危旧房屋结构的检测鉴定与加固分析

发表时间:2020/7/23   来源:《城镇建设》2020年第11期   作者:彭友
[导读] 众所周知,建筑行业为我国经济的发展贡献了很大的份额

          摘要:众所周知,建筑行业为我国经济的发展贡献了很大的份额,然而,随着经济的持续发展以及城市的大规模建设,我国建筑行业逐步进入新建与维修并举发展的时期。根据相关数据显示,我国建筑工程加固以及改造的高峰期将出现在今后的10-30年之间。由此可见,危旧房屋结构的检测鉴定与加固研究刻不容缓。本文将着重介绍危旧房屋结构的检测鉴定要点,并根据目前我国危旧房屋结构检测鉴定加固存在的问题提出相应的解决措施以及对未来发展方向的一些想法。
          关键词:危旧房屋;结构检测鉴定;危旧房屋加固
         
          目前,我国有越来越多的建筑物逐步接近或者已经达到了使用年限,不符合人类居住标准;还有一些房屋结构因为人为的,自然的等不可抗因素受到损害,使得建筑物不断出现各种安全隐患,如不积极采取相关措施就会阻碍社会的持续健康发展。除此之外,近些年来国家提出“节能、环保、低碳”的政策导向,建筑行业积极响应,不仅在新楼建筑过程中做到节能、环保、低碳,在旧楼改造的项目中也做到节能、环保、低碳。因此,就旧危房屋结构的检测鉴定与加固技术受到广泛关注。
1.危旧房屋结构的检测鉴定要点
1.1结构安全性检测
           危旧建筑物是由很多个不同的小结构构成的,而对结构安全性进行检测实际上就是对危旧房屋的若干个细节部分进行检测鉴定,然后在多个检测鉴定结果的基础上进行针对性、综合性、客观性的评定。而评定的因素主要有建筑物结构的承载能力、裂缝程度以及构造与构造之间的连接情况等,在评定这些因素安全性的基础之上得出客观性的结果。
1.2混凝土质量检测
          在实际建筑施工当中,混凝土材料是建筑结构中最常见的一种施工材料,应用广泛,其在实际的房屋建筑工程当中有着至关重要的作用,所以说检测混凝土质量对于整个检测鉴定而言是极为重要的一环。而实际检测方式的选择要根据现场情况而定,由施工人员在全面了解危旧建筑物各项参数以及周边环境的基础上进行选择,从而使检测的流程符合相关标准和规定。在进行实际检测的时候必须保证仪器选择正确,才能够保障检测结果的精确程度,同时工作人员的操作需要按照规定和流程进行,保证数据的轻缺陷。如果在检测过程当中发现混凝土质量不合格的现象,必须马上采取措施进行处理,进一步提升建筑的安全等级。
1.3钢筋部位检测鉴定
   在房屋建设当中少不了钢筋的使用,所以说在对危旧房屋进行检测的时候必须对钢筋进行检测。选择钢筋使用区域最具代表性的钢筋结构进行检测,将钢筋保护层以及其材料的分布等作为整个检测的重点。钢筋在建筑当中的主要作用是支撑,所以说其鉴定结果对于整个危旧房屋检测鉴定来说也有着重要的作用,检测过程必须按照图纸进行,详细观察钢筋的种类、数量以及其分布还有磨损情况等。考虑到在建筑当中钢筋使用过多,所以可以进行抽样检测,抽取其中对房屋有明显影响的钢筋进行检测,在检测完成之后进行汇总,对比分析检测结果,对其中不符合要求的部分进行加固。
1.4地基检测鉴定
           在房屋建筑当中,地基是基础部分,地基的情况关系到建筑整体的安全性。通过经验分析和案例调查可以发现在地基当中经常会发生沉降或者裂缝等问题,这些问题的存在都会影响到地基的安全性,为了使建筑整体的安全性得到提升,定期对地基进行检查非常关键,而当前地基检测方法众多,使用最多的就是声波透射法。在实际检测作业开始之前,相关人员应当对现场情况进行详细的调查,并在此基础上选择检测所需要用到的工具,制作出检测计划以及检测程序,为检测工作打下基础。纯净水是检测工作的介质,主要是通过水传播的声波来进一步的判断地基的大致状况,从这个角度来看需要保证纯净水的质量。为了防止出现水质不纯等问题影响到检测精准度,一般会进行多次检测,从而排除各种干扰因素,使检测结果的可信程度得到进一步的提高。
2.目前我国危旧房屋结构检测鉴定与加固存在的问题
2.1 我国加固改造行业体制不健全
          实际上,在常规的设计市场中设计与施工工作早已被一分为二,分开进行。然而,调查过加固市场后不难发现,施工单位承揽设计加固的工作,这是不符合常理的。众所周知,在加固危旧房屋结构过程中,设计部门与施工部门所承担的职责是不同的,且存在很大的差异。如果将两者混为一谈,或者合二为一,那么各责任主体之间的约束不在,结果可想而知。除此之外,不少的结构加固项目缺少监理单位、勘察单位,这样的工程质量着实令人担忧。其次,在调查的过程中发现改造项目的审批也存在一些问题。比如,在对大型建筑的局部进行改造时,加固工作单位只进行了消防方面的审批程序,而其他的设计特别是结构方面,却没有相应的要求,这样一来,甲方会因为各种各样的原因不认真对待改造加固项目,在选择承包商时也没有认真的筛选审批,如果不符合资质要求的施工单位中标,那么必然对工程本身、人员的安全以及社会的财产造成极大的安全隐患。因此,为了进一步增强房屋结构加固行业的秩序,促进社会的发展,相关部门一定要积极制定相关政策,完善危旧房屋结构加固改造行业体制。
2.2现有的检测标准与鉴定规范不协调
          将我国目前的结构鉴定标准与西方先进的结构鉴定相比较,可以看出,我国的房屋结构鉴定实际上只是在原有的建筑基础上分析,完全脱离了鉴定个体本身,这是非常不合理的。一个检测项目可以有很多鉴定方式,但是不管选择哪一种方式,在检测前一定要充分考虑到不同检测方法对检测结果的影响。为了使检测过程更加规范,检测结果更加可靠,检测误差尽量降到最小,相关部门一定要将建筑结构检测鉴定的规范与检测过程充分结合。除此之外,我国现有的检测标准与鉴定规范不协调还表现在房屋结构的承载力验算方式上。目前,我国在验算房屋结构承载力时还是以传统的设计规范为主,实际上这样是非常不合理的,会导致很多问题,例如使用期和基准期的不准确等,长此以往,我国的建筑行业何来的进步与发展。因此,在分析既有结构的状态时,过去的标准就不再具有参考价值,相反,专业人员应该以建筑物结构本身为出发点,根据它自身的特点选择适合的方法,如有必要,也可以重新进行分析和相关研究。
2.3改造技术研究落后
          众所周知,罗马不是一天建成的,再加上我国房屋结构加固行业本就起步较晚,所以,目前而言,我国的加固改造行业的检测仪器以及改造技术仍然无法匹敌西方发达国家。如今的建筑行业已经不再是以前那个依靠人力、手工制作施工图纸的时代了,随着科学技术的发展,各行各业逐渐向自动化,计算机化方向倾斜,需要精密计算的建筑行业也不例外。市面上已经有了很多可以满足常规结构计算方式的软件,然而,针对房屋结构加固改造的软件却寥寥无几,这在无形中就会影响我国危旧房屋结构加固改造工作的发展。除此之外, 国内很多做房屋加固改造的企业以及研究单位逐步转向了以盈利为目的的市场化经营,长此以往,市场上缺少专门做关于房屋结构加固再造技术研究的机构,如果没有完善的理论支撑,那么技术肯定无法实现快速健康发展。由此可见技术理论研究对于技术更新换代具有非常重要的意义。因此,国家相关部门一定要出台相关政策给予大力支持,鼓励人才培养,促进我国房屋结构加固改造技术的发展。
3.危旧房屋的结构加固
3.1工程结构检测鉴定与加固一般流程
          在对危旧结构进行加固处理之前,专业人员需要对建筑物进行可靠的鉴定以及评估,然后根据鉴定以及评估的结果制定出最适合的加固方案。流程如下所示:

图1工程结构检测鉴定与加固一般流程
          损伤调查。危旧房结构进行加固改造作业有很多原因,例如由于房屋使用功能,荷载情况等发生变化,需要对建筑扩建、加固等;社会对建筑的规范要求标准提高,而既有建筑无法满足新要求,同时又考虑到社会经济情况,因此需要对其进行加固。无论出于哪一种原因,在加固结构之前一定要对结构进行损伤调查,只有施工团队对建筑结构的薄弱环节了如指掌之后,才可以对症下药。损伤调查可以分为三大部分--构件外观缺陷,构建内部缺陷以及构件变形。在检测构件内部时常用的检测方法:目测与量尺结合法,超声波检测法。超声波检测主要用于裂缝深度检测,有时为了确保检测结果的准确性,工作人员会钻取芯样进行验证。但是仍在发展中的裂缝不好测量,工作人员能做的只是定期观测,从定期观测获取的数据推断裂缝发展情况。在检测构件内部缺陷时常用的方法:超声波、冲击反射法等,一般而言这些方法都不会破坏构件外部以及内部结构,但是,为了验证检测结果,工作人员会局部破损取样。在检测构件是否存在变形时主要检测构件挠度、构件倾斜度以及基础沉降度。检测构件挠度可利用拉线、激光测距仪等工具;检测结构倾斜度可以利用经纬仪、吊锤、激光定位仪等;基础沉降可以通过GPS定位、全站仪等工具测试。
          荷载调查。为了保证后期建模计算结果的准确性,防止因为房屋结构超荷载能力而发生意外情况,工作人员需要通过调查与实测准确掌握房屋结构的荷载能力。 一般来说,房屋建造的设计图纸中针对不同类型厂房或房屋及房屋建造的使用性质规定了房屋的荷载有所不同。如楼面的恒荷载,活荷载都有一定的要求。但是随着时间的流逝,结构部件的老化,以及受火灾、台风、地震、白蚁侵蚀、化学腐蚀、意外撞击、地基变形等原因导致房屋结构损伤后,建筑的荷载能力一定会发生不同程度的变化,而人们对于此并没有准确的把握,因此,结构加固改造人员只能通过荷载试验对危旧房屋结构的使用性能进行准确评估,为进一步的决策或加固设计提供建议。例如,对于原设计未考虑抗震设防要求或规定的抗震设防要求已经提高的建筑,特别是提高了抗震设防类别的中小学校舍和医院建筑,需重新核查抗震措施、验算抗震能力,对建筑的整体抗震性能进行鉴定,并提出处理意见。除此之外,对于不同的房屋功能荷载检测的标准也有不同。例如,钢筋混凝土结构应该侧重检测其混凝土耐久性、裂缝分布等;而钢结构则应该侧重于检测截面尺寸、局部变形等,但无论哪种检测都一定要遵循当地制定的验收标准。
          结构形式确认。这一步就需要工作人员确定好结构的形式,清楚明白的了解结构竖向、水平向传力体系。在确认结构形式时有两种情况,一种是有原始设计图纸的情况,另一种则是没有原始设计图纸的情况。对于有原始设计图纸的情况,工作人员应该将建筑物的实际情况与设计图纸相结合,最终根据综合信息确定结构类型和传力体系。在没有原始设计图纸的情况下,施工人员应该对现场进行测绘,测绘内容主要包括结构布置、结构尺寸、连接点构造等。需要注意的是,节点的构造直接会影响到结构计算简图中的节点形式,对后面进行的建模设计影响重大,所以要重点检测,多次确认。此外,当工程内容涉及到近代保护建筑以及古建筑时,施工人员一定要仔细测量,反复核对,确保原建筑的完整性。
          几何尺寸、材料强度检测。对于不同的结构类型,它所对应的材料强度检测方法也是不同的。由于混凝土结构的特殊性,目前检测是以非破损方式进行,包括超声回弹综合法,回弹法等,必要时会采用钻芯法这类破损检测方式进行检测,验证检测结果。众所周知,钢结构材料硬度较高,因此采用切取结构试样的方式进行强度检测,如果遇到特殊情况,导致无法直接切取结构试样,工作人员可以考虑采用表面硬度法等非破损或微损法进行检测。

对于木结构而言,工作人员可参照《木结构设计规范的》(GB50005)的有关规定来确认该结构的强度,如果有无法确认现场结构中木材的种类或产地的情况,工作人员可以从该木材结构中取样,以此来确定该材料的强度,确保工程的安全性。检测砌体结构时,工作人员通常采用两种方法,直接法和间接法。所谓直接法就是直接检测既有结构中砌体的抗压和抗剪强度,而间接法则是通过检测砌筑块材和砂浆的强度间接计算出砌体的强度。下图为砌体抗压强度原位测定法(各部位名称如下表所示),在砌墙内部放置一个专用的扁式千斤顶,通过破损检测的方式检测砌体抗压强度。
         
          图2砌体抗压强度原位测定法
          表1砌体抗压强度原位测定法所用工具
部位    1    2    3    4    5    6    7
名称    手泵    压力表    高压油管    扁式千斤顶    拉杆    反力板    螺母
          实验室数据处理。检测结果的正确与否直接会影响到评定的结果,进而影响到结构加固处理意见的正确性,因此数据的处理也是结构加固工程中不可忽视的一步。由上述内容可知,如果缺少设计图纸时,工作人员应该仔细测量现场,画出设计图纸。如果有设计图纸,工作人员应该仔细核对图纸正确与否,确保测量结果准确。当得到建筑图纸以及设计图纸之后,工作人员需要标出结构的平面图、立面图、承重构件配筋图、基础配筋图等。除此之外,实验室数据的处理方法还有建模。建模可以通过前期调查以及测量的数据进一步确定结构尺寸、构件的截面尺寸,获取结构裂缝、挠变、位移等情况,得出最不利荷载(作用)数据,材料的实际强度值等。在整个房屋结构检测鉴定与加固工程中扮演着至关重要的作用。
          工程建模计算。以前期测得的各项数据为基础,再加上后期的数据处理,这些资料都可以帮助工作人员构建出与结构实际情况相近的仿真模型,在以模型为基础可以推理出结构体系的内力包络图、构件的承载力、裂缝情况等信息,以此为结构受力性能评价的依据。工程建模计算也有不同的方法,当针对单个构件时可以采用手算的方法,当对象是整个结构或结构形式比较复杂时,就可以考虑选择计算的方法,以计算结构内力为例,工作人员可以参考结构力学的知识,也可以采用中国建筑科学研究院开发的PKPM结构计算软件。但无法通过计算得出可靠的结构分析结果时,工作人员可以辅助现场结构试验得到最终结果。
          结构评判。建筑物结构的可靠性可以通过前期的建模计算结构分析出来,如果发现不符合正常使用的状态或者承受能力时,那么这说明该建筑物必须要维修加固,相反,如果所测结果符合正常使用,那该建筑就可以维持现状,不用进行加固改造。由此可见,评定结果的重要性。工作人员在评定时一定利用好已测得的数据,推理出的数据以及既有结构的特点,然后参照相应规范得出最终结果。当然,对于不同的结构材料行业内也有不同的评判标准。在对混凝土结构、钢结构、木结构等进行能力评级时,可以参考《民用建筑可靠性鉴定标准》或者《工业厂房可靠性鉴定标准》的相关规定进行评级。
3.2危旧房屋的结构加固处理办法
          在危旧房屋的结构加固处理办法中,可以根据结构类型选择具体的加固维修方法。例如混凝土结构可以选择加大截面法,化学灌浆法等;扶壁柱加固法,加大截面法是砌体结构加固处理时工作人员常用的方法;钢结构可以选择加大构件截面,改变结构计算简图法,等等。而从以往的工作经验来看,在对既有的危旧房屋建筑进行改造加固时,应该从全局出发,对建筑结构体系上进行改善以及增强,近而达到从根本上增强危旧房屋结构稳定性,增强建筑寿命的目的。就目前而言,我国在加固危旧房屋时常使用三种方法,即地基加固法,上部结构加固法以及碳纤维结构加固法。
3.2.1地基加固法
          在这里主要有以下几种地基加固方法。首先就是减少上部荷重的方法,在使用这种方法的时候应当深入考虑生产要求以及实际的使用条件,同时在验算地基强度以及地基变形程度的基础上对减荷的数据进行确定,如果地基被严重破坏不能维持其原本稳定性,那么减荷同样可以作为紧急情况下的安全措施加固施工期间的安全措施;其次是基础扩大底面积的加固,这种方式多使用在地基承载力不够的情况下,具体应当增加多少底面积应当在对地基强度进行实际验算之后确定。
3.2.2上部结构加固法
          上部结构加固法,这种方式主要应用于上部结构安全程度不够的情况下以及地基基础加固情况困难的时候,可以将这种方式作为上文中所提到的,地基加固法的替代,当然,二者也可以配合使用。
3.2.3碳纤维结构加固法
          碳纤维结构加固法在危旧建筑结构加固也有着较多的使用,比如碳纤维在建筑结构的正截面受弯构件,建筑结构受压构件以及建筑结构斜截面受剪构件等部分的加固改造作业中有显著作用,这种加固方式与传统的加固方式相比有着应用广泛、防水性强、操作施工简单以及对建筑外观影响较小等优势,在实际加固作业当中受到了广泛的使用。
          此外,在对危旧建筑进行修缮的时候,会经常使用到以下几种地基加固方式,可以分批分段的对病弱地基土进行更换,可以对桩进行加固,可以通过挖钻孔灌桩的形式进行加固等等。无论哪一种加固方式,都应当在充分了解施工条件和地质情况的基础上进行。加固工作实际作业是在建筑物存在的时候进行的,所以施工有着较大的难度。应当在保护地基质量的同时对上部结构进行保护。
3.2.4桩基法
   这种方法主要是通过钢筋混凝土的使用来加固预制桩,因为钢筋混凝土预制桩有着较强的抗压能力以及较低的消耗成本,无论是质量方面还是施工速度方面都能够进行保障,所以这种技术的使用程度也较为广泛。同时,在地基土层较高的情况下,工作人员能够在借助灌注桩进行施工,完成承载台的设置,通过沉管以及冲钻管道的形式来进行灌注桩,以上两种方式都能够起到较好的加固地基的作用。但是,在实际作业的时候,沉管和冲钻管道并不简单,如果不能按照规定和标准使用,会起到相反的效果,对施工质量以及施工进度造成影响。为了使其效果不被破坏,相关单位应当时刻对作业情况进行监督,保证整个工程的顺利进行。
3.3危旧房屋的结构加固原则
          由上述内容可见,建筑结构的加固改造工作非常复杂且繁琐,还要多次推敲加固方案,直至符合要求。因此,为了避免重复错误,也为了减少不必要的经济损失,危旧房屋结构的加固工程一定要遵循以下几个原则。
3.3.1结构体系总体效应原则
          一般来说,加固工作都是作用到危险构件上面,也就是说加固具有较强的针对性。为了保证加固作业完成之后不会对建筑物的外观以及整体结构造成影响,应当对其总体效应进行考虑。例如,在加固建筑墙体或者墙柱的时候,大多数都需要将建筑结构整体动力特性进行改变,在这种情况之下就会形成薄弱层,使建筑整体抗震性大打折扣;在维修楼顶或者改造屋面的时候,基础结构所承受的荷载就会增加。所以说,在制定实际的加固方案的时候,应当从全局视角进行考虑,也就是考虑建筑结构整体状况,一定不能只加固有问题的部分而忽略建筑整体。
3.3.2先鉴定后加固
          在进行加固改造工作之前,相关人员一定要首先对既有建筑进行全面检查并且鉴定其可靠性,对该工作对象了如指掌,细微到清楚了解其不同部分的不同材料的性能以及结构体系等等,然后以此为基础分析结构的持力水平以及受力现状,综合考虑实际情况后再确定最终的加固方案,确保方案的科学性与可行性。所以说,在建筑结构加固改造作业中应当遵守先鉴定后加固的原则,才能够尽可能的避免作业过程当中的一些不必要的风险,消除作业隐患。
3.3.3材料的选用和取值原则
          在加固方案的设计阶段,取用材料时应注意其强度必须与原有结构强度一致,如果二者的种类、性能以及各个方面的参数都相同,则需要在原设计值的范围内完成取用。如果是在无法得到原有结构材料强度的情况下,应当通过实测法完成加固材料强度的评测,之后在现有的标准之下完成取值。
3.3.4加固方案的优化原则
    实际的加固方案有着多样性的特点,很多时候实际的加固作业不只有一种方案,比如在构件承载力不足的情况下,能够通过对截面积的增大进行加固,能够通过体外配筋的形式完成加固,能够通过增加支点的形式完成加固,应当根据方案的特性以及实际加固条件完成方案的选择,也就是优化原则。优化的主要因素有以下几点。首先就是加固方案技术是否可靠,其次是实际的施工以及技术操作是否便捷,第三是加固作业是否能够在最大程度上降低成本,最后是原有结构的现状以及加固后的受力特点。除此之外,还应当考虑到加固作业对于周围的影响。
4.结语
          一方面,随着社会的发展人们对建筑整体结构的要求在不断提高,另一方面,无容置疑的是我国目前的房屋结构加固和鉴定技术水平仍然存在不足,还有很大的上升空间。因此,技术人员以及研究机构一定要深入到具体的工程实践中,使研究探索更加有效,采用更加先进的结构加固改造技术。除此之外,还要更新升级结构鉴定软件,以此完善危旧房屋结构检测鉴定与加固工作,进而促进我国建筑行业的健康发展。
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作者简介:彭友(1975.12—),男,土家族,湖南省龙山县人,本科,工程师,主要从事房屋安全鉴定工作和房产测绘工作。

         
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