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摘要:随着社会快速发展,我国建筑行业进入转型期。一方面,随着国家相关政策的出台以及耕地面积不断减少等因素,要求人们必须重视环境保护问题,构建绿色型社会。新建建筑不断减少,建筑行业开始转向加固改造;另一方面,随着物质生活的不断丰富,人们不仅追求建筑物要能保证基本的工作生活,而且对建筑物的质量及功能提出了更高的要求,这也促进了行业转型。对既有建筑物进行维修加固,提升结构耐久性成为建筑业发展的必然,且开始占据越来越重要的地位。
关键词:建筑结构;维修;加固;措施
1 既有建筑维修加固的意义
1.1 提高建筑物的使用寿命
建筑物在实际使用过程中,不可避免地会因为使用功能的变化,或者受到外界环境的影响等因素,结构本身存在一定的损伤。我国建筑的使用寿命一般为50年,房屋在短期内拆除重建不仅浪费社会资源,而且对环境造成严重污染。在此情况下,对建筑物进行检测加固以延长建筑物寿命的做法是符合社会发展需求的方式。
1.2 提升建筑物的安全性
建筑物建设过程中每一个环节出现问题,都可能造成结构本身存在安全隐患;另一方面,随着建筑物使用年限的增加,原设计安全系数不足,已不满足现在的使用标准;又或者居住者擅自更改房屋的使用功能或房屋结构,而引发出一系列的安全问题等情况,均能通过对建筑物进行加固的方式,提高建筑物的安全性,使问题得到有效解决。
2 结构加固的基本原则
2.1 结构的整体性原则
整个结构的安全性不仅取决于加固部分,而且取决于原结构构件间的相互连接程度。因此,在做加固方案时对与实际施工方法相结合,充分考虑结构现状,保持加固后的建筑整体仍具有足够的延性和冗余度,尽可能地避免加固过程对结构其他部分造成不利的影响。
2.2 采用先治理后加固的原则
由高温、高湿、低温、冻融、振动、化学腐蚀、地基不均匀沉降、温度应力等影响因素引发的原结构损坏,应采取有效的治理措施,把握处理问题的时机,使加固后的建筑在使用过程中尽可能避免相同原因的再次损坏。所以,一般来说,结构的加固应采取先治理后加固的原则(不排除特殊情况下采取先加固后治理的情况),保证加固后的结构能够正常安全使用。
2.3 三方沟通,效益最大化原则
结构加固设计所面临的不确定因素很多,在加固时要请有资质的专业技术人员对结构进行检测,得出正确的结论。加固方案应在参考委托方提出要求的前提下,尽可能综合考虑技术经济效果,避免不必要的拆除或者更换。在加固设计文件中应提出相应的临时性安全措施,并明确要求施工单位严格实行,避免在加固过程中出现倾斜、失稳、过大变形或者坍塌等事故。另外,加固后的建筑在未经技术鉴定或设计许可时,不得改变加固后的结构用途和使用环境,加固后,随意改变其用途、使用环境、使用条件等,结构加固部分的安全性和耐久性会受到影响,也会存在一定的安全隐患。
3 常用的结构加固方法
3.1 直接加固法
直接加固法是直接增加结构构件或者节点的强度、刚度或者承载力的一类加固方法,主要有增大截面法、外粘型钢加固法、混凝土置换法、粘贴纤维复合材料加固法、粘贴钢板加固法等。
3.1.1 增大截面法
增大截面法是直接增大构件的横截面积,以实现提高其承载力、抗裂性和稳定性、提高结构刚度等目标的一种传统的加固方法,操作简单,施工方便,且设计及施工经验成熟,受力可靠,施工费用低廉。一般适用于梁、板、柱、墙等受弯、受压构件,在建筑加固中应用广泛。但此方法在现场施工湿作业工作量大,养护时间长,对生产、生活有一定的影响,且加固后建筑空间利用率有一定程度的降低,结构自重增大。
3.1.2 混凝土置换法
混凝土置换法是指剔除原严重破坏的混凝土,用新强混凝土替换以恢复原构件的承载力。该方法可用于严重缺陷的梁、柱构件的局部加固,还可用于承重构件受压区混凝土强度偏低的情况以及用于结构承重构件受腐蚀、火灾、冻害及地震灾害、强风和人为破坏后的修复。该方法能够使构件恢复原貌,净空得到保障,但同样存在湿作业面积大及养护时间长、凿除缺陷混凝土的工作量大的问题。
3.1.3 外粘型钢加固法
外粘型钢加固法主要采用外包形成钢骨架,约束核心混凝土变形,使加固后的结构整体能承受冲击和在和振动荷载。该方法适用于不允许原结构截面尺寸显著增大但又要求大幅度提高承载力和抗震能力的钢结构混凝土梁、柱结构的加固。该方法施工效率高,能够快速加固建筑物或构件。缺点是钢材消耗大,维修费用高,且因其在加固过程中以改性环氧树脂等结构胶作为粘结材料,该方式在温度高于600℃时不宜使用。
3.1.4 粘贴钢板加固法
粘贴钢板加固法利用粘胶剂将钢板贴在构件的受拉区、受弯区和大偏心受压的区域表面,形成新的承力系统。该类加固方法仅适用于加固只受轴向应力作用的构件(梁、板、桁架等),多用于混凝土桥梁加固。该方式的优点是施工快,几乎无湿作业,对生产、生活影响小,且加固后对原结构的外观和原有空间无显著影响,缺点是加固具有局限性,不能在复杂应力状态下工作,且环境对钢材的寿命影响较大。
3.1.5 粘贴纤维复合材料加固法
在需要加固的结构表面粘贴具有纤维增强效应的复合材料,在不增加自重的情况下能够显著提升结构的抗拉、抗弯性能。此方式具有耐腐蚀、耐潮湿、维护费用低、施工速度快、无湿作业的特点,在某种程度上甚至可以替代粘贴钢板加固法用于实际工程中。此方法不能对未满足配筋率的结构进行加固,且不耐高温,应避免阳光长时间照射或处于腐蚀环境中,不然会加速材料老化,影响加固效果。
3.2 间接加固法
间接加固法是通过把原有建筑结构上的受力转移到新增设的辅助结构上来,辅助结构通过与原结构共同工作,使得荷载被重新分配,从而提升结构整体承载力。
3.2.1 增设构件法
增设构件法是在结构中增设一个或者多个新的构件,通过新加构件支撑作用减少原构件的荷载、跨度或挠度。该方式适用范围广,施工步骤简单,进度快,且成本低廉,在抢险救灾工程中得到了普遍应用。但采用该方法需要考虑新增构件对现有建筑的影响,比如净高、使用条件等。
3.2.2 增设剪力墙加固法
该方法通过改变结构承力体系形成框剪结构,提升结构整体延性,使结构抗震性能得到明显提升。此方法适用于较低层数框架结构加固,用剪力墙替代梁、柱的大范围加固,有效减小工作量,不足之处是新建剪力墙会占用一定建筑空间。
3.3 其他方法
除此之外,还可以通过改变结构构件的刚度比、改变结构原有支撑、调整结构内力分配等达到加固目的。方式多种多样,在加固过程中一定要综合各类情况,制定出最适合的方式进行结构加固,使结构的耐久性得到有效提升。
4 结语
新型建筑不断发展,安全性和耐久性是关系到结构寿命问题的关键。科学、有效地对既有建筑物进行结构检测并进行维修加固,不仅能延长建筑物的寿命,而且能使人们的人身及财产安全得到保障,同时能响应时代的号召,构建“可持续发展”的社会,为后代留下绿水青山。
参考文献
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