既有房屋建筑结构加固改造技术的应用分析

2023-01-06刘婉霞

建材与装饰 2022年25期

关键词：黏贴型钢抗震

刘婉霞

（北京维拓时代建筑设计股份有限公司太原分公司，山西太原 030000）

1 房屋建筑工程结构加固的重要性

1.1 重视房屋结构安全，保障人民生命财产安全

近些年来，各地老旧房屋的坍塌新闻和世界范围内频繁出现的极端地质灾害现象，使人们对居住建筑的质量多有担忧，加固改造的必要性显而易见。不仅如此，根据房屋的实际情况，选择合理的加固技术，也是对生命财产安全负责任的必要态度。

1.2 满足职工的居住需求

一些矿山地区生活土地的使用面积有限，且存在许多老旧建筑房屋占用了有限的土地使用面积，考虑到投资费用和有限的土地使用面积的因素，对现有老旧房屋进行加固改造是最经济可行的方案，以满足矿山广大职工的居住需求。因此在原来的房屋结构基础上进行加固维修，丰富使用功能，建筑投资成本相对较低，为矿山长期可持续发展提供了较大的先决条件。

2 我国建筑结构抗震加固的发展历程

2.1 起步阶段

第一阶段为起步阶段，从1966 年邢台地震到1976年唐山大地震，让人们逐渐意识到到了建筑物抗震的重要性，而这一阶段的经历也成为我国抗震鉴定与加固处理的一个起点，同时也是一个尝试与试验的阶段。该阶段所具备的特点主要包括：对抗震鉴定、加固处理的基本方法和相关技术进行探索和分析，通过大量的实践表明了抗震鉴定与加固处理对于提高建筑结构安全性而言，有一定的有效性和必要性。

2.2 高速发展阶段

第二阶段为高速发展阶段，从唐山大地震开始一直持续到1989 年国家标准《建筑抗震设计规范》正式发布为止，该阶段被人们称为抗震鉴定及加固处理的高速发展阶段。在这个发展阶段中所呈现出来的特点与上一阶段有着本质的不同，主要包括：构建了完善的抗震鉴定与加固管理体系；基于该体系的基础之上，进一步制定了适合当下建筑结构安全的《工业及民用建筑抗震鉴定标准》；并在国家政府的统一部署下，首先完成了Ⅶ度以上的抗震设防地区建筑物抗震鉴定与加固工作，有效地提高了我国城市内建筑的抗震性能。正是在这一高速发展阶段当中，抗震加固处理技术提出了极强变形能力、提高强度以及提高整体性等建议，并通过增设构造柱、外加圈梁、夹板墙以及钢构套等方式作为基本手段，逐渐形成以外加构件法、替换法、增强自身法为主的建筑结构的加固处理方式[1]。

2.3 综合开发阶段

第三阶段为综合开发阶段，该阶段是从《建筑抗震设计规范》正式执行开始，经过了长期的发展和经验总结后，逐渐进入到抗震鉴定与加固的综合开发与发展阶段当中，也在一定程度上意味着我国的建筑结构抗震设计已经取得了一定的成绩。该阶段所展现出来的主要特点有：建筑结构的抗震鉴定与加固处理已经按照相关要求扩大至Ⅵ度设防区当中，同时结合各地区的实际情况，梳理并制定了与《建筑抗震设计规范》（GBJ 11—89）设计规范相适应的鉴定方法和加固技术等相关规范、标准，目的在于强调综合发展和分析现代建筑结构的抗震性能。建筑结构的抗震鉴定与加固以及功能改造在我国经济体制改革的过程中形成了一种紧密的结合，因为在进行抗震加固时，不仅要考虑其安全性，还要想到建筑面积的扩大和使用，在改变和完善建筑使用功能的同时，还可以保持建筑物的美观造型。这一发展阶段当中，涌现出了很多全新的鉴定、加固技术和材料，如钢筋化学锚固技术、消能减震技术、碳钎维片加固技术以及隔震技术等。

3 建筑结构加固改造设计原则

3.1 整体性原则

既有建筑的结构加固和改造中，为保障加固改造效果，应遵循整体性原则，专业的设计人员要对建筑结构加以整体分析，从整体性的角度来进行结构细节优化。因为在任何的建筑工程项目中，其结构内所包含的构件数量都是非常多的，其中的任何一个构件都可能会对建筑结构的整体性和稳定性产生直接的影响，如果在某一或者某几个构件出问题时只对这些构件加以优化，建筑的整体性将难以达到预期，结构抗震性、刚度和结构内力都会出现一定的变化[2]。因此，为消除既有建筑结构加固改造中对整体性造成的威胁，需从整体性角度来进行结构加固。

3.2 合理性原则

对既有建筑的结构进行加固和改造时，同样要遵循合理性原则，将整体性与合理性结合起来，才能够使得既有建筑结构的结构加固和改造工作顺利实施，全面提升建筑结构水平，确保建筑结构的质量安全。针对建筑结构的加固改造，需结合建筑物的总体受力情况分析与计算，来进行结构细节的全面优化，使得结构中的每个构件都能够符合结构性能要求。

4 既有建筑结构加固改造设计技术

4.1 加大截面加固法

既有建筑的结构加固改造施工中，加大截面法是十分有效的加固技术，具体的加固处理中，就是对建筑物原有混凝土结构实施外层加固，大多采用的是型钢结构和钢筋混凝土结构。根据加大截面加固法在既有建筑结构加固改造中的应用，其原理为加大构件截面，对原有结构加以适当改造和优化，在这一改造基础上使得原有结构材料与外层加固材料之间可形成整体性结构，共同受力。通过这一方式，可有效提升建筑工程的抗震性能。建筑工程项目改造中，如果选用的是加大截面加固法，就能够使得建筑结构的耐久性明显提升，将原先被损坏的混凝土结构修复好，使得建筑结构中单一构件的抗剪、抗弯和抗压性能明显提升，在此基础上提升结构整体承载力。在墙构件、梁构件及混凝土柱构件中，加大截面加固法的使用最多，此项工艺在当下已经越发成熟。但加大截面加固法也存在着一定的不足，在加固处理的过程中为湿作业施工，整体的施工周期相对较长，甚至会占用很多的原建筑空间，同步增大了建筑结构重量，使得建筑整体平衡性不佳，因此，为有效发挥加大截面法的加固作用，应综合考虑建筑的多方面特点。

根据工程经验，增大截面加固法的基本要求如下：被加固的混凝土构件，现场检测的构件混凝土强度等级不应低于C15 新浇筑的混凝土强度等级不应低于C20；构件表面需安排专人负责凿毛处理，以确保新旧混凝土之间的粘接性符合要求。构造要求如下。

（1）新浇筑混凝土的最小厚度有严格限制：当现场加固板呈现新旧独立状态的情况下，新浇混凝土厚度应超过50mm；当加固板呈现整体结构特征是，新浇厚度不得小于40mm；在加固梁的情况下，新浇混凝土厚度应超过60mm；如果现场为喷射混凝土施工作业，浇筑厚度至少为50mm。

（2）加固使用的钢筋，最好采用热轧钢筋，但板、梁、柱的受力钢筋直径分别不应小于8mm、12mm、14mm。

（3）新增受力钢筋与原有受力钢筋的净间距也应符合要求，根据工程经验，这种情况下的净间距最小应为20mm。

4.2 置换混凝土加固法

置换混凝土加固法在当下的很多建筑工程中也有着广泛的应用，这种方法是利用新材料来置换原先的混凝土结构，以改进原有的结构不足。当下的很多的建筑工程中，多以混凝土结构为主，这也就使得置换混凝土加固法有着十分巨大的应用空间，可利用高强度、高性能的混凝土来置换承载力较差、低强度、低性能的混凝土，以提高受压混凝土结构的材料性能，使得工程结构可达到预期。与其他的加固方式相比，置换混凝土加固法在实际的应用十分简单，即使在具体的施工作业中存在对结构的重新浇筑，也不会对结构净空性产生直接的影响，在混凝土柱与混凝土梁等缺陷部位，其加固效果良好。

4.3 黏结外包型钢加固法

从本质上看，黏结外包型钢加固法属于加大截面法的一种，具体应用就是将准备好的型钢构件直接加固到混凝土的结构外层中，经由钢板材料与混凝土材料的牢固黏结，来提升建筑结构整体性及承载力，达到建筑结构优化和加固的目的。外包型钢加固法实际上将黏结技术应用在了外层型钢和混凝土结构的结合上，二者的黏结过程主要是通过灌注结构与锚栓等方式实现的，应用这一结构方式，也就使得二者构成了整体性受力体系，改善了原先的混凝土结构性能。虽然黏结外包型钢加固法与加大截面加固法之间存在着高度的原理相似性，但二者相比较，黏结外包型钢加固法具有更高的可靠性，在实际的加固处理中，占用的建筑空间相对有限，因为这一加固技术下是通过外层型钢进行结构加固的，受到高温场地或者其他因素的影响非常大，如腐蚀、生锈等，均可能会影响最终的加固效果。

在既有建筑结构加固改造中采用黏结外包型钢加固法，钢板与混凝土粘结时所采用的黏结剂是以环氧树脂、添加固化剂、增塑剂等为基础形成的“结构胶”，经黏结外包型钢加固法在结构改造中的应用，在建筑体外面增加了配筋率，使得建筑的刚度和强度明显提升。这一加固技术从总体上看，施工相对简单，耗时短，不会对原有建筑的使用产生较大的干扰。但由于“结构胶”黏贴度在高温条件下，黏结效果可能会受到影响，根据建筑结构的加固经验，在一些不存在化学腐蚀的建筑结构中，一般就可利用黏结外包型钢加固的方式。为达到最佳的结构优化效果，在正式的加固作业实施之前，专业人员要进行建筑工程的结构缺陷分析，找出引起结构质量安全问题的原因，结合结构缺陷的产生位置，来进行黏贴形式和钢板规格的确定。

黏贴钢板加固的优点是整体的施工相对便捷且高效，在原结构基础上所增加的重量较小，原结构外形基本不会发生大的变化，对建筑使用净空的影响较小。在承受静载作用的钢筋混凝土受弯、斜截面受剪、受拉及大偏心受压构件的加固施工中，黏贴钢板加固的方法非常有效。但这种加固方法在应用时有一定的环境要求，在长期使用的环境温度不超60℃、相对湿度不超70%的环境中，应用效果最佳，如果环境条件达不到这一要求，在利用粘贴钢板加固时，需结合环境特征，采取有效的处理措施。

黏贴钢板加固法的基本要求如下：被加固混凝土构件的强度等级应达到C15，即混凝土表面的正拉粘结强度应达1.5MPa；当加固的是钢筋混凝土结构构件时，将钢板受力设计为仅承受轴向应力；混凝土表层含水率应有严格控制，这一含水率指标不得超过4%，一旦超过了这一指标，就需对构件进行有效的处理，降低含水率。利用黏贴钢板加固法需注意以下4 个方面。

（1）定位，施工人员在清理完被加固构件的表面后，需按照设计图纸的要求来开展放线施工，准确侧放出粘贴钢板的位置，确保定位精度。

（2）最好保障钢板钻孔位置与混凝土构件钻孔位置的完全一致，钻孔不得对原有钢筋造成干扰，钻孔误差应符合要求。

（3）界面处理，黏结面需开展修补与修复，表面平整度偏差应在1.5mm/m 以内。

（4）在对钢板上胶之前，应组织专人来负责钢板的除锈、展平处理。

4.4 黏贴纤维加固法

一些既有建筑的结构加固和改造中，也会采用黏贴纤维加固法，这一加固技术，就是通过专有纤维材料来完成建筑结构的优化，将准备好的纤维材料黏贴到原建筑结构构件上，这种结构加固方式下，建筑结构性能得以明显改善。通常情况下，既有建筑结构加固改造的过程中，如果是结构受力性能较弱的结构部位，就可利用这一加固方式。黏贴纤维加固法表现出轻质量、耐潮湿、低维护成本的特点，为提升整体的加固效果，需重视防火施工。此建筑改造工程中的对于楼板洞口采用黏贴碳纤维布的方法进行加固，就是粘结外包型钢加固方式的重要体现，其有效达到了良好的结构加固施工效果。

4.5 预应力结构加固技术

预应力加固技术是结构优化和改进方面的新型工艺，因为在建筑结构中，外部荷载可能会对混凝土弯曲配件产生或大或小的影响，为使得预应力结构的稳定性等均符合结构施工要求，相关施工人员要经由混凝土对水平拉杆进行加固处理，以利用这一方式来使得拉杆内部形成轴向张力，随后使得这一作用力可经由水平拉杆顶部被传输到受弯构件，同步产生一定的偏心压力，本质上看，这一结构加固改造技术下，最大程度上优化了外力对构件作用下的弯矩，使得构件的弯曲性能得以提升，对预防构件裂纹非常有效。