劉婉霞

（北京維拓時代建筑設(shè)計股份有限公司太原分公司，山西太原 030000）

1 房屋建筑工程結(jié)構(gòu)加固的重要性

1.1 重視房屋結(jié)構(gòu)安全，保障人民生命財產(chǎn)安全

近些年來，各地老舊房屋的坍塌新聞和世界范圍內(nèi)頻繁出現(xiàn)的極端地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象，使人們對居住建筑的質(zhì)量多有擔(dān)憂，加固改造的必要性顯而易見。不僅如此，根據(jù)房屋的實(shí)際情況，選擇合理的加固技術(shù)，也是對生命財產(chǎn)安全負(fù)責(zé)任的必要態(tài)度。

1.2 滿足職工的居住需求

一些礦山地區(qū)生活土地的使用面積有限，且存在許多老舊建筑房屋占用了有限的土地使用面積，考慮到投資費(fèi)用和有限的土地使用面積的因素，對現(xiàn)有老舊房屋進(jìn)行加固改造是最經(jīng)濟(jì)可行的方案，以滿足礦山廣大職工的居住需求。因此在原來的房屋結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行加固維修，豐富使用功能，建筑投資成本相對較低，為礦山長期可持續(xù)發(fā)展提供了較大的先決條件。

2 我國建筑結(jié)構(gòu)抗震加固的發(fā)展歷程

2.1 起步階段

第一階段為起步階段，從1966 年邢臺地震到1976年唐山大地震，讓人們逐漸意識到到了建筑物抗震的重要性，而這一階段的經(jīng)歷也成為我國抗震鑒定與加固處理的一個起點(diǎn)，同時也是一個嘗試與試驗(yàn)的階段。該階段所具備的特點(diǎn)主要包括：對抗震鑒定、加固處理的基本方法和相關(guān)技術(shù)進(jìn)行探索和分析，通過大量的實(shí)踐表明了抗震鑒定與加固處理對于提高建筑結(jié)構(gòu)安全性而言，有一定的有效性和必要性。

2.2 高速發(fā)展階段

第二階段為高速發(fā)展階段，從唐山大地震開始一直持續(xù)到1989 年國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》正式發(fā)布為止，該階段被人們稱為抗震鑒定及加固處理的高速發(fā)展階段。在這個發(fā)展階段中所呈現(xiàn)出來的特點(diǎn)與上一階段有著本質(zhì)的不同，主要包括：構(gòu)建了完善的抗震鑒定與加固管理體系；基于該體系的基礎(chǔ)之上，進(jìn)一步制定了適合當(dāng)下建筑結(jié)構(gòu)安全的《工業(yè)及民用建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》；并在國家政府的統(tǒng)一部署下，首先完成了Ⅶ度以上的抗震設(shè)防地區(qū)建筑物抗震鑒定與加固工作，有效地提高了我國城市內(nèi)建筑的抗震性能。正是在這一高速發(fā)展階段當(dāng)中，抗震加固處理技術(shù)提出了極強(qiáng)變形能力、提高強(qiáng)度以及提高整體性等建議，并通過增設(shè)構(gòu)造柱、外加圈梁、夾板墻以及鋼構(gòu)套等方式作為基本手段，逐漸形成以外加構(gòu)件法、替換法、增強(qiáng)自身法為主的建筑結(jié)構(gòu)的加固處理方式[1]。

2.3 綜合開發(fā)階段

第三階段為綜合開發(fā)階段，該階段是從《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》正式執(zhí)行開始，經(jīng)過了長期的發(fā)展和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)后，逐漸進(jìn)入到抗震鑒定與加固的綜合開發(fā)與發(fā)展階段當(dāng)中，也在一定程度上意味著我國的建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計已經(jīng)取得了一定的成績。該階段所展現(xiàn)出來的主要特點(diǎn)有：建筑結(jié)構(gòu)的抗震鑒定與加固處理已經(jīng)按照相關(guān)要求擴(kuò)大至Ⅵ度設(shè)防區(qū)當(dāng)中，同時結(jié)合各地區(qū)的實(shí)際情況，梳理并制定了與《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GBJ 11—89）設(shè)計規(guī)范相適應(yīng)的鑒定方法和加固技術(shù)等相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，目的在于強(qiáng)調(diào)綜合發(fā)展和分析現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能。建筑結(jié)構(gòu)的抗震鑒定與加固以及功能改造在我國經(jīng)濟(jì)體制改革的過程中形成了一種緊密的結(jié)合，因?yàn)樵谶M(jìn)行抗震加固時，不僅要考慮其安全性，還要想到建筑面積的擴(kuò)大和使用，在改變和完善建筑使用功能的同時，還可以保持建筑物的美觀造型。這一發(fā)展階段當(dāng)中，涌現(xiàn)出了很多全新的鑒定、加固技術(shù)和材料，如鋼筋化學(xué)錨固技術(shù)、消能減震技術(shù)、碳釬維片加固技術(shù)以及隔震技術(shù)等。

3 建筑結(jié)構(gòu)加固改造設(shè)計原則

3.1 整體性原則

既有建筑的結(jié)構(gòu)加固和改造中，為保障加固改造效果，應(yīng)遵循整體性原則，專業(yè)的設(shè)計人員要對建筑結(jié)構(gòu)加以整體分析，從整體性的角度來進(jìn)行結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)優(yōu)化。因?yàn)樵谌魏蔚慕ㄖこ添椖恐校浣Y(jié)構(gòu)內(nèi)所包含的構(gòu)件數(shù)量都是非常多的，其中的任何一個構(gòu)件都可能會對建筑結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性產(chǎn)生直接的影響，如果在某一或者某幾個構(gòu)件出問題時只對這些構(gòu)件加以優(yōu)化，建筑的整體性將難以達(dá)到預(yù)期，結(jié)構(gòu)抗震性、剛度和結(jié)構(gòu)內(nèi)力都會出現(xiàn)一定的變化[2]。因此，為消除既有建筑結(jié)構(gòu)加固改造中對整體性造成的威脅，需從整體性角度來進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固。

3.2 合理性原則

對既有建筑的結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固和改造時，同樣要遵循合理性原則，將整體性與合理性結(jié)合起來，才能夠使得既有建筑結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)加固和改造工作順利實(shí)施，全面提升建筑結(jié)構(gòu)水平，確保建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量安全。針對建筑結(jié)構(gòu)的加固改造，需結(jié)合建筑物的總體受力情況分析與計算，來進(jìn)行結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的全面優(yōu)化，使得結(jié)構(gòu)中的每個構(gòu)件都能夠符合結(jié)構(gòu)性能要求。

4 既有建筑結(jié)構(gòu)加固改造設(shè)計技術(shù)

4.1 加大截面加固法

既有建筑的結(jié)構(gòu)加固改造施工中，加大截面法是十分有效的加固技術(shù)，具體的加固處理中，就是對建筑物原有混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)施外層加固，大多采用的是型鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。根據(jù)加大截面加固法在既有建筑結(jié)構(gòu)加固改造中的應(yīng)用，其原理為加大構(gòu)件截面，對原有結(jié)構(gòu)加以適當(dāng)改造和優(yōu)化，在這一改造基礎(chǔ)上使得原有結(jié)構(gòu)材料與外層加固材料之間可形成整體性結(jié)構(gòu)，共同受力。通過這一方式，可有效提升建筑工程的抗震性能。建筑工程項目改造中，如果選用的是加大截面加固法，就能夠使得建筑結(jié)構(gòu)的耐久性明顯提升，將原先被損壞的混凝土結(jié)構(gòu)修復(fù)好，使得建筑結(jié)構(gòu)中單一構(gòu)件的抗剪、抗彎和抗壓性能明顯提升，在此基礎(chǔ)上提升結(jié)構(gòu)整體承載力。在墻構(gòu)件、梁構(gòu)件及混凝土柱構(gòu)件中，加大截面加固法的使用最多，此項工藝在當(dāng)下已經(jīng)越發(fā)成熟。但加大截面加固法也存在著一定的不足，在加固處理的過程中為濕作業(yè)施工，整體的施工周期相對較長，甚至?xí)加煤芏嗟脑ㄖ臻g，同步增大了建筑結(jié)構(gòu)重量，使得建筑整體平衡性不佳，因此，為有效發(fā)揮加大截面法的加固作用，應(yīng)綜合考慮建筑的多方面特點(diǎn)。

根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，增大截面加固法的基本要求如下：被加固的混凝土構(gòu)件，現(xiàn)場檢測的構(gòu)件混凝土強(qiáng)度等級不應(yīng)低于C15 新澆筑的混凝土強(qiáng)度等級不應(yīng)低于C20；構(gòu)件表面需安排專人負(fù)責(zé)鑿毛處理，以確保新舊混凝土之間的粘接性符合要求。構(gòu)造要求如下。

（1）新澆筑混凝土的最小厚度有嚴(yán)格限制：當(dāng)現(xiàn)場加固板呈現(xiàn)新舊獨(dú)立狀態(tài)的情況下，新澆混凝土厚度應(yīng)超過50mm；當(dāng)加固板呈現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)特征是，新澆厚度不得小于40mm；在加固梁的情況下，新澆混凝土厚度應(yīng)超過60mm；如果現(xiàn)場為噴射混凝土施工作業(yè)，澆筑厚度至少為50mm。

（2）加固使用的鋼筋，最好采用熱軋鋼筋，但板、梁、柱的受力鋼筋直徑分別不應(yīng)小于8mm、12mm、14mm。

（3）新增受力鋼筋與原有受力鋼筋的凈間距也應(yīng)符合要求，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，這種情況下的凈間距最小應(yīng)為20mm。

4.2 置換混凝土加固法

置換混凝土加固法在當(dāng)下的很多建筑工程中也有著廣泛的應(yīng)用，這種方法是利用新材料來置換原先的混凝土結(jié)構(gòu)，以改進(jìn)原有的結(jié)構(gòu)不足。當(dāng)下的很多的建筑工程中，多以混凝土結(jié)構(gòu)為主，這也就使得置換混凝土加固法有著十分巨大的應(yīng)用空間，可利用高強(qiáng)度、高性能的混凝土來置換承載力較差、低強(qiáng)度、低性能的混凝土，以提高受壓混凝土結(jié)構(gòu)的材料性能，使得工程結(jié)構(gòu)可達(dá)到預(yù)期。與其他的加固方式相比，置換混凝土加固法在實(shí)際的應(yīng)用十分簡單，即使在具體的施工作業(yè)中存在對結(jié)構(gòu)的重新澆筑，也不會對結(jié)構(gòu)凈空性產(chǎn)生直接的影響，在混凝土柱與混凝土梁等缺陷部位，其加固效果良好。

4.3 黏結(jié)外包型鋼加固法

從本質(zhì)上看，黏結(jié)外包型鋼加固法屬于加大截面法的一種，具體應(yīng)用就是將準(zhǔn)備好的型鋼構(gòu)件直接加固到混凝土的結(jié)構(gòu)外層中，經(jīng)由鋼板材料與混凝土材料的牢固黏結(jié)，來提升建筑結(jié)構(gòu)整體性及承載力，達(dá)到建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化和加固的目的。外包型鋼加固法實(shí)際上將黏結(jié)技術(shù)應(yīng)用在了外層型鋼和混凝土結(jié)構(gòu)的結(jié)合上，二者的黏結(jié)過程主要是通過灌注結(jié)構(gòu)與錨栓等方式實(shí)現(xiàn)的，應(yīng)用這一結(jié)構(gòu)方式，也就使得二者構(gòu)成了整體性受力體系，改善了原先的混凝土結(jié)構(gòu)性能。雖然黏結(jié)外包型鋼加固法與加大截面加固法之間存在著高度的原理相似性，但二者相比較，黏結(jié)外包型鋼加固法具有更高的可靠性，在實(shí)際的加固處理中，占用的建筑空間相對有限，因?yàn)檫@一加固技術(shù)下是通過外層型鋼進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固的，受到高溫場地或者其他因素的影響非常大，如腐蝕、生銹等，均可能會影響最終的加固效果。

在既有建筑結(jié)構(gòu)加固改造中采用黏結(jié)外包型鋼加固法，鋼板與混凝土粘結(jié)時所采用的黏結(jié)劑是以環(huán)氧樹脂、添加固化劑、增塑劑等為基礎(chǔ)形成的“結(jié)構(gòu)膠”，經(jīng)黏結(jié)外包型鋼加固法在結(jié)構(gòu)改造中的應(yīng)用，在建筑體外面增加了配筋率，使得建筑的剛度和強(qiáng)度明顯提升。這一加固技術(shù)從總體上看，施工相對簡單，耗時短，不會對原有建筑的使用產(chǎn)生較大的干擾。但由于“結(jié)構(gòu)膠”黏貼度在高溫條件下，黏結(jié)效果可能會受到影響，根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的加固經(jīng)驗(yàn)，在一些不存在化學(xué)腐蝕的建筑結(jié)構(gòu)中，一般就可利用黏結(jié)外包型鋼加固的方式。為達(dá)到最佳的結(jié)構(gòu)優(yōu)化效果，在正式的加固作業(yè)實(shí)施之前，專業(yè)人員要進(jìn)行建筑工程的結(jié)構(gòu)缺陷分析，找出引起結(jié)構(gòu)質(zhì)量安全問題的原因，結(jié)合結(jié)構(gòu)缺陷的產(chǎn)生位置，來進(jìn)行黏貼形式和鋼板規(guī)格的確定。

黏貼鋼板加固的優(yōu)點(diǎn)是整體的施工相對便捷且高效，在原結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上所增加的重量較小，原結(jié)構(gòu)外形基本不會發(fā)生大的變化，對建筑使用凈空的影響較小。在承受靜載作用的鋼筋混凝土受彎、斜截面受剪、受拉及大偏心受壓構(gòu)件的加固施工中，黏貼鋼板加固的方法非常有效。但這種加固方法在應(yīng)用時有一定的環(huán)境要求，在長期使用的環(huán)境溫度不超60℃、相對濕度不超70%的環(huán)境中，應(yīng)用效果最佳，如果環(huán)境條件達(dá)不到這一要求，在利用粘貼鋼板加固時，需結(jié)合環(huán)境特征，采取有效的處理措施。

黏貼鋼板加固法的基本要求如下：被加固混凝土構(gòu)件的強(qiáng)度等級應(yīng)達(dá)到C15，即混凝土表面的正拉粘結(jié)強(qiáng)度應(yīng)達(dá)1.5MPa；當(dāng)加固的是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件時，將鋼板受力設(shè)計為僅承受軸向應(yīng)力；混凝土表層含水率應(yīng)有嚴(yán)格控制，這一含水率指標(biāo)不得超過4%，一旦超過了這一指標(biāo)，就需對構(gòu)件進(jìn)行有效的處理，降低含水率。利用黏貼鋼板加固法需注意以下4 個方面。

（1）定位，施工人員在清理完被加固構(gòu)件的表面后，需按照設(shè)計圖紙的要求來開展放線施工，準(zhǔn)確側(cè)放出粘貼鋼板的位置，確保定位精度。

（2）最好保障鋼板鉆孔位置與混凝土構(gòu)件鉆孔位置的完全一致，鉆孔不得對原有鋼筋造成干擾，鉆孔誤差應(yīng)符合要求。

（3）界面處理，黏結(jié)面需開展修補(bǔ)與修復(fù)，表面平整度偏差應(yīng)在1.5mm/m 以內(nèi)。

（4）在對鋼板上膠之前，應(yīng)組織專人來負(fù)責(zé)鋼板的除銹、展平處理。

4.4 黏貼纖維加固法

一些既有建筑的結(jié)構(gòu)加固和改造中，也會采用黏貼纖維加固法，這一加固技術(shù)，就是通過專有纖維材料來完成建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，將準(zhǔn)備好的纖維材料黏貼到原建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件上，這種結(jié)構(gòu)加固方式下，建筑結(jié)構(gòu)性能得以明顯改善。通常情況下，既有建筑結(jié)構(gòu)加固改造的過程中，如果是結(jié)構(gòu)受力性能較弱的結(jié)構(gòu)部位，就可利用這一加固方式。黏貼纖維加固法表現(xiàn)出輕質(zhì)量、耐潮濕、低維護(hù)成本的特點(diǎn)，為提升整體的加固效果，需重視防火施工。此建筑改造工程中的對于樓板洞口采用黏貼碳纖維布的方法進(jìn)行加固，就是粘結(jié)外包型鋼加固方式的重要體現(xiàn)，其有效達(dá)到了良好的結(jié)構(gòu)加固施工效果。

4.5 預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)加固技術(shù)

預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)是結(jié)構(gòu)優(yōu)化和改進(jìn)方面的新型工藝，因?yàn)樵诮ㄖY(jié)構(gòu)中，外部荷載可能會對混凝土彎曲配件產(chǎn)生或大或小的影響，為使得預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性等均符合結(jié)構(gòu)施工要求，相關(guān)施工人員要經(jīng)由混凝土對水平拉桿進(jìn)行加固處理，以利用這一方式來使得拉桿內(nèi)部形成軸向張力，隨后使得這一作用力可經(jīng)由水平拉桿頂部被傳輸?shù)绞軓潣?gòu)件，同步產(chǎn)生一定的偏心壓力，本質(zhì)上看，這一結(jié)構(gòu)加固改造技術(shù)下，最大程度上優(yōu)化了外力對構(gòu)件作用下的彎矩，使得構(gòu)件的彎曲性能得以提升，對預(yù)防構(gòu)件裂紋非常有效。

5 結(jié)語

既有建筑的結(jié)構(gòu)加固和改造是一項十分復(fù)雜的工程，在具體的工作開展過程中，為全面提升建筑結(jié)構(gòu)的整體性能，專業(yè)的設(shè)計人員要通過對建筑結(jié)構(gòu)的整體分析來選擇恰當(dāng)?shù)募庸碳夹g(shù)，使得建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性得以全面提升。