的強度，而且可以封閉原構(gòu)件存在的裂縫，約束原構(gòu)件變形，實現(xiàn)共同受力的加固效果，適用于鋼筋混凝土受彎、大偏心受壓和受拉的構(gòu)件。由于鋼材受環(huán)境因素影響較大，因此該方法的運用對環(huán)境條件提出了一定的要求，溫度控制在5～60 ℃，濕度不能超過70%，而且不能存在化學腐蝕，如果不滿足要求，則需要采取針對性的防護措施。該方法所用的鋼板厚度約為3～4 mm，所占用的空間比較小，對空間使用和外觀裝飾不會產(chǎn)生太大影響，施工工期比較短，在許多工業(yè)廠房改造工程中得以運用。在施工過程中，首先，要對黏合面進行處理，要求表面清潔平整，并對鋼板進行除銹和打磨，露出金屬光澤，用丙酮擦拭干凈，其次，對構(gòu)件進行適度卸荷，這樣可以緩解應(yīng)力應(yīng)變滯后的問題，按照規(guī)定進行結(jié)構(gòu)膠配制，配制好后，涂抹在鋼板和混凝土表面上，厚度約為1～3 mm，中間厚邊緣薄，將鋼板粘在設(shè)計位置，最后進行固定支撐，適當加壓，保證固化的溫度和時間能夠滿足要求，通常情況下，如果在常溫狀態(tài)下，固化溫度應(yīng)該保持在20 ℃以上，24 h 后可拆掉支撐，固定3 d 后可以受力使用，在此期間不能對鋼板進行擾動，通過合適的檢測方法檢驗最終的黏結(jié)效果，并按要求進行表面處理和保護[5]。

3.6 粘貼碳纖維布加固法

粘貼碳纖維布加固法是通過樹脂類膠結(jié)材料將碳纖維布粘貼在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)表面，從而構(gòu)建新的整體受力體系，可以有效提升結(jié)構(gòu)抗剪能力或抗彎能力。這種加固方法充分利用了碳纖維布的優(yōu)越性能，其具有強度高、厚度薄、質(zhì)量輕、耐腐蝕等特點，不會增加截面尺寸和結(jié)構(gòu)自重，環(huán)境適應(yīng)性強，在各種結(jié)構(gòu)類型、結(jié)構(gòu)形狀工業(yè)廠房加固改造中均可適用，而且施工簡單方便，不需要大型的機械設(shè)備，占用場地較少，施工效率較高。運用該加固技術(shù)時，同樣要將鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)表面打磨平整、清理干凈，然后涂刷界面劑，這樣可以增強原結(jié)構(gòu)面與碳纖維布的黏結(jié)力，等界面劑干燥后，根據(jù)設(shè)計要求涂刷黏結(jié)膠和碳纖維布。粘貼碳纖維布加固方法適用范圍比較廣，尤其是在面對曲面、節(jié)點等復雜情況時更能凸顯優(yōu)勢，但耐高溫性能比較差，需要根據(jù)具體環(huán)境合理選用[6]。

4 結(jié)語

綜上所述，在工業(yè)廠房改造工程中，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固是重要的工作內(nèi)容，必須從全過程出發(fā)，綜合考慮技術(shù)、經(jīng)濟、環(huán)境、管理等方面的因素，通過全面檢驗、優(yōu)化設(shè)計、科學組織、規(guī)范施工，保證加固工程能夠滿足各方面要求，繼續(xù)發(fā)揮工業(yè)廠房的功能作用，實現(xiàn)資源的再利用。