楊江龍 王珍槐 吳衍輝 耿攀煒

摘要：本文對建筑結(jié)構(gòu)加固改造技術(shù)重要性進(jìn)行了分析，并對國內(nèi)外建筑加固行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀做了綜合闡述，指出了我國工程建設(shè)中的現(xiàn)狀，存在的問題及面臨的挑戰(zhàn)。通過對需要加固建筑的原因進(jìn)行分析，找出從勘測及使用上各方面潛在的問題，并從根源上提了實際可行的建議，針對我國的具體國情合實際管理體系提出具體的改進(jìn)方案。同時文章對建筑結(jié)構(gòu)加固的基本方法做了系統(tǒng)的介紹，并分析了各種方法的適用范圍。對于建筑糾偏本文亦有一定篇幅的討論，最后對建筑結(jié)構(gòu)加固改造技術(shù)的發(fā)展趨勢做出展望。

關(guān)鍵詞：建筑檢測;建筑加固;結(jié)構(gòu)改造;加固應(yīng)用;糾偏

1.建筑結(jié)構(gòu)加固改造的意義

1.1建筑結(jié)構(gòu)加固改造的重要性

國內(nèi)外結(jié)構(gòu)工程的發(fā)展過程表明，當(dāng)工程建設(shè)進(jìn)行到一定階段后，工程結(jié)構(gòu)的維修改造將成為主要建設(shè)方式。我國的工程結(jié)構(gòu)，因為特殊的歷史和發(fā)展方式，在許多方面更需要對既有建筑物進(jìn)行加固與維修改造。建筑物加固與維修改造的前提是對其進(jìn)行鑒定。然后根據(jù)鑒定結(jié)果采用相應(yīng)的加固處理措施。由于城市化進(jìn)程加快，設(shè)計施工合管理使用存在先天不足，同時由于地震、火災(zāi)等災(zāi)害的影像，建筑結(jié)構(gòu)鑒定與加固改造已成為我國基本建設(shè)急需解決的重大問題、當(dāng)前國內(nèi)發(fā)展生產(chǎn)，提高生產(chǎn)力的重心，已從建筑工業(yè)企業(yè)轉(zhuǎn)移到對已有企業(yè)的技術(shù)改造，以取得更大的投資效益。同樣，對民用建筑進(jìn)行改造的要求，在我國也日益迫切。

1.2實際工程中建筑需要加固改造的原因

隨著經(jīng)濟(jì)、社會和科技的發(fā)展，越來越多的建筑物會出現(xiàn)變更用途，改變業(yè)主，工業(yè)建筑的更新改造等，還有如建筑的質(zhì)量問題或者使用環(huán)境惡化，接近或超過使用年限，這些都是建筑物需要進(jìn)行加固改造的原因

1.2.1建筑物接近或超出其設(shè)計年限

據(jù)1986年國家統(tǒng)計局和建設(shè)部的調(diào)查，我國城鎮(zhèn)民用建筑面積達(dá)到46.76億㎡，使用期限超過20年的約占64%，工業(yè)建筑13.5億㎡，使用期限超過30年的約占65%，越來越多的建筑物進(jìn)入老齡化。

1.2.2.2設(shè)計引起的缺陷

設(shè)計人員在設(shè)計建筑物時，雖然盡量考慮了影像建筑結(jié)構(gòu)安全和使用的各種各樣的因素，然而在建筑物竣工使用后，每個結(jié)構(gòu)實際上都有自己的特性，塔不可能完全被設(shè)計事采用數(shù)字模型所描述。原先的設(shè)計構(gòu)思總是與實際使用中發(fā)生的情況有一定距離。盡管建筑技術(shù)有了很大的進(jìn)步和發(fā)展，但結(jié)構(gòu)仍然有可能由于先天不足而出現(xiàn)各種缺陷。同時我國建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計冗余度較低，為其安全使用留下隱患。

1.2.2.3施工造成的缺陷

結(jié)構(gòu)的先天不足還來源于施工，造成這類隱患的原因雖然很多，但當(dāng)前最引人們關(guān)注的是低素質(zhì)隊伍施工所造成的建筑物低質(zhì)量現(xiàn)狀，眾所周知，隨著建筑隊伍的迅速發(fā)展，特別是建筑隊伍的迅猛擴(kuò)大，建筑隊伍的技術(shù)和管理素質(zhì)普遍下降，在管理方面也存在混亂和違紀(jì)問題，這些都給建筑物正常使用留下大量隱患。

1.2.2.4使用不當(dāng)及環(huán)境劣化

建筑物的缺陷還來自惡劣的使用環(huán)境：如高溫、重載、腐蝕、粉塵、疲勞、潮濕等，以及由于缺乏對建筑物正確的管理、檢查、維修、保護(hù)和加固的常識所造成的對建筑物管理和使用不當(dāng)，致使不少建筑物出現(xiàn)不應(yīng)有的早衰。如建筑物使用過程中，為經(jīng)鑒定而增加荷載，裝修時增加荷載，增設(shè)設(shè)備等，未經(jīng)相關(guān)單位鑒定或加固就拆除承重構(gòu)件，造成周圍或上不構(gòu)件承載力不足等。

1.2.3自然災(zāi)害

我國是一個自然災(zāi)害多發(fā)的國家，歷經(jīng)地震都在不同程度上對建筑物造成損壞，而且風(fēng)災(zāi)、水災(zāi)年年不斷，僅風(fēng)災(zāi)平均每年損壞房屋30萬間，經(jīng)濟(jì)損失十多億元，每年水災(zāi)損失更難以準(zhǔn)確統(tǒng)計，另外，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加速，人口和建筑群的進(jìn)一步密集，建筑物的火災(zāi)概率大大增加，這些以外的災(zāi)害，使不少建筑物受到嚴(yán)重?fù)p傷或者提前夭折。

綜上所述，不論是對建筑先天不足，還是后天管理不善，使用不當(dāng)，不論是為抗御災(zāi)害所需進(jìn)行的加固，還是為災(zāi)后所需進(jìn)行的修復(fù)，不論是為適應(yīng)新的使用要求，而對建筑物實施的改造，還是為建筑物進(jìn)入中老年期而進(jìn)行的正常診斷，處理，都需要對建筑物進(jìn)行檢查和鑒定，以對其可靠性做出科學(xué)的評估，都需要對建筑物實施正確的管理維護(hù)和改造加固，已延長其使用壽命，由此可見，建筑物鑒定與加固改造的任務(wù)，不僅量大而廣，而且任重道遠(yuǎn)，對國力薄弱的我國講有著極其重要的現(xiàn)實意義。

2.建筑結(jié)構(gòu)鑒定與加固改造技術(shù)在國內(nèi)外的發(fā)展

2.1建筑結(jié)構(gòu)加固改造技術(shù)在國內(nèi)的發(fā)展

在我國，由于戰(zhàn)爭和其他歷史原因，大規(guī)模的基建建設(shè)比世界晚了幾十年，建國年以來，我國經(jīng)歷了三個建設(shè)高潮期：一是解放初期的50年代;二是改革開放后的80年代、90年代;三是進(jìn)入新世紀(jì)以來，我國同樣也遵循了新建、新建與維修加固、改造并重的樣一個發(fā)展道路。

建筑結(jié)構(gòu)檢測鑒定行業(yè)從個別從業(yè)者率先進(jìn)行鑒定加固和改造工作，到隊伍越來越大，漸成規(guī)模;從無章可循，到各種標(biāo)準(zhǔn)對檢測、鑒定、加固各個階段越來越規(guī)范;從依賴專家經(jīng)驗的“傳統(tǒng)經(jīng)驗法”，到專家經(jīng)驗與現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)、復(fù)核鑒定相結(jié)合并原則性采用統(tǒng)計概率的“實用鑒定法”;從注重可靠性（安全性、正常使用性）鑒定，到可靠性、耐久性評價并重;加固技術(shù)從注重單個構(gòu)件的加固，到注重結(jié)構(gòu)整體加固效果，發(fā)展的過程同樣充滿曲折。

3.建筑結(jié)構(gòu)檢測方法及加固改造技術(shù)

對建筑結(jié)構(gòu)的調(diào)查和檢測時進(jìn)行加固改造的基礎(chǔ)，其目的在于了了解結(jié)構(gòu)的使用歷史、使用環(huán)境、對各類荷載分布、結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)和工作性能以及損傷、變形和裂縫所造成缺陷和損壞的原因，做出貼切的分析，并進(jìn)行加固計算，提出加固設(shè)計方案，進(jìn)行施工，最終達(dá)到使用要求

3.1檢測技術(shù)

建筑結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)主要可分為材料強(qiáng)度、缺陷、損傷和變形、鋼筋位置等檢測技術(shù)，對于不同的結(jié)構(gòu)材料及連接技術(shù)，可采用不同的強(qiáng)度檢測技術(shù)，對于不同的結(jié)構(gòu)材料，其缺陷和損傷檢測的項目有所不同，對于缺陷和損傷，應(yīng)確定其原因，檢測其損傷深度、面積等指標(biāo)，一般尚應(yīng)進(jìn)行變形（傾斜、饒度）、尺寸偏差、構(gòu)造等其他項目的檢測，對于混凝土結(jié)構(gòu)、應(yīng)檢測鋼筋位置（保護(hù)層）、銹蝕等項目的檢測;鋼筋位置可采用電磁法、混凝土雷達(dá)等進(jìn)行檢測;鋼筋銹蝕可采用電位差法進(jìn)行檢測

3.2加固技術(shù)

加固施工及加固方案的制定十分重要，應(yīng)根據(jù)構(gòu)筑物的不同情況制定不同的加固方案，方案的確定要遵循安全、經(jīng)濟(jì)、快速、施工方便的原則，以達(dá)到良好的設(shè)備效益和經(jīng)濟(jì)效益，對于建筑物維修和加固改造，有不同的改造思路和實施方案，在具體進(jìn)行維修加固時，應(yīng)結(jié)合建筑物結(jié)構(gòu)的特點、當(dāng)?shù)氐木唧w條件等因素綜合判斷。此外，現(xiàn)有加固應(yīng)與結(jié)構(gòu)和構(gòu)件性能要求相結(jié)合，不同結(jié)構(gòu)。構(gòu)件應(yīng)采用不同性能水平的加固方法和加固深度，應(yīng)在充分進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性，技術(shù)性和可靠性等多方面分析比較后，選擇出滿足多目標(biāo)（不同性能目標(biāo)）、多水準(zhǔn)（不同性能水平）要求的合理加固方法和加固程度。

3.2.1混凝土結(jié)構(gòu)加固

3.2.1.1增大截面積加固法

增大原構(gòu)件截面積或增配鋼筋，以提高其承載力和剛度3.2.1.2置換混凝土加固法

用高強(qiáng)度等級的混凝土置換原結(jié)構(gòu)中受壓區(qū)強(qiáng)度偏低或局部有嚴(yán)重缺陷的混凝土的一種加固方法

3.2.1.3外加預(yù)應(yīng)力加固法

通過施加體外預(yù)應(yīng)力、使原結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的受力得到改善或調(diào)整的一種間接加固法，原來主要采用普通鋼筋施加體外預(yù)應(yīng)力，近些年無粘鋼絞線在體外預(yù)應(yīng)力加固中得到了應(yīng)用。

3.2.1.4外粘型鋼加固法

對鋼筋混凝土梁、柱外包型鋼、扁鋼焊成構(gòu)架并灌注結(jié)構(gòu)膠粘劑，以達(dá)到整體受力、共同約束原構(gòu)件要求的加固方法。

3.2.1.5粘貼纖維復(fù)合材加固法

通過粘貼主要承擔(dān)拉應(yīng)力作用的纖維復(fù)合材料（如碳纖維、玻璃纖維等）對鋼筋混凝土受彎、受拉構(gòu)件、大偏心受壓構(gòu)件等的加固

3.2.1.6粘貼鋼板加固法

在鋼筋混凝土受彎、大偏心受壓和受拉構(gòu)件等的表面通過粘貼鋼板進(jìn)行加固的一種加固方法

綜上所述結(jié)合現(xiàn)場實際本論文主要闡述外粘型鋼加固方法

4.外粘型鋼施工流程及操作要點

4.1施工工藝流程

材料進(jìn)場檢驗→混凝土梁基面定位放線→混凝土梁卸荷→混凝土梁基層處理打磨→混凝土梁裂縫修補(bǔ)與封閉→鉆孔→清孔→丙酮擦拭粘結(jié)面待用。

材料進(jìn)場檢驗→鋼板、螺栓、鋼筋、U型箍的制作與裁剪→除銹打磨→鋼板鉆孔→膠粘劑配置待用。

涂膠→粘鋼板→粘U型箍并固定→固定加壓→固化加壓→固化養(yǎng)護(hù)→加強(qiáng)螺栓與鋼板連接→卸壓檢驗→防腐粉刷。

4.2操作要點

4.2.1加強(qiáng)材料的制作加工

1、加固用的鋼板按設(shè)計要求的型號、尺寸進(jìn)行裁割，裁割時要冷切，不可熱割，以防止鋼件變形及產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。如鋼件長度和寬度不能滿足設(shè)計要求時，可采用焊接，但焊接后的鋼件應(yīng)在平臺或較平滑的地面上進(jìn)行找平和整形。

2、U型箍板按設(shè)計尺寸在與梁上側(cè)加固用的鋼板相交處做錨固焊接處理。

3、負(fù)彎矩加強(qiáng)筋按照設(shè)計要求的規(guī)格、尺寸進(jìn)行截割，錨固螺桿采用成品全絲螺桿，進(jìn)場后按設(shè)計尺寸進(jìn)行截割。

4、按設(shè)計尺寸和位置在鋼板和U型箍板上進(jìn)行打孔，孔徑符和設(shè)計要求。

4.2.2除銹，打磨

1、鋼板、U型箍板應(yīng)根據(jù)其銹蝕情況，用砂輪機(jī)打磨進(jìn)行除銹和粗糙處理，使鋼板出現(xiàn)金屬光澤、粗糙度越大越好，打磨紋路盡量與受力方向垂直。用脫脂棉蘸丙酮拭凈表面，待完全干燥后備用。

2、加固用加強(qiáng)筋及螺桿根據(jù)設(shè)計要求在相應(yīng)位置做上標(biāo)記，標(biāo)示好除銹清理的長度范圍，用磨光機(jī)或鋼絲刷將除銹清理長度范圍內(nèi)的鋼筋表面打磨出金屬光澤為止，用脫脂棉蘸丙酮，將除銹清理長度范圍內(nèi)的鋼筋表面擦拭干凈。

4.2.3卸荷

1、為減輕和消除后粘貼鋼板應(yīng)力、應(yīng)變滯后現(xiàn)象，在結(jié)構(gòu)加固前宜對混凝土梁進(jìn)行適量卸載。

2、卸荷方式

1）對老建筑采用拆除原有的吊頂、墻面裝飾、地面面層、設(shè)備等方法，以達(dá)到卸靜荷的目的。

2）卸除活荷載。

3）對一些不能卸靜荷的構(gòu)件，可采用千斤頂頂升的方式卸荷。

4.2.4混凝土構(gòu)件基層處理

1、若混凝土表層出現(xiàn)空鼓、剝落、蜂窩、腐蝕等現(xiàn)象，應(yīng)將該部位予以鑿除，凹陷處用環(huán)氧砂漿修補(bǔ)平整。鋼筋保護(hù)層脫落處，應(yīng)鑿除保護(hù)層，露出鋼筋，對鋼筋進(jìn)行除銹，用環(huán)氧砂漿修補(bǔ)、找平。

2、將加固區(qū)域內(nèi)的梁基面不平整處用角磨機(jī)進(jìn)行磨平處理，除去表層浮漿、油污等雜質(zhì)，直至完全露出結(jié)構(gòu)新面，并用空氣壓縮機(jī)將粉塵吹干凈，直至用手觸摸不粘灰為止。轉(zhuǎn)角粘貼處要進(jìn)行倒角處理打磨成圓弧狀，圓弧半徑不應(yīng)小于20mm。

3、將混凝土表面清理干凈，保持混凝土表面光潔、平整。在粘結(jié)鋼板部位用脫脂棉蘸丙酮擦拭干凈，待粘貼面完全干燥后備用。

4.2.5鋼板粘結(jié)

1、結(jié)構(gòu)膠調(diào)制與涂刷：ZGJ型建筑粘鋼膠是由改性環(huán)氧樹脂，化學(xué)助

劑，固化劑及填充料組成，是雙組份室溫固化的高分子化學(xué)材料。A組份為稠膏狀粘合劑，B組份為固化劑，A、B組份按重量比3：1（嚴(yán)格按產(chǎn)品說明書要求）比例配制并攪拌均勻。使用時按上述比例將A、B兩種組份混合在一起，用轉(zhuǎn)速100-300r/min的攪拌器進(jìn)行攪拌，當(dāng)色澤均勻，無單組份條塊時即可涂膠使用。一般情況下，每平方米粘貼面積用膠量為5-7kg。由于膠粘劑固化速度較快，故每次加固時需準(zhǔn)確核算配膠量。涂膠前，將鋼板和混凝土粘貼表面再次用丙酮擦干凈，并先做好預(yù)貼試驗，以防發(fā)生涂膠后兩貼合面不合，預(yù)埋螺栓與孔尺寸不符等情況。預(yù)貼試驗合格后，鋼件和混凝土表面都要涂，膠層厚度約2-3mm左右，膠粘劑分布要均勻，以膠層內(nèi)稍厚，周邊稍薄為宜。ZGJ型建筑粘鋼膠的工作溫度宜為25℃，混合后的膠粘劑隨環(huán)境溫度的升高，固化速度將加快，環(huán)境溫度過低或雨天濕度過大時不宜進(jìn)行涂膠施工。

2、鋼板粘貼與加壓：鋼板粘好后，應(yīng)立即用特制U形夾具夾緊，并適當(dāng)加壓，以使膠液剛從鋼板邊緣擠出為度。待U形箍粘貼完畢后將預(yù)先植入的螺栓加螺母擰緊作為鋼板的永久附加錨固措施。

3、固化：結(jié)構(gòu)膠粘劑常溫下固化，24h可達(dá)到強(qiáng)度值的90%以上，此時可拆除夾具或支撐，72h可固化完全，可受力使用，若氣溫低于5℃，應(yīng)采取人工加溫，一般用紅外線燈或電熱毯加熱保溫，固化期中不得對鋼板有任何擾動。

5.檢測鑒定技術(shù)

各種結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)度的無損檢測技術(shù)，譬如超聲檢測技術(shù)，紅外成像檢測技術(shù)將是發(fā)展的方向。砌體結(jié)構(gòu)因組成成分、砌筑質(zhì)量的離散性等，目前的檢測手段尚需改進(jìn)。鋼結(jié)構(gòu)焊縫新型探傷技術(shù)。鋼材在負(fù)荷條件下測定力學(xué)性能的技術(shù)，地下連續(xù)墻無損檢測、砌體非破損測強(qiáng)、測定材料腐蝕程度新技術(shù)等需進(jìn)一步研究。隨著《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)）G850068-2001的發(fā)布施行，將結(jié)構(gòu)可靠度定義為：“結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間內(nèi)，在規(guī)定的條件下。完成預(yù)定功能的概率[9]”，這是結(jié)構(gòu)設(shè)計的一個重要演進(jìn)，使長期沿用的定值概念，轉(zhuǎn)變?yōu)榉嵌ㄖ蹈拍?，這也必將對已有建筑物可靠性鑒定與加固設(shè)計的基礎(chǔ)理論產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。對已有建筑物的鑒定，用什么樣方法確定其可靠指標(biāo)，又如何確定各級建筑物的目標(biāo)可靠指標(biāo)，它與設(shè)計的目標(biāo)可靠指標(biāo)，究竟有怎樣的內(nèi)在關(guān)系，用什么樣的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行表達(dá)尤其怎樣表達(dá)與使用時間和使用史的函數(shù)關(guān)系，現(xiàn)在的研究還是非常初級的。結(jié)構(gòu)的設(shè)計基準(zhǔn)期與結(jié)構(gòu)的壽命的聯(lián)系還需進(jìn)一步研究。

6.加固理論和加固改造技術(shù)研究

目前，結(jié)構(gòu)加固設(shè)計計算方法較為混亂，不少設(shè)計人員沿用新設(shè)計的結(jié)構(gòu)概念來處理，而忽視了已有結(jié)構(gòu)加固的特點，如加固結(jié)構(gòu)屬二次受力結(jié)構(gòu)，新田結(jié)構(gòu)兩部分存在應(yīng)變滯后和應(yīng)力超前問題，新加部分的潛力一般不能得到充分發(fā)揮。同時，應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)加固計算、繪圖實用軟件的研究，減少加網(wǎng)設(shè)計的簡單工作量，使加固設(shè)計人員把主要精力從簡單重復(fù)的工作中解放出來。

碳纖維加固方法、耐久性加因方法、地基加因方法、邊坡加因方法、裂縫加固修補(bǔ)方法、抗震加固方法（減震隔震）、聚合物砂漿加固法等需進(jìn)一步深入研究。建筑物增層、改擴(kuò)建、抽柱托換、砌體結(jié)構(gòu)承重墻托換等方面的技術(shù)改造以及建筑物整體移位、糾傾技術(shù)，雖已進(jìn)行長期的研究，亦完成了大量的工程，但缺乏系統(tǒng)的研究，應(yīng)對改建、擴(kuò)建工程的合理結(jié)構(gòu)體系和結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行更深入的研究。

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