鐘 芳

（中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 102600）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，建筑工程的建設(shè)規(guī)模得以不斷擴(kuò)大，對(duì)于建筑工程的要求也相應(yīng)提高。民用建筑作為一種特殊的商品，對(duì)使用年限具有較高的要求，隨著加固項(xiàng)目的不斷增多，其實(shí)際功能也發(fā)生相應(yīng)的變化，如：電梯、樓層、戶(hù)型等，對(duì)這些建筑項(xiàng)目的改造滿(mǎn)足了現(xiàn)代城市規(guī)劃需求，但是有些項(xiàng)目規(guī)劃存在一定的質(zhì)量隱患，嚴(yán)重縮短了民用建筑的 使用年限，需要做出適當(dāng)?shù)募庸痰脑O(shè)計(jì)改造，延長(zhǎng)民用建筑的使用年限，保護(hù)居民的權(quán)益。

1.民用建筑結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)在應(yīng)變和應(yīng)力滯后問(wèn)題，在選擇鋼材類(lèi)型時(shí)，應(yīng)該選擇比例極限變形較低的一級(jí)、二級(jí)鋼材。在使用預(yù)應(yīng)力加固法時(shí)，針對(duì)大型結(jié)構(gòu)的加固材料應(yīng)該選用高強(qiáng)鋼材，從而降低材料用量，提高鋼材的應(yīng)力水平[1]。為了保證二次組合結(jié)構(gòu)的接觸面能夠具有一定的粘結(jié)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(gòu)件產(chǎn)生較高的粘結(jié)度。

1.2 加固結(jié)構(gòu)的受力特性

與其他沒(méi)有進(jìn)行加固改造的結(jié)構(gòu)相比，改造后的加固結(jié)構(gòu)具有一定的受力特性。加固結(jié)構(gòu)一般作為二次組合結(jié)構(gòu)使用，在新舊結(jié)構(gòu)上存在協(xié)調(diào)方面受力一致的問(wèn)題，為了保證新舊結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)性，需要做好接觸面的施工處理，通常來(lái)說(shuō)，接觸面的混凝土強(qiáng)度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于混凝土本身的強(qiáng)度，因此，對(duì)于總體承載力方面二次組合結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，要遠(yuǎn)低于一次整澆結(jié)構(gòu)。加固結(jié)構(gòu)往往也作為二次受力結(jié)構(gòu)，在對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固改造之前，已經(jīng)完成了第一次受力，經(jīng)過(guò)加固后的結(jié)構(gòu)，即使承載力再低，改造后的截面應(yīng)力和應(yīng)變水平都遠(yuǎn)高于之前。經(jīng)過(guò)二次荷載的作用，新加的結(jié)構(gòu)才能進(jìn)行二次受力，整體加固的結(jié)構(gòu)在新加應(yīng)力與應(yīng)變方面都滯后于原結(jié)構(gòu)，當(dāng)原結(jié)構(gòu)的受力超出閾值時(shí)，新加結(jié)構(gòu)的應(yīng)力可能遠(yuǎn)低于之前的數(shù)值，當(dāng)原結(jié)構(gòu)被嚴(yán)重破壞時(shí)，新結(jié)構(gòu)可能還未超出設(shè)定的極限強(qiáng)度[2]。

2.建筑結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)改造的原則

2.1 選用材料的原則

引起建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損壞的主要原因包括腐蝕、振動(dòng)、風(fēng)化、高溫等，針對(duì)工業(yè)、民用建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固時(shí)，一般需要根據(jù)具體的損壞原因采用相應(yīng)的加固措施，基于原結(jié)構(gòu)不受損壞的情況下，開(kāi)展相應(yīng)的加固工作，盡量避免對(duì)原構(gòu)件進(jìn)行更換或拆除，保證具有實(shí)際價(jià)值的構(gòu)件。在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)相應(yīng)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(qiáng)度、質(zhì)量輕、耐久性等特點(diǎn)，并且能夠與原構(gòu)件有良好的相容性。在實(shí)際操作過(guò)程中，一般根據(jù)民用建筑的原構(gòu)件的性能、強(qiáng)度以及種類(lèi)選擇相應(yīng)的加固材料。對(duì)于建筑原構(gòu)件的強(qiáng)度資料信息不充分的情況下，應(yīng)該在施工現(xiàn)場(chǎng)測(cè)算原結(jié)構(gòu)材料的強(qiáng)度，并根據(jù)強(qiáng)度的等級(jí)設(shè)定一定的范圍。

2.2 建筑結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)原則

由于建筑種類(lèi)不同，建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損壞的原因也各有不同，如：高溫、腐蝕、振動(dòng)、地基沉降等，采取的加固設(shè)計(jì)方案也各有不同。在民用建筑結(jié)構(gòu)加固時(shí)，為了保障建筑物的施工安全以及延長(zhǎng)建筑的使用年限，需要采取合適的結(jié)構(gòu)加固的設(shè)計(jì)改造方案[3]，針對(duì)損壞原因采取針對(duì)性的加固措施，避免原始的建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損壞，盡量減少更換或拆除原構(gòu)件，保留有利用價(jià)值的構(gòu)件。對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固設(shè)計(jì)時(shí)，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(zhì)量沒(méi)有保障的建筑物；③極端天氣引起的結(jié)構(gòu)損壞等情況。針對(duì)不同的建筑結(jié)構(gòu)損壞原因選擇科學(xué)合理的加固結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)改造方法

3.1 混凝土結(jié)構(gòu)加固改造

3.1.1 加大截面法

在民用建筑的混凝土結(jié)構(gòu)的受彎構(gòu)件上進(jìn)行現(xiàn)澆層的加蓋，能夠適當(dāng)增大截面的高度和面積，從而進(jìn)一步提高受彎構(gòu)件的抗彎性能，能夠提高截面的加固效果。基于適筋條件下，鋼筋面積與受彎構(gòu)件截面的承載力有著正相關(guān)關(guān)系，適當(dāng)增大主筋面積，能夠有效提高構(gòu)件的抗彎能力。增大截面法一般應(yīng)用于柱體、板面、墻體等構(gòu)件施工中[4]。

3.1.2 預(yù)應(yīng)力加固法

這種方法通過(guò)外加預(yù)應(yīng)力的鋼拉桿或者撐桿對(duì)建筑物的原結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，將原結(jié)構(gòu)所承受的荷載力轉(zhuǎn)移到加固改造后的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，如：梁、板、屋架等，對(duì)于溫度超過(guò)60℃的高溫環(huán)境，或者混凝土出現(xiàn)收縮再變大的結(jié)構(gòu)，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(guò)型鋼包裹住混凝土構(gòu)件的四周，使其與混凝土進(jìn)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(guò)60℃，在具有腐蝕性介質(zhì)的作業(yè)環(huán)境時(shí)，還需要采用可靠的防護(hù)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(diǎn)、耐腐蝕、耐潮濕和不增加自重、耐用性強(qiáng)、維護(hù)成本低的結(jié)構(gòu)，但是需要額外設(shè)置防火設(shè)施。

3.1.5 粘貼鋼板法

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

3.1.6 繞絲加固法

繞絲法加固法主要通過(guò)鋼絲纏繞在加固后的受壓構(gòu)件上，從而使混凝土受到一定的約束，從而有效提高構(gòu)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(shì)，因此，也適用于缺乏斜截面能力的構(gòu)件，或者應(yīng)用于施加一定橫向約束的構(gòu)件中[5]。

3.2 砌體結(jié)構(gòu)加固改造

3.2.1 間接加固法

砌體結(jié)構(gòu)采取間接加固法包括結(jié)構(gòu)構(gòu)造性修復(fù)與加固和采用預(yù)應(yīng)力撐桿加固法，對(duì)于前者來(lái)說(shuō)，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(guò)梁墊的方式進(jìn)行加固，縱橫墻出現(xiàn)的交接缺陷或者不合理的圈梁設(shè)置，為了保證房屋建筑的穩(wěn)定性，可以通過(guò)圈梁的方式來(lái)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(yīng)力和高應(yīng)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(guò)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(yīng)性、高承載能力以及簡(jiǎn)便的施工優(yōu)點(diǎn)，但難以承受高強(qiáng)度的震動(dòng)，因此，不適用于地震區(qū)域的建筑結(jié)構(gòu)加固。第二章方法屬于復(fù)合截面加固法，常適用于帶壁墻、柱等結(jié)構(gòu)的建筑，能夠快速提高砌體的承載能力，但施工時(shí)間較長(zhǎng)，加固完成的砌體會(huì)降低建筑物的凈空。

3.3 鋼結(jié)構(gòu)加固改造

對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，采取的加固方法主要包括改變結(jié)構(gòu)計(jì)算圖形、結(jié)構(gòu)連接加固、鋼結(jié)構(gòu)裂紋處理等。

3.3.1 改變結(jié)構(gòu)計(jì)算圖形

采用這種方法能夠?qū)奢d的分布情況、節(jié)點(diǎn)、邊界等進(jìn)行有效的調(diào)整，并通過(guò)增設(shè)支撐或者施加預(yù)應(yīng)力等方式對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固。通過(guò)增設(shè)支撐能夠提高構(gòu)件的剛度或者重點(diǎn)加強(qiáng)某一支柱的剛度；或者通過(guò)改變受彎桿件的截面內(nèi)力進(jìn)行適當(dāng)?shù)募庸?，調(diào)整連續(xù)結(jié)構(gòu)的支座位置或者將結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化成為撐桿式的結(jié)構(gòu)，采用適當(dāng)?shù)姆绞礁淖冭旒艿臈U件內(nèi)力，如：預(yù)應(yīng)力拉桿，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)?shù)募庸ぁ?/p>

3.3.2 結(jié)構(gòu)連接的加固

一般使用焊縫、螺栓和鉚釘?shù)姆绞綄?duì)鋼結(jié)構(gòu)和加固構(gòu)件進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪B接，其中螺栓又分為兩種，即普通螺栓和高強(qiáng)度螺栓，根據(jù)實(shí)際情況選擇不同的連接方式。在實(shí)際施工過(guò)程中，需要分析結(jié)構(gòu)加固的具體情況，結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的情況與結(jié)構(gòu)的具體構(gòu)造，充分考慮各種因素，從而選出最優(yōu)的連接方式。在鋼結(jié)構(gòu)加固過(guò)程中出現(xiàn)頻率最高的方式為焊縫和高強(qiáng)度螺栓連接等兩種方式，如果鋼結(jié)構(gòu)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(guān)注焊縫連接過(guò)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(jié)構(gòu)裂紋處理及加固

由于鋼結(jié)構(gòu)受到多次的荷載作用，并且在加工、選材、設(shè)計(jì)等方面存在不合理的問(wèn)題，會(huì)導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損傷或者裂紋，如果沒(méi)有及時(shí)處理裂紋，裂紋具有一定的擴(kuò)展性，會(huì)在荷載的作用下，不斷擴(kuò)大縫隙的長(zhǎng)度和寬度，最終加劇結(jié)構(gòu)的損壞程度，進(jìn)一步引發(fā)安全問(wèn)題[6]。因此，必須采取有效的措施處理鋼結(jié)構(gòu)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(jié)果采取相應(yīng)的措施對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，提高建筑鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，避免由于裂紋的存在，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失衡，對(duì)人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全造成一定的威脅。

4.結(jié)語(yǔ)

綜上所述，對(duì)民用建筑結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計(jì)能夠有效保障建筑物的穩(wěn)定性和安全性，為了延長(zhǎng)建筑結(jié)構(gòu)的使用壽命以及保證建筑的安全，對(duì)結(jié)構(gòu)加固的設(shè)計(jì)改造法能夠有效應(yīng)對(duì)承載力不足的構(gòu)件。在加固改造的過(guò)程中，需要深入分析建筑結(jié)構(gòu)改造的目的和根本原因，采取科學(xué)合理的加固設(shè)計(jì)，確保建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)改造滿(mǎn)足相應(yīng)的規(guī)范要求，促進(jìn)建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。