谈建筑改造工程混凝土结构加固技术应用

　　【摘要】由于使用功能的改变需要进行结构改造的工程实例越来越多。当改造后的结构构件承载力不足时,要根据实际情况采取不同的加固方法，结合工程实例论述了增大截面加固梁柱，同时阐述了露面、墙体和基础加工的技术应用。
　　关键词：混凝土结构;加固技术;增大截面法
　　
　　1引言
　　当工程结构遭受地震破坏,或由于结构设计与施工失误、建筑物使用功能变更与增层、设计规范条款变动等因素,并未完全失效或倒塌，经过一定处理后仍能继续使用。但是，对损伤结构进行评估、是否要加固、如何加固以及采用什么方法加固都是急待解决的实际问题。已有建筑物的鉴定、改造加固已经成为经济发达国家的建设重点之一,由此也产生并推动了加固技术的不断发展。我国在经过几十年大规模的基本建设后,已有建筑物的维修、改造和加固必将占据其应有的重要地位。按照混凝土结构老化的规律,我国需要加固的结构逐年增多,在今后的若干年,国家用于旧建筑物维修、改造和加固的费用将逐步增加。特别是地震后,数百万间遭受地震损害的房屋亟待加固,建筑结构的维修加固日益受到广泛关注。
　　2建筑改造工程加固的原则
　　结构加固是通过一些有效的措施,使受损结构构件恢复原有的结构功能,或者在原有结构的基础上,提高其结构功能,以满足新的使用条件下结构功能的要求。建筑物维修加固的主要目的是:提高结构、构件的强度、刚度、稳定性和耐久性,恢复结构的使用功能和安全性,减少事故隐患,延长结构使用寿命。
　　建筑结构的加固与改造应遵循先鉴定后加固的原则,加固方案应合理可靠、经济适用、方便施工,尽量减少对原有建筑的损坏。
　　3钢筋混凝土结构加固修复方法
　　3-1加固修复总体设计
　　考虑到拆除托换技术难度相对较大，特别是框架梁柱，在拆除的过程中结构局部变形呈增大趋势，使内力重分布更加复杂；而增设支点法不利于保证结构传力路线明确与合理，且不符合商场大空间的使用要求。因此，除预应力空心板外，其他结构构件加固修复只考虑对原构件直接加固。加固设计时应本着经济适用原则，同时考虑到施工可行性，采用成熟、可靠的加固方案，加固后的结构应能满足相关设计规范要求。
　　3-2梁柱加固方案
　　主要考虑采用以下方案：（1）梁加固采用粘钢法，柱加固采用外包钢法；（2）粘碳纤维法；（3）增大截面法。前两种方法特点是施工快速便捷，现场作业量小，占用使用空间小，但加固费用较高，施工工艺要求也较高，对节点处理困难。粘结剂对前两种方案的加固效果起着关键性作用，而粘结剂目前存在长期持荷强度较低、耐老化性能差、弹性模量低（与混凝土相比）及不耐火等缺点。此外，加固后均还需额外增加防火和耐久性能措施，后期维护费用也相对较大。
　　方案3有下述优点：技术成熟，加固效果明显，造价较低，无需再做耐火和耐久措施，缺点是现场湿作业量大，减小建筑物使用空间，增加结构自重。考虑到该房屋受火面积大，受损程度深，需全面加固的梁柱构件多，其加固规模使以上方案的可比性更为突出，同时由结构跨度和层高可知加固截面基本不影响空间使用要求，经比选决定采用增大截面法加固受损框架梁柱构件。
　　由于加固钢筋较密，增大截面法施工振捣密实成为难题，根据以往经验采用普通混凝土浇灌振捣效果不好，结合构件损伤的程度，对于Ⅲ、Ⅳ级损伤梁柱构件采用掺自流密实微膨胀外加剂的改性混凝土加大截面法；而Ⅱ级损伤梁柱构件则采用湖南大学土木工程学院主持研究的钢筋网复合砂浆加固法进行加固修复，加固过程无需支模和浇筑混凝土，施工便捷缩短了工期。加固详图见图1所示。           
　　                   
　　　　
　　                   （c）外包改性混凝土加固梁                                                                （c）钢筋网复合砂浆加固梁
　　图1梁柱加固方案
　　加固时柱从底层开始从下至上全高加固，主筋下部植入基础承台内，保证新增竖向结构承受的竖向荷载能够顺利传给基础，并保证刚度的连续性，柱子纵筋采用焊接。梁柱节点处，柱加固纵向钢筋应贯穿楼板不截断，如有梁阻隔时可从框架梁两侧绕过，然后采用一定的坡度收至设计位置，在框架梁上下各增加附加钢筋满足竖向钢筋间距要求；不被原柱阻碍的梁加固纵筋采用通长筋，有柱阻碍则采用植筋技术植入到原柱混凝土中。
　　增大截面法加固后结构新、旧两部分整体工作的关键，主要在于界面能否有效的传递和承担界面的应力（主要是剪力和拉力）。而界面粘结强度低、离散性大，界面所具有的粘结抗剪和抗拉力有时远不能满足受剪和受拉承载力的要求，因此需在梁柱表面设置一定数量的销钉，保证界面粘结效果。
　　3-3楼面板加固设计
　　通常需要改造加固的工程，预应力空心板的混凝土强度降低，预应力筋松弛，挠度变形较大。对于Ⅲ、Ⅳ级损伤的预应力空心板，不宜作加固后继续承载，故采用自密实混凝土楼板置换处理；对于Ⅱ级损伤空心板，主要考虑底部做叠合板处理和置换两种方案，由于底部叠合板的扎筋支模难度大，且浇注的时候需在空心板上钻浇筑孔，对原板造成二次损伤，加固质量也较难保证，因此决定也采用置换处理。采用软件进行计算分析和设计，加固详图见图2。
　　        
　            　（a）改性混凝土现浇单向板处理                                                           （b）改性混凝土现浇双向板处理
　　图2楼面板处理方案
　　楼面板处理时新增钢筋不能与相邻楼板钢筋形成通长筋的，其端部必须按规范要求植入四周原梁混凝土中，负弯筋端部也需植入原梁中。在以上加固中，Ⅰ级损伤的梁、板、柱构件均不做结构处理。
　　3-4墙体加固设计
　　在加固砌体结构中，钢筋网水泥砂浆法具有较突出的优势，同时结合钢筋网复合砂浆课题研究成果，用抗裂复合砂浆替代水泥砂浆。由于复合砂浆拥有较高的拉强重量比和较高的韧性、延展性及耐久性，比普通水泥砂浆有较大的抗裂能力，因此可以减小涂抹厚度和对加固钢筋的更好保护。在本工程中，对内墙和外墙内侧分别采用双面和单面钢筋网抗裂复合砂浆加固，加固详图见图3。
　　         
　　                                                　　图3钢筋网复合砂浆加固受损墙体
　　3-5基础加固的考虑
　　由于对上部结构采用增大截面法等加固，结构自重比原来有所增加，因而需考虑是否加固基础。加固基础不仅增加造价，也增加设计和施工的工作量，为此，考虑到该结构使用达年，原基础底部土层在长期荷载作用下，经压实后承载力有所提高，再考虑到该结构受损前受力性能良好，且经长期使用后地基基础无明显不均匀沉降，确定对地基和原有基础不进行加固，但为保证安全，施工过程中应设置沉降观测，以便出现问题及时采取补救措施。
　　4结论
　　建筑改造工程加固设计时应对具体工程情况进行分析比较,选择合适的加固方法,同时还应考虑其是否具有良好的施工性、是否经济等方面。随着现代建筑科学技术的不断进步,新型建筑材料不断出现,混凝土结构加固技术会有更大发展,加固方案的选择范围也将具有更为广泛的空间。
　　参考文献
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　　[2]赵华玮.碳纤维布加固钢筋混凝土梁受力性能的试验研究[D].郑州:郑州大学,2005.
　　[3]赵华玮,刘立新.碳纤维布加固钢筋混凝土梁受弯性能试验研究[J].建筑结构学报,2006,27(2)：21~24