【摘要】混凝土建筑通常具有較長的使用年限，但是一些建筑隨著時代發(fā)展和使用壽命的增加，其結(jié)構(gòu)的性能已經(jīng)不能滿足使用需求。其中最為常見的情況為建筑主體結(jié)構(gòu)損壞導(dǎo)致的承載力下降，建筑使用功能變更導(dǎo)致的建筑性能無法滿足使用標(biāo)準(zhǔn)等。針對此類建筑，新建與改建經(jīng)濟效益有限，大部分既有建筑采用了結(jié)構(gòu)加固的方式進(jìn)行補強，提升建筑結(jié)構(gòu)性能，以滿足建筑結(jié)構(gòu)問題的修復(fù)和使用場景的需要。文中針對既有混凝土建筑結(jié)構(gòu)加固方法進(jìn)行研究，分析混凝土建筑結(jié)構(gòu)加固的原則，并且結(jié)合實際案例就混凝土結(jié)構(gòu)加固方法進(jìn)行分析，推動對既有建筑結(jié)構(gòu)的改造與修復(fù)，實現(xiàn)建筑經(jīng)濟效益的最大化。

【關(guān)鍵詞】既有建筑；混凝土結(jié)構(gòu)；加固

【中圖分類號】TU746" " " "【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A" " " "【文章編號】1673-6028（2023）24-0045-03

在現(xiàn)今社會高速發(fā)展的背景下，各類建筑工程的使用功能不斷發(fā)生變化，加之建筑結(jié)構(gòu)受到自然氣候、人為因素的損害，建筑結(jié)構(gòu)的可靠性、穩(wěn)定性已經(jīng)不能支持其正常使用，此時就需要對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固和改造，恢復(fù)建筑使用功能，同時降低建筑新建、改建造成的資源浪費與環(huán)境污染?？傊?，既有建筑的結(jié)構(gòu)加固改造符合當(dāng)前綠色建筑發(fā)展理念，是未來城市發(fā)展過程中充分利用老舊建筑使用價值的重要途徑。就當(dāng)前既有建筑結(jié)構(gòu)加固改造技術(shù)實際應(yīng)用來看，主要還停留在結(jié)構(gòu)局部甚至個別構(gòu)件的加固與改造中，建筑整體的加固改造并沒有受到重視。這就導(dǎo)致結(jié)構(gòu)加固改造技術(shù)主要適用于建筑結(jié)構(gòu)受損等情況。一旦建筑使用功能變更，需要對建筑整體進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固時，目前技術(shù)水平實施難度較大，相關(guān)研究亟待加強。

1 既有建筑結(jié)構(gòu)加固的原則

在綠色建筑理念下，既有建筑結(jié)構(gòu)加固不僅需要符合節(jié)能環(huán)保的基本原則，同時還需要圍繞建筑的使用價值和功能特性對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，恢復(fù)增強建筑的使用功能。

1.1 減少對建筑使用價值的影響

在既有建筑結(jié)構(gòu)加固過程中，必須減少對建筑使用價值的負(fù)面影響。大部分建筑結(jié)構(gòu)加固技術(shù)和方法均需要對建筑的支撐體系進(jìn)行增強和改造，這種增強和改造通常會導(dǎo)致建筑的結(jié)構(gòu)形式室內(nèi)空間受到影響，從而導(dǎo)致建筑的使用功能價值下降。除此之外，建筑結(jié)構(gòu)體系的加固不僅需要對構(gòu)件進(jìn)行強化，同時還可以適當(dāng)對結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，以獲得更高的經(jīng)濟效益，滿足節(jié)能、節(jié)材、高性價比的需求。例如，單體框架結(jié)構(gòu)建筑一個方向的剛度過小時，如果單純地對梁柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，不僅性價比低，達(dá)到的效果也非常有限，此時可以在柱中間設(shè)置抗震墻，通過對結(jié)構(gòu)體系的改造，提高建筑的穩(wěn)定性。

1.2 提高結(jié)構(gòu)對偶然作用的抵抗能力

在既有建筑結(jié)構(gòu)改造中，提高建筑對偶然作用力的抵抗能力是非常關(guān)鍵的。大部分建筑結(jié)構(gòu)破壞均與偶然作用力存在直接關(guān)系。例如火災(zāi)、地震、爆炸等，都會對建筑結(jié)構(gòu)造成直接破壞，導(dǎo)致建筑失去使用價值。因此，建筑結(jié)構(gòu)的加固不僅需要考慮到建筑正常使用狀態(tài)的結(jié)構(gòu)可靠性，同時還需要從抗震、抗爆以及抵抗動荷載的能力，確保建筑在結(jié)構(gòu)加固后仍然具有使用價值。若要達(dá)到這一目的，在建筑結(jié)構(gòu)加固的同時，還需要提高建筑結(jié)構(gòu)的耐火能力，并且對建筑主要承重構(gòu)件設(shè)置防爆墻等保護(hù)措施，提高建筑對偶然作用力的抗性。在這一原則的指導(dǎo)下，能夠大幅度提高建筑的使用安全性，在建筑發(fā)生不可抗力作用時，即便結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，也不會完全喪失承載力，為人員疏散等爭取時間[1]。

1.3 加強建筑錨固連接的承載能力

在建筑結(jié)構(gòu)加固時，需要重點做好節(jié)點部位的補強和加固，遵循“強節(jié)點”原則。在建筑結(jié)構(gòu)加固過程中，如果片面針對建筑物承重桿件進(jìn)行加固，連接節(jié)點依然保持原有現(xiàn)狀，就會導(dǎo)致桿件受力強度大于錨固節(jié)點強度。此時建筑結(jié)構(gòu)作用力破壞節(jié)點會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)安全性大幅度下降。所以，既有結(jié)構(gòu)加固過程中，必須以強節(jié)點為基本原則，在桿件加固的同時做好節(jié)點部位的強化，使錨固節(jié)點的承載力不低于構(gòu)件承載力。這一改造原則能夠全面提高建筑結(jié)構(gòu)的性能，消除建筑結(jié)構(gòu)薄弱點，幫助建筑在結(jié)構(gòu)使用性能和耐久性上得到提升。

2 既有建筑綠色節(jié)能加固方法分析

既有建筑綠色節(jié)能加固方法的應(yīng)用是相較于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)加固方法而言，具有節(jié)能、節(jié)材、環(huán)保、無污染等優(yōu)勢。不僅如此，節(jié)能綠色節(jié)能加固方法在性能上要優(yōu)于傳統(tǒng)加固方法，對建筑的使用功能影響較小，是未來建筑結(jié)構(gòu)加固技術(shù)主要發(fā)展方向。

2.1 化學(xué)灌漿法

化學(xué)灌漿法是近些年出現(xiàn)的一種建筑結(jié)構(gòu)加固新方法，相其原理與注漿加固基本相同，但是對其漿液進(jìn)行了改良，采用化學(xué)漿液代替了傳統(tǒng)的水泥漿液。由于化學(xué)漿液具有更好的性能，強度增長速度快，漿液耐腐蝕性、耐久性更強，相較于傳統(tǒng)的注漿加固技術(shù)優(yōu)勢顯著，能夠提高建筑結(jié)構(gòu)加固工作效率的同時降低時間成本。在化學(xué)灌漿加固過程中，需要采用壓漿機將化學(xué)漿液壓入建筑結(jié)構(gòu)裂縫和需要填充部位，使其進(jìn)行快速凝固，增加強度。由于化學(xué)漿液反應(yīng)速度快，操作過程短，工藝控制簡單，在建筑結(jié)構(gòu)加固中逐漸普及和推廣[2]。目前化學(xué)灌漿加固中常用的漿液材料主要以強度高、抗氧化性強的環(huán)氧樹脂為主，這種材料不僅可以恢復(fù)建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性，同時對于細(xì)小的結(jié)構(gòu)裂縫具有良好的修補效果。能夠避免裂縫問題重復(fù)發(fā)生，實現(xiàn)對建筑結(jié)構(gòu)的快速補強修復(fù)。

2.2 外粘玻璃鋼法

外粘玻璃鋼結(jié)構(gòu)加固方法是在傳統(tǒng)外包鋼板加固方法基礎(chǔ)上改良的新型加固方法。這種加固方法將鋼板材料換為玻璃鋼，對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固。相較于外粘、外包鋼板加固技術(shù)，玻璃鋼材料具有更好的節(jié)能性和環(huán)保性特點，而且玻璃鋼纖維布自身質(zhì)量更輕，而且力學(xué)性能優(yōu)秀，能夠大幅度降低施工技術(shù)的復(fù)雜性，提高施工質(zhì)量和效率。外粘玻璃鋼加固法又稱復(fù)合材料加固法，需要采用環(huán)氧樹脂膠將玻璃鋼纖維布分層粘貼于需要被加固的混凝土構(gòu)件表面，通過多層玻璃鋼纖維布的粘貼，對結(jié)構(gòu)桿件提供額外抗荷載性能[3]。從加固效果上看，被加固的建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件二次受力效應(yīng)不明顯，同樣滿足平截面假設(shè)。但是玻璃鋼的彈性模量與抗拉強度均小于鋼材，所以，被加固構(gòu)件承載力和剛度上性能提升并不明顯。玻璃鋼加固法的優(yōu)點在于提高構(gòu)件的抗腐蝕性，在化工廠等特殊建筑結(jié)構(gòu)加固中應(yīng)用更為廣泛。

2.3 碳纖維加固法

碳纖維是一種新型環(huán)保材料，其在結(jié)構(gòu)加固中應(yīng)用能夠有效改良建筑結(jié)構(gòu)的物理性能。碳纖維材料具有黏合性、耐熱性、抗腐蝕性等優(yōu)點，是現(xiàn)階段混凝土結(jié)構(gòu)加固常用的材料。應(yīng)用碳纖維材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固，其性能效果能夠達(dá)到傳統(tǒng)外粘鋼材加固的十幾倍，而且彈性模量與建筑鋼材在同一水平上略有提高。除此之外，該加固方法實際應(yīng)用中的優(yōu)勢在于不會增加建筑構(gòu)件的自重和尺寸。以碳纖維布加固為例，其質(zhì)量輕薄，經(jīng)過加固修補后的構(gòu)件基本不會增加結(jié)構(gòu)尺寸，也不會增加自重荷載，對建筑內(nèi)部空間的影響幾乎不存在。不僅如此，碳纖維加固技術(shù)適用范圍廣，碳纖維布作為柔性材料，可以任意剪裁，應(yīng)用于不同建筑結(jié)構(gòu)的加固上[4]。施工方面，碳纖維加固施工便利，施工現(xiàn)場不需要大型設(shè)備的配合，場地占用少，不存在濕作業(yè)，能夠降低環(huán)境污染，大幅度提高施工效率。

2.4 隔震法

隔震法加固是一種新型綠色環(huán)保建筑結(jié)構(gòu)加固方法，該加固方法的基本原理是利用隔震技術(shù)阻止和減少外力對結(jié)構(gòu)的作用，從而保證結(jié)構(gòu)的可靠度與穩(wěn)定性。加固方法適用于地震頻繁區(qū)域，可以通過減震、緩震來降低地震荷載對建筑結(jié)構(gòu)的影響，防止其受震發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞。隔震法需要在上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)之間設(shè)置隔震層。當(dāng)發(fā)生震動時，地面震動無法通過隔振層對上部建筑結(jié)構(gòu)造成影響。從而達(dá)到結(jié)構(gòu)加固的效果。例如，隔振層可以使上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)之間產(chǎn)生微量滑移，當(dāng)震動發(fā)生時，通過建筑結(jié)構(gòu)的滑移動作來減少震動對上部的干擾，達(dá)到間接加固的效果，這種加固方法相較于傳統(tǒng)加固技術(shù)而言，施工難度更大，但是效果更好，能夠整體提高建筑的抗震性能[5]。

3 綠色節(jié)能加固方法應(yīng)用要點

3.1 施工技術(shù)要點

在綠色節(jié)能加固方法應(yīng)用中，重點需要做好結(jié)構(gòu)加固技術(shù)的管理。根據(jù)選擇的結(jié)構(gòu)加固方法差異，需要在施工前對其技術(shù)應(yīng)用要點、操作方法進(jìn)行分析，做好技術(shù)交底工作，避免技術(shù)掌握不充分導(dǎo)致結(jié)構(gòu)加固質(zhì)量達(dá)不到預(yù)期效果。不僅如此，結(jié)構(gòu)加固技術(shù)應(yīng)用還需要綜合考慮加固后建筑的綜合性能，這就需要結(jié)構(gòu)加固技術(shù)應(yīng)用前對建筑進(jìn)行力學(xué)分析，然后對加固技術(shù)的選擇進(jìn)行評估，對于復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)加固，可以采用多種加固技術(shù)進(jìn)行，使建筑不同結(jié)構(gòu)部位加固均能夠達(dá)到效益最大化。

3.2 施工管理要點

在建筑結(jié)構(gòu)加固施工中，必須嚴(yán)格做好過程管理工作，通過管理保障建筑結(jié)構(gòu)加固按照計劃進(jìn)行，實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的補強和修復(fù)。由于結(jié)構(gòu)加固技術(shù)是在既有建筑中完成，如果施工管理不善，不僅無法達(dá)到預(yù)期的加固效果，還可能威脅建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，對其結(jié)構(gòu)造成破壞[6]。為此，施工管理的內(nèi)容主要以過程管理為主，針對加固技術(shù)應(yīng)用的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行全面管控，嚴(yán)格按照加固方案開展作業(yè)，并且對已完成加固項目進(jìn)行質(zhì)量檢驗，杜絕質(zhì)量隱患。

4 綠色節(jié)能加固方法案例分析

4.1 工程概況

本工程為某鋼筋混凝土框架―剪力墻結(jié)構(gòu)，其樓板厚度為120mm，由于建筑使用功能變更，其二樓將作為海洋館，需要安裝大型魚缸設(shè)備，單個設(shè)備重達(dá)5t，原本的建筑結(jié)構(gòu)無法保障其使用功能，因此需要對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固。通過受力分析，在魚缸的作用下，建筑樓板在剪力墻部位負(fù)彎矩會增加，跨中部位的正彎矩會增加。樓板受到魚缸重力荷載的作用，抗彎能力如果不能抵抗荷載，將會導(dǎo)致板體受損[7]?？傮w來看，樓板的抗彎能力不足，需要通過結(jié)構(gòu)加固技術(shù)進(jìn)行處理。但是，該建筑作為商業(yè)用途，如果采用增大截面積或者其他傳統(tǒng)加固方法，將會對建筑內(nèi)部空間造成影響，不利于建筑使用功能的實現(xiàn)。因此，擬采用碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)。

4.2 加固方案

本工程采用粘貼碳纖維布的方法加固。研究表明，一方面，當(dāng)加固碳纖維布用量較大時，在樓板承載力極限狀態(tài)所能達(dá)到的強度較低，無法充分發(fā)揮其強度；另一方面，若減少碳纖維材料用量，其在承載力極限狀態(tài)可達(dá)到較高的應(yīng)力，但由于碳纖維彈性模量與鋼材接近，在正常使用極限狀態(tài)下樓板就可能由于撓度過大而破壞[8]。所以，擬沿短跨方向進(jìn)行碳纖維布粘貼施工，采用200mm碳纖維布雙層施工，纖維布間距控制在200mm，達(dá)到加固效果[9]。

4.3 加固施工

首先，需要對碳纖維粘貼部位的混凝土結(jié)構(gòu)表層含水率進(jìn)行檢測，含水率大于4%，環(huán)境溫度小于5攝氏度情況下，需要提前對施工基層進(jìn)行處理，并且做好保溫措施。在施工條件具備的情況下，進(jìn)行基層處理?；炷帘砻娉霈F(xiàn)剝落、空鼓、腐蝕等現(xiàn)象的部位應(yīng)鑿除裂縫部位，先進(jìn)行封閉處理，用混凝土角磨機、砂紙等機具除去混凝土表面的浮漿、油污等雜質(zhì)，構(gòu)件表面打磨平整，凸起部位要磨平，轉(zhuǎn)角處要打磨成圓弧狀，圓弧R≥10mm[10]。最后用吹風(fēng)機將混凝土表面清理干凈，并保持干燥。按照定位放線標(biāo)記開展碳纖維粘貼作業(yè)。

5 結(jié)語

綜上所述，隨著加固技術(shù)的進(jìn)步，既有建筑結(jié)構(gòu)加固方法更為環(huán)保節(jié)能，加固性能相對于傳統(tǒng)加固技術(shù)也有所提升。通過對綠色節(jié)能加固方法的研究，對于結(jié)構(gòu)加固有了更為全面的認(rèn)識，能夠根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的特點、施工功能的差異合理選擇最佳加固技術(shù)，全面提高建筑結(jié)構(gòu)的性能，為城市建設(shè)發(fā)展提供技術(shù)支持。

參考文獻(xiàn)

[1] 周彬.上海地區(qū)采用后加混凝土構(gòu)件加固法進(jìn)行既有砌

體結(jié)構(gòu)改造的適用性分析[J].建筑技術(shù)，2023，54（7） ：

820-822.

[2] 張國龍，許聰，崔盛，等.既有混凝土框架結(jié)構(gòu)加固方案

的對比分析[J].建筑結(jié)構(gòu)，2021，51（S01）：5.

[3] 竇圍圍.淺析房屋火災(zāi)后加固方法應(yīng)用[J].工程建設(shè)

（2630-5283），2022（3）：5.

[4] 翟帥虎，劉航，班力壬，等.既有框架結(jié)構(gòu)外附斜拉子結(jié)

構(gòu)抗震加固技術(shù)研究[J].建筑結(jié)構(gòu)，2021，51（S01）：

1643-1647.

[5] 李丹，魯亞，張學(xué)森，等.采用超高性能混凝土加固后的

既有砌體結(jié)構(gòu)抗震性能分析[J].建筑結(jié)構(gòu)，2022，52

（24）：77-81.

[6] 劉力平，張耀，李偉朋，等.高層剪力墻結(jié)構(gòu)內(nèi)置型鋼加

固方法研究及有限元分析[J].建筑結(jié)構(gòu)，2021（S02）：

51.

[7] 劉樂.探析建筑結(jié)構(gòu)工程鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計常用

方法[J].中文科技期刊數(shù)據(jù)庫（全文版） 工程技術(shù)，

2022（2）：4.

[8] 張福昌，徐文杰，謝新明，等.某超高層中外包混凝土的

鋼管混凝土組合柱加固案例分析[J].工程抗震與加固改

造，2021（6）：43.

[9] 李佳，霍光.預(yù)制鋼筋混凝土墻板加固砌體結(jié)構(gòu)抗震性能

研究[J].建材世界，2022，43（1）：62-65.

[10] 胡勇，王觀次，李新宇，等.地質(zhì)聚合物修復(fù)加固既有混

凝土結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].市政技術(shù)，2022，

40（7）：7.

[作者簡介]李偉斌（1996 —），男，河北曲周縣人，大專，助理工程師，研究方向：建筑施工。