文／劉紅麗 中機中聯(lián)工程有限公司 上海 200135

引言：

哪些情況下會涉及到建筑結(jié)構(gòu)加固設(shè)計呢？簡單總結(jié)一下：（1）已有建筑已達到其設(shè)計使用年限，想繼續(xù)使用，經(jīng)過結(jié)構(gòu)鑒定需要做加固設(shè)計的情況；（2）建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)一定程度上損壞，如結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫、結(jié)構(gòu)碳化、腐蝕等經(jīng)過結(jié)構(gòu)鑒定需要做加固設(shè)計的情況；（3）建筑使用功能發(fā)生改變或增加，如增加電梯、設(shè)備房間等，需要在原結(jié)構(gòu)上增開洞口、增設(shè)新的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的情況；（4）工業(yè)建筑工藝設(shè)計調(diào)整，荷載增加，荷載分布改變，原構(gòu)件不滿足設(shè)計要求的情況；（5）施工過程中失誤或錯誤，造成如材料強度等級不滿足設(shè)計要求的情況等。導致建筑加固的原因有很多，在進行加固設(shè)計之前一定要全面細致的了解。

1.加固設(shè)計的意義

1.1 提升建筑物的耐久性

房屋建筑都是有一定的使用年限的。受人們的日常生活習慣及外界因素的影響，建筑物的壽命也會因此縮短。在日常使用中，建筑物的結(jié)構(gòu)會在一定程度上被損壞，導致其外表和最初的樣子不一樣，也會產(chǎn)生，例如裂縫，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的碳化和腐蝕，建筑物的整體沉降等問題，這些問題都會影響人們的日常生活，甚至威脅人民的生命財產(chǎn)安全。通過對建筑物進行合理的加固設(shè)計，可以提高建筑的耐久性，延長建筑物的使用年限。

1.2 提升建筑物整體性和穩(wěn)定性

隨著人民對于房屋建筑的質(zhì)量要求越來越高，全面提升房屋建筑的抗震性能就越為重要，特別是在我國一些地形復雜的地方，一些特殊的地形地貌，尤其是在地震活動區(qū)域，對于房屋的防震性能有著很高的要求。因此，我們要對房屋建筑的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)進行技術(shù)改造，使其抗震性能持續(xù)提升，從而使人民群眾的財產(chǎn)和生命得到更多的保障。

1.3 提升建筑物的經(jīng)濟價值

通過對建構(gòu)筑物的加固與改造，可以使原有建筑物價值得到提升。隨著社會的進步，人們對物質(zhì)生活，生產(chǎn)，功能使用等方面需求的提高，我們可以對既有建筑物的外觀、結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)工藝、周邊環(huán)境進過規(guī)劃、鑒定、設(shè)計、改造與加固施工后，改變原有的業(yè)態(tài)（使用功能），比如：經(jīng)過市場調(diào)研，在某城市區(qū)域不適合設(shè)立商城的可以通過改造與加固改成酒店、寫字樓、住宅等；亦或是某工廠由于生產(chǎn)工藝過時，產(chǎn)能低下，不能滿足市場需求需要轉(zhuǎn)型升級或進行工藝和技術(shù)改造，比如：引進高科技先進生產(chǎn)線替代既有工藝，或總體轉(zhuǎn)型升級，工改商（將既有工廠改成商業(yè)價值的商場、辦公樓、寫字樓等）、工改?。▽⒓扔泄S改成住宅樓）、工改工（將既有工廠轉(zhuǎn)型改成其它產(chǎn)業(yè)的工廠）等?？傊?，通過對既有建筑物的改造與加固，即節(jié)約工期、成本、資源再利用減少亂費，價值升級快，滿足了環(huán)境改善、功能需求、價值提升等多方面的需求。

1.4 與周邊環(huán)境的融合

加固改造工程除了給人民提供一個合適的居住環(huán)境，還要兼顧城市發(fā)展的協(xié)調(diào)性，因為老舊建筑與現(xiàn)代化風格有所不同，工程要保證改造后的建筑符合現(xiàn)代化城市的新面貌。另外，建筑行業(yè)除了建造新建筑外，還對老建筑加固結(jié)構(gòu)改造，特別是對文物建筑進行修繕，是建筑行業(yè)應(yīng)該承擔的責任，對于時代來說也具有重要的意義。

2.加固設(shè)計原則

在混凝土結(jié)構(gòu)加固前，應(yīng)進行結(jié)構(gòu)鑒定，確定是否需要加固及加固方案。結(jié)構(gòu)鑒定包括可靠性鑒定和抗震鑒定，可靠性鑒定側(cè)重于結(jié)構(gòu)的安全性和正常使用性；抗震鑒定側(cè)重于房屋的綜合抗震能力及整體性。在建筑結(jié)構(gòu)加固設(shè)計的過程中，應(yīng)遵循以下幾個方面：（1）要提高對建筑物整體性的重視，確保加固設(shè)計的各方面參數(shù)都符合現(xiàn)行規(guī)范要求；（2）要重視經(jīng)濟性與合理性。加固設(shè)計不僅需要對具體的加固方法進行慎重考慮，保證加固設(shè)計的合理性，同時還需要控制成本造價，使得經(jīng)濟效益能夠達到理想水平；（3）要遵循必要性的原則。加固設(shè)計中要考慮施工作業(yè)的難度，結(jié)合造價成本因素，在評估結(jié)構(gòu)是否需要采取加固處理措施的過程中，應(yīng)遵循必要性的原則。針對不同構(gòu)件分層實施必要加固措施、需要加固及不需要加固這三種不同等級的措施，同時應(yīng)優(yōu)先考慮必須要加固構(gòu)件的位置，從而提高建筑的整體性、穩(wěn)定性。（4）要遵循先檢測后加固的原則。在施工作業(yè)開始之前，需要對房屋整體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量展開檢測，一般情況下是要檢測需要加固結(jié)構(gòu)和建筑物構(gòu)件兩個方面內(nèi)容，借助專業(yè)檢測技術(shù)和設(shè)備確定其中存在問題，并制定有效的解決措施。在實際檢測工作中，檢測人員必須要了解房屋建筑材料構(gòu)件和房屋的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計，針對結(jié)構(gòu)中容易出現(xiàn)破損或者已經(jīng)破損嚴重的位置，采取科學的技術(shù)手段展開加固處理，提高房屋建筑整體的穩(wěn)定性。

3.加固設(shè)計程序

加固工程工作程序進行：原結(jié)構(gòu)可靠性和抗震鑒定、加固方案選擇、加固施工圖設(shè)計、施工圖審查、施工、竣工驗收。

3.1 原結(jié)構(gòu)可靠性鑒定

結(jié)構(gòu)加固前，應(yīng)收集現(xiàn)有設(shè)計圖紙、計算書、詳細的巖土工程勘察報告竣工驗收原始資料等；調(diào)查建筑結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀與原始資料符合程度、施工質(zhì)量和維護狀況、并進行必要的檢測；當資料不全時，應(yīng)根據(jù)鑒定的需要警醒補充和實測。

3.2 原結(jié)構(gòu)抗震鑒定

按照建筑結(jié)構(gòu)的特點、結(jié)構(gòu)布置、構(gòu)造和抗震承載力等因素，采用相應(yīng)的鑒定方法，進行綜合抗震能力分析并做出評價，對不符合抗震鑒定要求的建筑提出相應(yīng)的抗震減災(zāi)對策和處理意見。

3.3 加固方案的選定

加固方案應(yīng)按照結(jié)構(gòu)鑒定結(jié)論，結(jié)合結(jié)構(gòu)特點及施工條件，按照安全性、可靠性、經(jīng)濟性合理原則確定。結(jié)構(gòu)的靜力加固著重于提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力；抗震加固著重于提高結(jié)構(gòu)的延性和增強房屋的整體性；地基基礎(chǔ)加固成本較高，施工復雜，宜采取措施不動或少動地基礎(chǔ)。

3.4 施工

加固施工應(yīng)采取措施避免或減少損傷原結(jié)構(gòu)構(gòu)件。施工前應(yīng)按設(shè)計要求及結(jié)構(gòu)特點編制施工組織設(shè)計，施工嚴格按相應(yīng)工藝標準進行質(zhì)量控制。

4.加固設(shè)計計算原則

混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計應(yīng)采用線彈性分析方法計算結(jié)構(gòu)的作用效應(yīng)。設(shè)計加固混凝土結(jié)構(gòu)時，需要進行承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的設(shè)計及驗算。結(jié)構(gòu)的計算模型應(yīng)與實際受力和構(gòu)造狀態(tài)相符。結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的尺寸，對原有部分應(yīng)采用實測值；對新增部分，可采用加固設(shè)計文件給出的設(shè)計值。驗算結(jié)構(gòu)、構(gòu)件承載力時，應(yīng)考慮原結(jié)構(gòu)在加固時的實際受力狀況，包括加固部分應(yīng)變滯后的特點，以及加固部分與原結(jié)構(gòu)共同工作程度。加固后改變結(jié)構(gòu)傳力路線或?qū)е陆Y(jié)構(gòu)質(zhì)量增大時，應(yīng)對相關(guān)結(jié)構(gòu)、構(gòu)件及建筑物地基基礎(chǔ)進行必要的驗算。有抗震設(shè)防要求的結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的加固，除應(yīng)滿足承載力要求外，尚應(yīng)復核其抗震能力；不應(yīng)存在因局部加強或剛度突變而形成的新薄弱部位；同時，還應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)剛度增大而導致地震作用效應(yīng)增大的影響。

5.加固方法

加固方法的選擇應(yīng)根據(jù)實際條件和使用要求，進行多方案比較，按技術(shù)可靠、安全適用、經(jīng)濟合理、方便施工的原則擇優(yōu)選用?；炷两Y(jié)構(gòu)常用的加固方法如下：

5.1 增大截面加固法

采用這種加固方法，其主要方式就是增大原結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面面積或增配鋼筋，進而增強了構(gòu)件的抗彎、抗剪、抗扭剛度，提高了其承載力能力和穩(wěn)定性。該方法在墻、柱、梁、板及一般構(gòu)筑物的加固中應(yīng)用范圍較廣。增大截面加固法主要包括以下幾方面應(yīng)用優(yōu)勢：此法適應(yīng)性強，施工工藝簡便。另外，該法發(fā)展較早，具有成熟的施工經(jīng)驗。但是，在具體的施工中，也要注意這種方法的弊端，它施工工期長，屬于濕作業(yè)，構(gòu)件尺寸的增大會減少房屋的凈空也會影響其他構(gòu)件的受力性能。

5.2 粘貼鋼板加固法

粘貼鋼板加固就是用結(jié)構(gòu)膠粘劑將薄鋼板粘貼在原構(gòu)件的混凝土表面，使之形成具有整體性的復合截面，進而提高其承載能力的一種加固方法。該法適用于鋼筋混凝土構(gòu)件的正截面受彎、斜截面受剪、受拉及大偏心受壓構(gòu)件的加固。當鋼筋混凝土構(gòu)件截面內(nèi)力有拉壓變換時，不建議采用此法加固。與其他加固方法相比，粘貼鋼板加固法優(yōu)點如下：第一，此法施工簡單技術(shù)操作也比較成熟，不需要占用太多的空間，所以在實踐中具有很好的操作性；第二，此法縮短了施工時間，可以應(yīng)用于結(jié)構(gòu)比較復雜的加固環(huán)境；第三，用此法加固原構(gòu)件，構(gòu)件自重增加小，且不改變結(jié)構(gòu)構(gòu)件的外形，不影響建筑物的使用空間；最后，粘貼鋼板加固技術(shù)在實際應(yīng)用中也具有很好的經(jīng)濟效益，而且其成本低廉，可拓展其應(yīng)用范圍。但其弊端也比較明顯，一是對環(huán)境溫度和濕度的要求較高，比鋼筋混凝土截面加大加固法的溫度和濕度要求標準要高，鋼板需要進行防腐和防火處理，膠黏劑有機膠也要滿足耐久性和耐火性的要求；其次，在澆注鋼膠時，要防止漏水導致的內(nèi)部充填不良，在實際操作中，不能保證鋼板與鋼板之間的焊接是否因為高溫而損壞，從而導致黏合結(jié)構(gòu)的損壞。因此，對于鋼板的受力程度，不能準確地判定，所以，在具體的施工中，需要根據(jù)具體的情況來確定。從鋼結(jié)構(gòu)本身的特性出發(fā)，采用粘貼鋼板加固可以在一定程度上提高房屋建筑結(jié)構(gòu)的總體強度，避免施工中由于疏忽引起的混凝土荷載不足而產(chǎn)生裂縫。采用粘貼鋼板加固技術(shù)，可以極大地提高混凝土結(jié)構(gòu)的承載力，而且在加固工作結(jié)束后，還可以盡量減少新的裂紋，同時，利用鋼板本身的抗拉強度特性，可以提高建筑的承載力和抗剪性能，進而達到更好的加固效果。

5.3 粘貼碳纖維復合材料加固法

粘貼碳纖維復合材料加固技法就是將碳纖維布或碳纖維板用結(jié)構(gòu)膠黏劑貼于鋼筋混凝土構(gòu)件表面，使之形成具有整體性的復合截面。從而提高結(jié)構(gòu)的承載力和延性的一種直接加固法。該法適用于鋼筋混凝土受彎、受壓及受拉構(gòu)件的加固。說說該法的優(yōu)缺點，該加固方法施工成本低，經(jīng)濟效益高，由于其自身的高強度和耐腐蝕性，可以有效地減少外部環(huán)境對整個房屋的破壞。且對整個結(jié)構(gòu)的影響很小，在不增大截面面積的情況下，可以改善構(gòu)件的承載能力。加固后的混凝土構(gòu)件抗腐蝕、耐久性等性能得到了明顯的改善。該法同樣有有機膠的耐久性和耐火性的問題。粘貼碳纖維復合材料加固，因其施工簡便、易于操作、實用性強而成為工程中比較理想的加固方法，在實際房屋建筑加固工程中使用此法加固的較多。

5.4 置換混凝土加固法

這種結(jié)構(gòu)加固方法是剔除原構(gòu)件強度低或有缺陷區(qū)段的混凝土，同時澆筑砼品種但強度等級較高的混凝土進行局部加強，使原構(gòu)件的承載力得到恢復的一種直接加固法。置換混凝土加固法用于受壓混凝土強度偏低或有嚴重缺陷的梁、柱等承重構(gòu)件的加固；使用中受損傷、高溫、凍害、侵蝕的構(gòu)件加固；由于施工錯誤導致混凝土強度不能滿足設(shè)計要求的構(gòu)件加固。此方法由于是在置換部位注入一定數(shù)量的新混凝土，新老混凝土之間粘結(jié)能力較差，且剔鑿易傷及原構(gòu)件的混凝土和鋼筋，屬于濕作業(yè)施工。但用此法加固后能恢復原貌，不影響使用。

5.5 增設(shè)支點加固法

在房屋建筑結(jié)構(gòu)加固設(shè)計中，增設(shè)支點加固法也比較常見，此法就是用增設(shè)支撐點來減小結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計算跨度，達到減小結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)力及相應(yīng)提高結(jié)構(gòu)整體承載力的加固方法。適用于對適用空間和外觀效果要求不高的網(wǎng)架、桁架、梁、板等水平結(jié)構(gòu)構(gòu)件的加固。增設(shè)支點加固法在網(wǎng)架等相關(guān)水平結(jié)構(gòu)的加固工程中應(yīng)用的比較多，支點包括柔性和剛性兩種類型。應(yīng)用增設(shè)支點加固法必須要按照建筑實際需求選擇合適的支點，確保此法能夠起到有效的加固作用。設(shè)計時應(yīng)加強對結(jié)構(gòu)內(nèi)力的科學把控，盡量減少原結(jié)構(gòu)構(gòu)件的二次受力、使得建筑結(jié)構(gòu)的承載性能得到有效增強。

5.6 外加預(yù)應(yīng)力加固法

外加預(yù)應(yīng)力加固法是通過體外預(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。原理是在預(yù)應(yīng)力與外力的聯(lián)合作用下，在拉桿中產(chǎn)生軸向拉力，該拉力由桿端錨偏心地傳遞給受彎構(gòu)件，由此產(chǎn)生偏心壓力，該壓力的產(chǎn)生能消除局部外荷載所引起的彎矩，由此增加了受彎構(gòu)件的彎矩，減小了外荷效應(yīng)，有效地控制了裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。適用于原構(gòu)件剛度偏小，改善正常使用性能，提高極限承載力的梁、板、柱和桁架的加固。此法優(yōu)點是基本不影響結(jié)構(gòu)使用空間，便于在使用期內(nèi)檢測、維護和更換。缺點是施工工藝復雜，新增的預(yù)應(yīng)力構(gòu)件需要進行可靠的防腐、防火處理。

以上所述，是實際工程中常用的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的加固方法。在房屋建筑結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計中還有對結(jié)構(gòu)體系的加固，例如，對由于概念設(shè)計不合理、不規(guī)范的多、高層建筑及工業(yè)廠房建筑結(jié)構(gòu)進行的加固和對提高結(jié)構(gòu)抗震能力的加固。

6.加固工程案例

6.1 工程案例一

某項目聯(lián)合廠房一，結(jié)構(gòu)形式是鋼筋混凝土框架，層數(shù)為四層。主體結(jié)構(gòu)已施工完畢。由于業(yè)主使用工藝改變，造成建筑防火分區(qū)改變，多處區(qū)域的室內(nèi)房間格局以及房間功能改變，荷載分布與原設(shè)計變動較大。按照新的建筑圖紙，建模復核原設(shè)計圖紙，結(jié)果顯示：部分框架梁支座及底部鋼筋不滿足承載力要求，故只要提高構(gòu)件的承載力能力即可。對梁的加固可以采用增大截面加固法、粘貼鋼板加固法和粘貼碳纖維復合材料加固法?？紤]是連續(xù)的框架梁且有框梁支座鋼筋和底部鋼筋同時不滿足的情況，最后，框架梁采用了粘貼鋼板加固法。

圖1 梁底粘鋼加固圖

圖2 梁頂粘鋼加固圖

6.2 工程案例二

某項目綜合站房，結(jié)構(gòu)形式是鋼筋混凝土框架，地下一層，地上二層。主體結(jié)構(gòu)已施工完畢。由于設(shè)備布置調(diào)整，一層局部區(qū)域荷載分布改變，按照新的建筑圖紙，建模復核原設(shè)計圖紙，結(jié)果顯示：有兩根次梁底部鋼筋不滿足承載力要求，故只要提高構(gòu)件的承載力能力即可。因承載力不足構(gòu)件所在區(qū)域地下為消防水池，考慮僅是底部鋼筋不滿足承載力要求，最后，采用了增大截面增配底部鋼筋加固方法。

圖3 梁加大截面增配鋼筋加固圖

結(jié)語：

綜上所述，在建筑加固設(shè)計過程中，不同的構(gòu)件加固方法適用范圍以及加固作用存在差異，因此加固方法的選擇應(yīng)該根據(jù)建筑實際情況而定。對加固方法進行比較優(yōu)化，選擇合理的加固方法能達到縮短加固施工周期，減少投入，保證達到加固效果的目的。