既有結(jié)構(gòu)加固技術(shù)分析

1、<p>　　既有結(jié)構(gòu)加固技術(shù)分析</p><p>　　摘要：改造工程具有節(jié)約投資,短期收效的優(yōu)點(diǎn)，已發(fā)展成了一項新興產(chǎn)業(yè)。本文從混凝土結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)的加固原因、加固設(shè)計原則等方面分析了加固設(shè)計應(yīng)注意的問題，同時針對不同的改造目的、受力體系、結(jié)構(gòu)自身的損傷及缺陷情況提出了混凝土結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)的不同加固方法和使用范圍，分析了每種加固方法需要注意的事項及相應(yīng)特點(diǎn)。 </p><p>　

2、　關(guān)鍵詞：優(yōu)化設(shè)計；加固；混凝土結(jié)構(gòu)；砌體結(jié)構(gòu) </p><p>　　Abstract: The reconstruction project has the advantages of saving investment, short-term results, has developed into a new industry. This article from the concrete structure

3、 and masonry structure reinforcement causes, principles of strengthening design are analyzed from the aspects of design problems should be paid attention to strengthening, at the same time for the damages and defects of

4、different transformation goal, stress system, the structure of the concrete structure and masonry structure</p><p>　　Key words: optimization design; reinforcement; concrete structure; masonry structure </

5、p><p>　　中圖分類號：TU74 </p><p><b>　　0 概述 </b></p><p>　　隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，許多原有建筑已不能滿足現(xiàn)在的使用功能要求，于是舊房改造工程愈來愈多，已發(fā)展成了一項新興產(chǎn)業(yè)。已建鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)由于種種原因需要加固，以保證其使用安全，延長使用年限或者改變使用用途。合理選擇加固方案是關(guān)鍵，加固

6、方案的優(yōu)劣，不僅影響資金的投入，更重要的是影響加固工程的質(zhì)量。對于需要加固的結(jié)構(gòu)，由于結(jié)構(gòu)的構(gòu)成(包括結(jié)構(gòu)型式、結(jié)構(gòu)布置、構(gòu)件的尺寸及連接構(gòu)造等)、材料(包括材料組成、力學(xué)性能等)、結(jié)構(gòu)的損傷及缺陷(、包括程度、原因和范圍等)和作用歷史情況及結(jié)構(gòu)上的作用等因素的影響，所用的加固方案就不能一概而論，所以針對不同的工程采用較合理的加固方案一直是工程人員所努力的。因而對加固方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計就顯得尤為重要。 </p><p&

7、gt;<b>　　1．加固原因 </b></p><p>　　已建成的房屋結(jié)構(gòu)常由于下述原因出現(xiàn)損傷、缺陷或隱含不安全因素，往往不能滿足結(jié)構(gòu)安全性，適用性、耐久性的要求，需要進(jìn)行鑒定和加固：①結(jié)構(gòu)設(shè)計有人為錯誤或材料選擇不當(dāng)，使結(jié)構(gòu)建成后，發(fā)現(xiàn)有不安全隱患；②未嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，出現(xiàn)裂縫等損傷、缺陷；③結(jié)構(gòu)長期受環(huán)境作用，使用、維護(hù)不當(dāng)，結(jié)構(gòu)性能老化或出現(xiàn)損傷；④結(jié)構(gòu)變更使用性能，如加層、使

8、用荷載發(fā)生改變等；⑤重要結(jié)構(gòu)的超期服役。對于具有文物價值的工程需要通過加固盡可年能延長其壽命。⑥結(jié)構(gòu)遭受突然災(zāi)害，如火災(zāi)、風(fēng)災(zāi)、震災(zāi)、爆炸等。只有確定結(jié)構(gòu)加固的原因，才能對癥下藥進(jìn)行相應(yīng)的加固設(shè)計。 </p><p><b>　　2．加固設(shè)計原則 </b></p><p>　　在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的維修、加固設(shè)計中，首先應(yīng)保證原有結(jié)構(gòu)的性能得到有效的改善和提高，滿足可靠度要求，

9、同時還應(yīng)考慮施工條件、施工工期、使用要求、加固成本等因素，設(shè)計步驟一般包括問題分析、方案擬定、可行性論證、加固后的力學(xué)分析和校核、詳細(xì)設(shè)計等。為了使結(jié)構(gòu)的維修加固最終取得良好的綜合效益，設(shè)計中應(yīng)遵守以下原則： </p><p>　　2.1加固方案制定的總體效應(yīng)原則 </p><p>　　在制定建筑物的加固方案時，除考慮可靠性鑒定結(jié)論和委托方提出的加固內(nèi)容及項目外，還應(yīng)考慮加固后建筑物的總體

10、效應(yīng)，盡可能使加固措施發(fā)揮綜合效應(yīng)，同時還應(yīng)注意盡可能減小設(shè)計方案的負(fù)面效應(yīng)，充分考慮加固措施對結(jié)構(gòu)體系、未加固構(gòu)件、地基等可能造成的不利影響。 </p><p>　　2.2 荷載設(shè)計原則 </p><p>　　對加固結(jié)構(gòu)承受的荷載，應(yīng)作實(shí)地調(diào)查和取值。一般情況下，建筑物一經(jīng)鑒定確定需要加固，則加固驗算應(yīng)按現(xiàn)行的《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009—2012)規(guī)定取值。對于現(xiàn)行的《建筑結(jié)構(gòu)

11、荷荷載規(guī)范》(GB50009—2012)中規(guī)定的永久荷載，可根據(jù)情況進(jìn)行抽樣實(shí)測確定。對于工藝荷載和吊車荷載等，應(yīng)根據(jù)使用單位提供的數(shù)據(jù)取值。 </p><p>　　2.3承載力驗算原則 </p><p>　　在承載力驗算時，結(jié)構(gòu)的計算簡圖應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)際受力狀況和結(jié)構(gòu)的實(shí)際尺寸確定。構(gòu)件的截面面積應(yīng)采用實(shí)際有效截面面積，即應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)的損傷、缺陷、銹蝕等不利影響。驗算時，應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)在加固時的

12、實(shí)際受力程度及加固部分的應(yīng)力滯后特點(diǎn)，以及加固部分與原結(jié)構(gòu)協(xié)同工作的程度，并對加固部分的材料強(qiáng)度設(shè)計值進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼蹨p；還應(yīng)考慮實(shí)際荷載偏心、結(jié)構(gòu)變形、局部損傷、溫度作用等造成的附加內(nèi)力。當(dāng)折減后使結(jié)構(gòu)的重量增大時，尚應(yīng)對相關(guān)結(jié)構(gòu)及建筑物的基礎(chǔ)進(jìn)行驗算。 </p><p>　　2.4 與抗震設(shè)防結(jié)合的原則 </p><p>　　我國是一個多地震的國家，為了使建筑物遇地震時具有相應(yīng)的安全儲備，

13、制定承載能力和耐久性加固、處理方案時，應(yīng)與抗震加固方案結(jié)合提出。 </p><p><b>　　2.5 其他原則 </b></p><p>　　結(jié)構(gòu)的加固應(yīng)綜合考慮其經(jīng)濟(jì)性，盡量不損傷原結(jié)構(gòu)，并保留其有利用價值的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，發(fā)揮原結(jié)構(gòu)的潛力，避免不必要的構(gòu)件拆除或更換；盡可能減小對建筑物使用功能的影響。對于民用建筑，應(yīng)盡可能避免降低房屋的凈高，縮小使用空間，影響房屋的采

14、光、通風(fēng)、保溫隔熱等性能；對于工業(yè)建筑，盡可能避免對生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)流程、物料運(yùn)輸?shù)仍斐傻牟焕绊憽?</p><p>　　3現(xiàn)有常用加固方法的適用范圍和特點(diǎn) </p><p>　　房屋結(jié)構(gòu)加固方法多種多樣，既有使用已久的傳統(tǒng)方法，也有才開發(fā)出來的新型加固技術(shù)。這里總結(jié)分析了在當(dāng)前加固實(shí)踐中應(yīng)用最為廣泛、最為成熟的一些加固方法。 </p><p>　　3.1 混凝土結(jié)

15、構(gòu)改造加固方法 </p><p>　　3.1.1加大截面加固法 </p><p>　　加大截面法，也稱為外包混凝土加固法，是用增大混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)筑物的截面面積和配筋進(jìn)行加固的一種方法。它可以提高被加固構(gòu)件的承載能力，還可加大其截面剛度、穩(wěn)定性和抗裂性，使正常使用階段的性能在某種程度上得到改善。這種加固方法廣泛用于加固混凝土結(jié)構(gòu)中的梁、板、柱、屋架等。該方法的優(yōu)點(diǎn)是工藝簡單，技術(shù)要求不高，適

16、用面廣。 </p><p>　　3.1.2外包鋼加固法 </p><p>　　外包鋼加固法是一種在混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件四周包以型鋼進(jìn)行加固的方法，分干式外包鋼和濕式外包鋼兩種形式。這種方法適用于使用上不允許過大地增大構(gòu)件截面尺寸，而又需要大幅度提高承載力、增大延性和剛度的混凝土結(jié)構(gòu)的加固。一般用于混凝土柱、梁、屋架，特別是大型結(jié)構(gòu)和大跨度結(jié)構(gòu)的加固。該方法的優(yōu)點(diǎn)是施工方便，現(xiàn)場工作量少，工期短，

17、受力可靠，對房屋外觀和凈空影響小。 </p><p>　　3.1.3預(yù)應(yīng)力加固法 </p><p>　　預(yù)應(yīng)力加固法是采用外加預(yù)應(yīng)力的鋼拉桿(分水平拉桿、下?lián)问嚼瓧U和組合式拉桿)或型鋼撐桿，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固的方法，適用于要求提高承載力、剛度和抗裂性及加固后所占用空間小的混凝土承重結(jié)構(gòu)。該法特別適用于高應(yīng)力狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)，尤其是大型結(jié)構(gòu)的加固。預(yù)應(yīng)力加固法幾乎可不縮小使用空間，不僅可提高構(gòu)件的承

18、載力，而且可減小原構(gòu)件的撓度，縮小原構(gòu)件的裂縫寬度甚至可使裂縫完全閉合。所施加的孔、應(yīng)力能消除或減緩后加桿件的應(yīng)力滯后現(xiàn)象，使后加桿件的材料強(qiáng)度得到充分利用。預(yù)應(yīng)力加固法是一種加固效果好而經(jīng)濟(jì)的加固方法，并且可以基本不影響正常的生產(chǎn)生活。 </p><p>　　3.1.4改變結(jié)構(gòu)傳力途徑加固法 </p><p>　　改變結(jié)構(gòu)傳力途徑加固法是通過增設(shè)支點(diǎn)(柱或托架)或采用托梁拔柱的辦法去改變

19、結(jié)構(gòu)的受力體系(即計算簡圖)的加固方法。增設(shè)支點(diǎn)可以減少結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計算跨度，降低計算彎矩，大幅度提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力，減小撓度，縮小裂縫寬度。該法適用于梁、板、析架等水平構(gòu)件的加固，其施工簡單、受力可靠，但較多地影響了使用空間。 </p><p>　　3.1.5外部粘鋼加固法 </p><p>　　外部粘鋼加固法是一種用膠粘劑把鋼板粘貼在構(gòu)件外部，以提高承載力的加固方法。該方法的優(yōu)點(diǎn)是被加

20、固構(gòu)件基本不受損傷，可以充分發(fā)揮原構(gòu)件的作用；加固后幾乎不改變構(gòu)件的外形且不影響建筑功能；施工關(guān)鍵工序較多，施工工期短。 </p><p>　　3.1.6外部粘碳纖維布加固法 </p><p>　　外部粘碳纖維布加固法一種用膠粘劑把碳纖維布粘貼在構(gòu)件外部，以提高承載力加固方法，適用于各種受力性質(zhì)的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件和一般構(gòu)筑物。該方法具有粘貼鋼板相似的優(yōu)點(diǎn)外，還具有耐化學(xué)腐蝕、耐久性好、維護(hù)費(fèi)

21、用較低等優(yōu)點(diǎn)，施工質(zhì)量易保證，即使被加固的結(jié)構(gòu)表面不是非常平整也基本可以達(dá)到很高的有效粘貼率。 </p><p>　　以上各加固方法各有其優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍，不能簡單地評定其優(yōu)劣，應(yīng)根據(jù)具體情況予以靈活的應(yīng)用。 </p><p>　　3.2砌體結(jié)構(gòu)改造加固方法 </p><p>　　3.2.1墻體承載力不足時的加固方法 </p><p>　　3

22、.2.1.1墻體置換法 </p><p>　　對強(qiáng)度過低的原墻體可拆除重砌；重砌的材料可采用磚或砌塊，也可采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土。墻體拆除要制定墻體拆除方案，應(yīng)對原構(gòu)件加以有效的支頂，拆除時保證保留的墻端為馬牙槎形，新砌的墻與原墻馬牙槎砌成一個整體。 </p><p>　　3.2.1.2砌體裂縫修補(bǔ)和灌漿法 </p><p>　　在進(jìn)行裂縫修補(bǔ)前，應(yīng)根據(jù)砌體構(gòu)件的受力狀

23、態(tài)和裂縫的特征等因素，確定造成砌體裂縫的原因，以便有針對性地進(jìn)行裂縫修補(bǔ)或采用相應(yīng)的加固措施。 </p><p>　　3.2.1.3面層和板墻加固法 </p><p>　　面層和板墻加固是指在墻體的一側(cè)或兩側(cè)采用水泥砂漿面層、鋼筋網(wǎng)砂漿面層或現(xiàn)澆鋼筋混凝土板墻加固。這種方法不僅可用于加固抗壓承載力不足的砌體，還可以用于加固抗震能力不足的砌體。 </p><p>　　

24、3.2.2.結(jié)構(gòu)整體性和抗震性不能滿足要求時的加固方法 </p><p>　　3.2.2.1外加柱加固法 </p><p>　　改造工程中橫墻的抗震能力不足時，采用外加鋼筋混凝土柱是個較好的加固方法。外加柱一般布置在內(nèi)外橫墻交接處、房屋四角、樓梯間和不規(guī)則平面的轉(zhuǎn)角處；外加柱應(yīng)由底層設(shè)起，并應(yīng)沿房屋高度貫通，不得錯位。 </p><p>　　3.2.2.2增設(shè)砌體抗

25、震墻加固法 </p><p>　　當(dāng)增設(shè)砌體抗震墻加固房屋時，抗震墻的材料和構(gòu)造應(yīng)符合下列要求：砌筑砂漿的強(qiáng)度等級應(yīng)比原墻體的砂漿強(qiáng)度等級高一級，且不應(yīng)低于M2.5；墻厚不應(yīng)小于190mm；墻體中沿墻體高度每隔0.7~1.0m可設(shè)置與墻等寬的細(xì)石混凝土現(xiàn)澆帶，其縱向鋼筋可采用3φ6，橫向系筋可采用φ6，其間距宜為200mm；當(dāng)墻厚為240mm或370mm時，可沿墻體高度每隔300~700mm設(shè)置一層焊接鋼筋網(wǎng)片，

26、鋼筋網(wǎng)片的縱向鋼筋可采用3φ4，橫向系筋可采用φ4，其間距宜為150mm；墻頂應(yīng)設(shè)置與墻等寬的現(xiàn)澆鋼筋混凝土壓頂梁，并與樓、屋蓋的梁（板）可靠連接，可每隔500~700mm設(shè)置12的錨筋或M12的脹管螺栓連接；壓頂梁高不應(yīng)小于120mm，縱筋可采用4φ12，箍筋可采用φ6，其間距宜為150mm；抗震墻應(yīng)與原有墻體可靠連接，可沿墻體高度每隔500~600mm設(shè)置2根直徑為6mm且長度不小于1m的鋼筋與原有墻體用螺栓或錨筋連接；當(dāng)墻體內(nèi)有混

27、凝土帶或鋼筋網(wǎng)片時，可在相應(yīng)位置處加2根直徑12mm拉筋，錨入混凝土帶內(nèi)長度不宜小于500mm，另一端錨在原墻體或外加柱內(nèi)，亦可在新砌墻與原墻間加現(xiàn)澆鋼筋混凝土內(nèi)柱，柱頂與壓頂梁</p><p>　　3.2.2.3增設(shè)圈梁、鋼拉桿加固法 </p><p>　　當(dāng)圈梁設(shè)置不符合鑒定要求時，應(yīng)增設(shè)圈梁；外墻圈梁宜采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土，內(nèi)墻圈梁可用鋼拉桿或在進(jìn)深梁端加錨桿代替。 </p>

28、;<p>　　4結(jié)構(gòu)加固方案的優(yōu)選 </p><p>　　結(jié)構(gòu)加固方案優(yōu)選的目的在于從眾多初步可行方案中選擇出一個最佳加固方案。為達(dá)到這一目的，應(yīng)該實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)加固所要求的一系列目標(biāo)，這些基本目標(biāo)可概括為：技術(shù)可行、效果可靠、經(jīng)濟(jì)合理、施工簡便和確保質(zhì)量的要求。為實(shí)現(xiàn)這些基本目標(biāo)，應(yīng)分析與之相關(guān)的基本要素，把基本目標(biāo)分解為一些具體的期待達(dá)到的結(jié)果。結(jié)合結(jié)構(gòu)加固的特點(diǎn)和技術(shù)要求，具體分析基本目標(biāo)的影響因素

29、，可概括出影響結(jié)構(gòu)加固方案選擇的影響因素如下所示。 </p><p>　　4.1結(jié)構(gòu)加固方案的效果可靠性主要是分析加固方案所達(dá)到的加固效果是否能滿足要求。每一種加固方案都有其一定的適用范圍，以滿足某種加固需要，其適用范圍主要是由可靠性鑒定結(jié)果、結(jié)構(gòu)功能降低情況及其它加固原因，結(jié)合結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、當(dāng)?shù)鼐唧w條件，尤其是對加固后結(jié)構(gòu)的功能要求來決定的。所以，為保證加固方案效果可靠，就必須要求加固方案達(dá)到如下目標(biāo)：采用該加固方

30、案滿足加固后結(jié)構(gòu)的功能要求，包括強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性等:該加固方案能否適應(yīng)新、舊結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)工作要求:該方案能否盡量少地對原構(gòu)件產(chǎn)生不利影響。 </p><p>　　4.2結(jié)構(gòu)加固方案的經(jīng)濟(jì)合理性主要是指所采用的結(jié)構(gòu)加固方案的造價和工期應(yīng)該在滿足加固效果可靠的前提下，能夠做到造價低、工期合適。同時，加固設(shè)計應(yīng)盡量保留和利用有價值的原結(jié)構(gòu)，避免不必要的拆除。因此，其子目標(biāo)為造價低、工期合理，對原結(jié)構(gòu)的利用程度好和加固后

31、可能花費(fèi)的維修費(fèi)用少。 </p><p>　　4.3結(jié)構(gòu)加固方案的技術(shù)可行性指以下幾個方面：所采用的加固方案是否技術(shù)先進(jìn)；所選方案經(jīng)過了豐富的工程實(shí)踐檢驗，證明其技術(shù)是成熟的；所選加固方案與被加固結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的特點(diǎn)相適應(yīng)；所選加固方案與導(dǎo)致結(jié)構(gòu)加固的原因相適應(yīng)；所選結(jié)構(gòu)加固方案應(yīng)與結(jié)構(gòu)所在地的具體條件相適應(yīng)。 </p><p>　　4.4結(jié)構(gòu)加固方案的施工是否簡單方便取決于三方面的制約因素：

32、結(jié)構(gòu)加固方案本身的技術(shù)復(fù)雜程度；客觀條件的制約；施工單位水平的高低。眾所周知，由于不同加固方案所采用的施工方法、施工程序、施工設(shè)備等不一樣，其施工的難易程度顯然不同。而結(jié)構(gòu)加固施工場地條件的區(qū)別、結(jié)構(gòu)類型的不同對施工的進(jìn)展也有明顯的影響。 </p><p>　　4.5所采用的結(jié)構(gòu)加固方案應(yīng)能避免或盡量少地對周圍結(jié)構(gòu)、構(gòu)件產(chǎn)生不利影響，包括引起其內(nèi)力、剛度的不利變化，可把之視為不產(chǎn)生不利的整體效應(yīng)(把相鄰的結(jié)構(gòu)、構(gòu)

33、件看作一種環(huán)境)。 </p><p>　　按照以上的討論，本文明確了結(jié)構(gòu)加固方案優(yōu)選的總目標(biāo)、分目標(biāo)和子目標(biāo)，它們構(gòu)成了層次分明、次序明確的目標(biāo)樹。 </p><p><b>　　5小結(jié) </b></p><p>　　目前，在房屋結(jié)構(gòu)加固設(shè)計中，對于加固方案的選擇，主要是依靠專業(yè)人員的經(jīng)驗進(jìn)行決策，因而不免帶有一定的主觀性，而且由于加固設(shè)計涉及

34、到新、舊兩類材料，受到多種因素、條件的影響，要使加固后結(jié)構(gòu)的綜合效應(yīng)最佳是非常困難的。目前對于建筑物加固方案優(yōu)化問題，沒有完整的理論著述。還需要從理論上進(jìn)行針對性的系統(tǒng)研究，從工程上進(jìn)行大量的實(shí)踐，建立更加完善的優(yōu)化模型，結(jié)合計算智能技術(shù)，使建筑物加固方案優(yōu)化走上智能化的道路。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1] 中國建筑科學(xué)