房屋建筑结构加固工程技术应用的探讨

发表时间:2020/7/1   来源:《工程管理前沿》2020年3月9期   作者:何思明
[导读] 随着中国经济一路高歌猛进的向前发展,房屋建筑行业也飞速猛进加速
       摘要:随着中国经济一路高歌猛进的向前发展,房屋建筑行业也飞速猛进加速前行,为人民群众提供舒适、健康的生活环境。与此同时,年代久远的建筑已经存在超负荷运营,需要对其进行加固处理,方能继续承担使命。房屋加固技术涉及到的技术层面比较广泛,对设计师的综合素养带来很大挑战,既需要对既有建筑进行合理分析,同时又需要结合当前新标准、新技术、新设备,进行合理有效加固。通过加固处理可以提高房屋结构整体稳定性,延长房屋的使用寿命,使其重新融入城市中,展现历史风貌,改善居住环境,节约资源。本文对加固技术的处理原则、技术方法、实践应用以及存在的问题进行深入剖切分析研究,认真总结加固成功案例的建设经验,同时借鉴国内已有的加固标准方法进行探讨论述。希望能加深大家对加固技术的认知,并对今后的加固设计有所裨益。
        关键词:房屋建筑;结构加固;加固工程;技术应用
        引起既有建筑加固改造的原因很多,除了施工质量、前期勘察不足、设计缺陷、使用功能的改变、设计标准的提高等主观原因外,还有建筑材料老化、环境的腐蚀、火灾、强风和地震等客观原因。随着建筑行业的极速发展,面对众多年代久远的既有建筑,对其进行加固补强已经迫在眉睫。
1结构加固工程技术的应用原则
        1.1先检测鉴定后加固
        对房屋建筑进行加固包括对结构损伤、病害的整治和对结构构件的补强。就如同人生病就医,先要对发现的病情进检查,通过检查的结果再制定治疗的方案,让身体的各项指数恢复正常。加固工作也是一样,先要对既有的结构进行检测,包括结构构件材料尺寸、强度,现状破坏的情况,各构件的连接方式等,通过检测结果,设计人员才能了解既有建筑物的结构受力体系以及存在的缺陷,做到有的放矢制定合理的加固方案,使得加固后结构构件各项参数满足现行规范的要求。
        1.2合理选择加固材料及设计参数
        在房屋建筑加固工作中材料的选择直接关系到加固方案和施工方法的制定,对施工进度和投资也有很大影响。所以需要设计人员根据加固构件的种类、材料、部位,加固建筑物的类别、使用功能、外观要求,现场施工条件的限制,业主对投资的要求等因素选着合理的加固材料。加固材料的设计参数是设计人员进行加固验算的依据,除了根据检测报告提供的数据外,还应结合原设计资料并严格按照加固规范的相关要求进行取值。
        1.3减少对既有建筑物的影响
        房屋建筑的加固工作往往是一把双刃剑,一方面对结构构件进行补强,另一方面可能由于先破除一部分既有结构,或者补强后新增构件刚度增加太大,而打破了原有结构体系的平衡。这一问题往往出现在对建筑物的抗震能力的影响上,建筑物单个构件的加固,虽然构件的强度提升了,但整个结构体系产生了薄弱层,致使加固工程出现“顾此失彼”的失误案例时有发生。所以加固设计时要注意对整个结构体系的分析,应避免对未加固部分以及相关结构构件造成的不利影响。另外,在加固方案的选择上尽量选择合理的、影响范围小的方案对房屋的使用,施工的便利,投资的经济性都具有十分良好的作用。
2结构加固工程技术在房屋建筑中的具体应用
   加固方法主要分为直接加固与间接加固两类,其中直接加固包括增大截面加固法、置换混凝土加固方、复合截面法。间接加固法包括体外预应力加固法、增设加固法、增设耗能支撑法或增设抗震墙法等。下面对几种较为常见的加固方法进行介绍和探讨。
        2.1增大截面法
        增大截面法顾名思义通过增大原构件的截面面积并增加配筋,以提高其力学性能的一种加固方法。该方法适用范围广,施工简单,工艺成熟,适应性强,耐久性好,加固效果明显。但该方法为湿作业,部分施工可能需要搭设模板脚手架对场地有要求,施工周期较长,且截面增大可能影响建筑的使用功能,减少使用面积亦增加了构件的自重,对既有结构有一定的影响。
     
  图1 柱增大截面加固                     图2 板增大截面加固
2.2外包型钢加固法
该方法为对钢筋混凝土结构构件外包型钢、扁钢焊接成的构架并灌注结构胶粘剂,使得新增型钢与既有结构共同受力,以提高构件承载力、稳定性、抗震性能的加固方法。此方法施工速度快,受力可靠,施工空间要求不高。但对施工技术要求高,外露钢结构需进行防火、防腐处理,定期维护保养。
2.3粘贴纤维复合材加固法
该方法采用结构胶粘剂将纤维复合材料粘于原构件的混凝土表面,使之形成具有整体性的复合截面,以提高其承载力和延性。此方法是现今加固工程中应用最广泛的方法之一,纤维材料加固有着轻质高强、施工简便、施工速度快、形状可根据构件的形状弯折裁剪,不影响原有建筑物外观等优点。同时也存在一定的局限性,有机胶的耐久和耐火问题,纤维材料的有效锚固问题,另外规范要求采用该方法“钢筋混凝土结构构件加固后,其正截面受弯承载力的提高幅度,不应超过40%”设计时应注意本条规定,不得盲目提高构件承载力,严格控制加固后构件的裂缝宽度和变形,做到“强剪弱弯”设计原则。
                  
图3、图4 碳纤维加固梁、板
2.4增设支点加固法
增设支点加固就是用增加支承点来减少结构计算跨度、达到减小结构内力转而提高结构整体承载能力的加固方法。该方法受力明确,特别对减小构件的挠度变形效果明显,但占用了建筑空间,需要配合建筑功能进行设置,有一定的局限性,原结构构件存在二次受力的影响,同时增加的支承点也需要提供相应的基础和受力点,可能需要采用多种方法进行整体考虑。
3加固工程技术应用实例
   3.1概况 
   某单位办公楼二层办公室改为档案室,并设置密集柜,房建面积约50㎡,框架结构。由于荷载增加需要对原结构进行加固。
   3.2设计思路
   根据检测报告提供的数据,按楼面荷载进行验算后,该房建范围内梁、板均需要加固,对房屋下层影响较大,部分隔墙需要拆除,吊顶也需要大面积拆除。
为了减少对既有结构的影响,利用密集柜导轨做成三道钢梁架设在三道横梁上,密集柜荷载直接通过钢梁传到主梁和次梁上,巧妙的避开了楼面板的加固。
经验算1、2轴间次梁由于受力较大加固后承载力提高了60%故采用增大截面法进行加固,K轴、J轴框架梁采用碳纤维加固。加固平面见图5,部分加固大样见图6。
                     
  图5 加固平面                             图6加固大样
本案例虽较为简单,但充分体现了加固技术应用的原则,也灵活的运用了加固方法减少了对既有建筑物的影响,减少了施工的难度,取得了不错的加固效果。
4结构加固工作存在的问题
3.1施工需具有加固专业资质
在现实工程中,加固工程施工队伍不具备加固施工资质或分包给没有专业能力的施工队伍的违规做法屡见不鲜。加固施工是一项专业性很强的工作,工序多,注意事项也多,若不能在施工环节保证质量,那么房屋的结构安全将无从谈起。为避免上述问题,应加强现场管理,加强加固施工技术人员的筛选,定期对技术人员进行培训,强化安全意识,严禁非法施工分包。   
3.2节点做法施工难以实现
加固施工比一般土建施工更为复杂,且存在许多不确定性。许多设计的节点甚至通用图集上的节点做法都是难以实现、难以施工的,如果设计不结合现场实际情况设计,现场又盲目施工,很容易留下安全隐患。这就要求设计人员要多去现场了解情况,结合实际做设计,不能闭门造车,设计数据不能模棱两可,一定要准确清晰。
3.3加固完成后后期的维护与检测难保证
    加固工程同样存在设计使用年限,甚至比建筑物的原设计使用年限更短。由于加固结构的特殊性,特别是对使用胶粘方法或掺有聚合物材料加固的结构、构件规范规定“尚应定期检查其工作状态;检查的时间间隔可由设计单位确定,但第一次检查时间不应迟于10年”。结构的定期检查维护制度应由设计单位制定,由物管单位执行。但对物管单位没有有效的约束,甚至有的业主单位不知道这一要求,对加固工程的使用安全留下了巨大隐患。这就要求设计单位在施工交底和验收的时候要对该要求予以强调,也建议健全法令明确物管单位的责任与义务。
4结束语
   当前,经过中国前几轮城市的迅速发展,国内各大城市均开始进行城市改造、城市更新运动。配合城市改造更新提质,需要对年代久远的建筑结构进行全面排查鉴定以了解其结构安全现状,并对安全性能不足的结构构件进行加固补强处理措施。目前,国内建筑结构加固技术在设计施工上已日臻成熟,各种有关国家标准也应运而生。在加固过程中需要设计师充分把握原则,合理有效分析,灵活运用,认真总结,严格把控才能保证加固技术质量,推动建筑行业健康稳定向前发展。加固技术的应用对国家的节能减排,可持续发展,绿色建筑等也有着非常重要的意义。

参考文献:
[1]混凝土结构加固设计规范 GB 50367-2013
[2]混凝土结构加固构造 13G311-1
[3]蒋涛.浅析房屋加固施工技术与改造措施[J].建材与装饰,2016(22):14-15.
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