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        建筑結(jié)構(gòu)加固改造設(shè)計的深入探討

        2022-06-30 06:29:44王璊璊
        低碳世界 2022年4期
        關(guān)鍵詞:粘貼建筑物構(gòu)件

        王璊璊

        (廣東省電信規(guī)劃設(shè)計院有限公司,廣東廣州 510000)

        0 引言

        隨著城市化建設(shè)的高速發(fā)展,已有很大一部分建筑失去了使用價值,并且其現(xiàn)狀不具備新的使用功能,所以,城市中產(chǎn)生了許多閑置建筑物,這并不利于我國經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。為解決這一問題,必須提出專業(yè)的方案,以賦予這些閑置建筑物新的價值,這對建筑結(jié)構(gòu)的加固改造提出了新的要求,即既要保障人們的安全,又要提高建筑結(jié)構(gòu)的耐久性,還要改變建筑結(jié)構(gòu)的使用要求。本文提出以通過更新、更好、更適宜的結(jié)構(gòu)加固改造技術(shù),選擇合適的加固材料,并將工程目標(biāo)與市場經(jīng)濟目標(biāo)相結(jié)合,制定具體的解決方案并根據(jù)實際情況進行結(jié)構(gòu)加固改造。

        1 建筑結(jié)構(gòu)加固改造的意義和原則

        1.1 建筑物結(jié)構(gòu)加固改造的意義

        隨著時間的推移,既有建筑物在使用過程中其使用功能會逐漸退化,或者由于使用功能的變化和技術(shù)條件的缺陷,喪失了使用的價值。但是,如果能結(jié)合既有建筑自身的特點科學(xué)合理的分析,找到既適應(yīng)市場經(jīng)濟,又適合建筑物特點的用途,并對建筑物實施有效的加固措施,就可以延長建筑物的使用壽命。因此,對于閑置的既有建筑物,有必要進行安全檢測和市場調(diào)研分析,以科學(xué)準(zhǔn)確地評估既有建筑物的可用性、安全性和耐久性,進而做出最適用、最經(jīng)濟的加固設(shè)計方案。

        1.2 建筑物結(jié)構(gòu)加固改造的原則

        1.2.1 統(tǒng)一性原則

        建筑結(jié)構(gòu)加固改造設(shè)計方案首先要考慮建筑結(jié)構(gòu)的完整性,因為建筑物的結(jié)構(gòu)構(gòu)件會影響建筑物整體的穩(wěn)定性,如果對某些存在問題的結(jié)構(gòu)構(gòu)件進行加固和改善,就會影響建筑物整體的抗震性能,改變其周圍構(gòu)件的受力。因此,建筑物的結(jié)構(gòu)加固改造應(yīng)考慮對整個建筑物的影響,在設(shè)計階段對建筑結(jié)構(gòu)進行全面分析,避免工程出現(xiàn)質(zhì)量問題。

        1.2.2 合理性原則

        建筑結(jié)構(gòu)加固改造設(shè)計不僅要考慮其完整性,還要考慮其在工程建設(shè)中的合理性。科學(xué)合理的設(shè)計方案可以保證加固改造工程的質(zhì)量和安全性。另外,設(shè)計階段還要控制施工成本,最大限度地保證工程施工的性價比。

        1.2.3 必要性原則

        為提高建筑結(jié)構(gòu)的加固改造效果,應(yīng)該在工程設(shè)計階段分析結(jié)構(gòu)加固改造的必要性。建筑物在長期使用的過程中,其結(jié)構(gòu)因受到日常老化、自然災(zāi)害等因素的影響,常有裂縫、表面剝落等情況出現(xiàn)。若要對存在這些問題的建筑結(jié)構(gòu)進行加固改造,應(yīng)該分析必要性。對于損壞程度較低的部分結(jié)構(gòu),可以根據(jù)具體情況進行局部修補[1]。

        1.2.4 安全原則

        為了保證建筑結(jié)構(gòu)、設(shè)計和改造的有效性,必須將安全原則貫穿于建筑結(jié)構(gòu)改造的全過程。加固設(shè)計工作應(yīng)委托原設(shè)計單位或具有相關(guān)資質(zhì)的設(shè)計單位,而且不僅要保證建筑物加固后的安全可靠性,也要考慮加固施工過程的安全性。為了有效地保護施工人員,建筑物內(nèi)的各個環(huán)節(jié)都采用了施工保護措施[2],如圖1所示。

        圖1 建筑物結(jié)構(gòu)加固改造

        2 建筑結(jié)構(gòu)加固改造的技術(shù)

        隨著建筑業(yè)的不斷發(fā)展,建筑改造技術(shù)水平也在不斷提高,但發(fā)展時間仍較短,整體處于開發(fā)階段,還沒有現(xiàn)行相對穩(wěn)定的市場秩序,也沒有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范經(jīng)營活動原則。并且我國的建筑加固改造工作一般集中在設(shè)計院、高??蒲性核透咝?蒲袡C構(gòu),沒有可代替承擔(dān)的生產(chǎn)工作產(chǎn)業(yè)。

        對于因建筑使用功能變化而導(dǎo)致的負(fù)荷增加,需要對結(jié)構(gòu)整體及局部加強計算分析,不同部位、不同的受力特點選擇不同的加固方式。對于懸臂等關(guān)鍵部位,應(yīng)考慮加強安全儲備。

        混凝土結(jié)構(gòu)常用的加固方法有加大截面法、外包型鋼法、置換混凝土法、增加支點法、粘貼碳纖維布法等加固技術(shù)。每種方法都有優(yōu)缺點,一個加固工程可以根據(jù)建筑空間的使用功能、施工的便利性和造價等因素選擇一種或多種加固技術(shù)。

        2.1 加大截面法加固技術(shù)

        加大截面法加固技術(shù)是建筑結(jié)構(gòu)加固改造設(shè)計中最常用的技術(shù),施工難度較低。加大截面法的主要技術(shù)手段是使用大于原結(jié)構(gòu)構(gòu)件強度的混凝土來擴大現(xiàn)有建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面。使用加大截面加固技術(shù)可以有效地增強建筑物的承載力。另外,在加固現(xiàn)有建筑結(jié)構(gòu)的過程中,需配置錨栓或采用植筋的方式將舊部件和新部件連接起來,并對新舊構(gòu)件交接的界面進行處理,以達到整體截面計算的要求,顯著提高了其承載力、剛度、穩(wěn)定性,或改變其自振頻率[3]。

        2.2 外包型鋼法加固技術(shù)

        外包型鋼法加固技術(shù)的原理是通過黏結(jié)技術(shù)將型鋼或扁鋼加固到混凝土結(jié)構(gòu)的外層,型鋼或偏鋼與混凝土結(jié)構(gòu)使用結(jié)構(gòu)膠粘劑連接。

        與加大截面法加固技術(shù)相比,外包型鋼法加固技術(shù)的可靠性更高,因為它占用的建筑空間更少,施工技術(shù)更成熟。但也存在不足之處,例如,鋼構(gòu)件性能易受高溫、腐蝕等因素的影響。

        2.3 置換混凝土法加固技術(shù)

        置換混凝土法加固技術(shù)用高強度、高性能的混凝土替換有缺陷、強度低、性能差的原有混凝土。該技術(shù)的原理是使原構(gòu)件的承載力得到恢復(fù),以符合工程設(shè)計要求的一種直接加固法。該技術(shù)在工程施工的過程中比較容易操作,常用于混凝土柱、混凝土梁的缺陷部位,施工中造價低,但施工周期長,并且對結(jié)構(gòu)支撐技術(shù)和結(jié)構(gòu)卸載技術(shù)的要求較高。

        2.4 增加支點法加固技術(shù)

        增加支點法加固技術(shù)是通過增加建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部的支承點以減小建筑結(jié)構(gòu)的位移和跨度,從而有效提高建筑結(jié)構(gòu)的承載力的技術(shù)。該技術(shù)是比較傳統(tǒng)的間接加固技術(shù)。通常用于沖擊較小的構(gòu)件,如梁、板等。由于建筑構(gòu)件和支承結(jié)構(gòu)差異很大,原構(gòu)件存在二次受力的情況,需根據(jù)實際情況,有選擇地使用彈性支承加固技術(shù)和剛性支承加固技術(shù)。

        2.5 粘貼碳纖維布法加固技術(shù)

        粘貼碳纖維布法加固技術(shù)具有非常良好的效果,是建筑結(jié)構(gòu)加固改造的重要手段之一,主要采用碳布黏結(jié)劑將碳纖維布貼于原構(gòu)件的混凝土表面,使之成為具有整體性的復(fù)合截面,從而達到為原構(gòu)件提供承載力和延性的一種直接加固方法。粘貼碳纖維布法加固技術(shù)有很多優(yōu)點,例如,輕質(zhì)高強,施工簡便,可以用在曲面或轉(zhuǎn)角部位,既不增加原構(gòu)件重量,也不影響建筑外形等,在我國建筑結(jié)構(gòu)改造產(chǎn)業(yè)中有很好的發(fā)展前景[4]。

        3 建筑結(jié)構(gòu)加固改造設(shè)計在實際工程中的應(yīng)用

        為推動“十四五”期間檔案事業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展,黨的十九屆五中全會和《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》指出了檔案工作目前存在的問題、發(fā)展目標(biāo)和規(guī)劃。可見,檔案庫房的建設(shè)任務(wù)刻不容緩。

        現(xiàn)有一座閑置建筑物,其建于20世紀(jì)90年代,建筑面積約為8000 m2,原用作倉庫,柱網(wǎng)、層高與荷載情況都與檔案庫房相近,并設(shè)有垂直升降梯。根據(jù)檢測單位提供的鑒定報告、原結(jié)構(gòu)圖紙和多次的實地考察的結(jié)果,初步認(rèn)定該倉庫經(jīng)加固改造后可滿足檔案庫房的使用條件。初步方案是將對外服務(wù)用房、檔案業(yè)務(wù)的技術(shù)用房、辦公室用房等主要功能用房布置在建筑物的1層,2~5層主要為檔案庫房。改造后檔案庫房使用面積約為6000 m2,可庫存的檔案數(shù)量約為400萬卷。

        此閑置倉庫為5層現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu),抗震設(shè)防類別為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類(丙類),首層層高為8.0 m,2~5層層高均為3.6 m,外觀較為陳舊。原基礎(chǔ)采用φ400和φ500直徑的預(yù)應(yīng)力混凝土管樁,φ400徑單樁承載力設(shè)計值為1300 kN,φ500徑單樁承載力設(shè)計值為1800 kN。建筑物總高約22.4m,平面形狀為矩形,總平面尺寸為76 m×21 m。柱網(wǎng)較規(guī)則,尺寸為7.6 m×10.5 m,采用主次梁梁板結(jié)構(gòu)。1層層高為8.0 m,2~5層層高均為3.6 m。原2層的設(shè)計活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為10.0 kN/m2,3~5層活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為6.0 kN/m2。

        本項目參照乙級檔案管的標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)。根據(jù)《建筑抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50223—2008)及《檔案館建筑設(shè)計規(guī)范》(JGJ 25—2010)的規(guī)定,乙級檔案館建筑物的抗震設(shè)防類型應(yīng)不低于丙類。根據(jù)國家檔案局《機關(guān)檔案管理規(guī)定》第十八條,檔案庫房樓面均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為8.0 kN/m2,樓梯、走廊、門廳樓面均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為3.5 kN/m2。

        根據(jù)建筑布局、原始資料、鑒定報告、機關(guān)檔案、庫房的荷載要求及樓房的現(xiàn)狀初步計算分析確定倉庫具備加固條件。基礎(chǔ)局部加固、柱子整體加固、2層梁板局部加固、3~5層梁板整體加固、天面梁局部加固改造后,滿足作為機關(guān)檔案庫房的承載力要求。

        加固改造設(shè)計具體實施方案如下。

        (1)基礎(chǔ)采用微型鋼管樁局部加固,擴大原有承臺,新、舊承臺采用植筋的技術(shù)連接。

        (2)首層原有地面拆除,重新澆搗地骨。

        (3)1~5層柱采用加大截面法加固,2層局部框架梁采用粘貼鋼板法加固,3~5層梁采用加大截面法結(jié)合粘貼碳纖維布法或粘貼鋼板法加固,天面層局部框架梁采用粘貼鋼板法加固。

        (4)2層樓板局部采用粘貼碳纖維布法加固,3~5層樓板板面新增疊合板加固,板底采用粘貼碳纖維布法加固。

        4 結(jié)語

        建筑結(jié)構(gòu)加固改造工程設(shè)計的重點是根據(jù)建筑的實際使用功能、施工和經(jīng)濟情況設(shè)計最合理的改造方案和加固方法。根據(jù)工程經(jīng)驗,筆者對結(jié)構(gòu)加固改造設(shè)計提出了以下4點建議。

        (1)原有結(jié)構(gòu)的鑒定和檢查是加固改造設(shè)計的先決條件,必須嚴(yán)格按照現(xiàn)行規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。不能為了降低成本而忽視原始結(jié)構(gòu)的鑒定和檢查過程,也不得將鑒定結(jié)果直接用于施工。

        (2)由于改造項目的特殊性,現(xiàn)有建筑物往往與原施工圖不一致。除施工原因外,施工過程中缺少變更說明和公開記錄。因此,設(shè)計師在設(shè)計過程中需要對施工圖進行多次現(xiàn)場檢查,以確保結(jié)構(gòu)設(shè)計的準(zhǔn)確性。

        (3)加固工程數(shù)量暴增,施工隊伍的質(zhì)量和材料市場也參差不齊。設(shè)計時要對加固材料的性能提出嚴(yán)格的要求,由具備加固資格的專業(yè)隊伍進行施工。必要時要安排人員在現(xiàn)場指導(dǎo)施工,確保節(jié)點的可操作性,禁止野蠻施工。同時必須了解各種加固材料的材料性能,預(yù)付由于對材料的認(rèn)識不足而導(dǎo)致的設(shè)計錯誤。例如,強化塑料不能承受高溫,化學(xué)注入后焊接會影響材料性能,因此需要采取必要的冷卻措施。

        (4)要保證新構(gòu)件與原有結(jié)構(gòu)連接的可靠性,充分考慮新舊界面的抗剪承載力、構(gòu)件的整體性。

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