原创《既有建筑改造结构体系加固原则和应用》
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【摘 要】当前,我国建筑业已进入新建与维修改造并重,并必将建设重点转向既有建筑物改造、维修、加固方面的新时期.过去建造的低标准建筑在经过数十年的使用后已不能满足经济发展和使用变化带来的新的需求,需要进行维修、加固及现代化改造.另外,随着国家抗震规范的调整,有大量抗震设防不满足要求的建筑需要进行加固改造,因此,既有建筑结构的改造加固在将来的建筑行业将占主导地位.
【关键词】混凝土结构；设计原则；加固设计；方法
既有建筑工程混凝土结构加固设计明确加固设计的内容和范围,从整体上考虑结构的整体性、牢固、构造合理、连接可靠,适用经济,同时与实际施工方法紧密结合,采取有效措施,保证新增构件和部件与原结构连接可靠,共同工作.在具体加固方法上,要根据梁、板、柱、墙等构件类型,分析其受力和损伤特点,采用合理的加固方法,做到安全、适用、经济、可靠.
1、既有建筑工程中混凝土加固设计的目的及原则
1.1 建筑工程中的混凝土结构加固设计的目的
在社会发展过程中对具有历史价值建筑的保护,建筑物材料老化、环境侵蚀等自然因素影响,设计失误、施工不当等人为过失,荷载加大、使用功能改变等,以及设计规范对安全度要求提高、安全储备的要求提高等诸多原因,大量建筑物、构筑物等工程的结构强度、刚度、变形或局部和整体的稳定性等不能满足要求,从经济性或文化保护的角度考虑,这些建筑不允许或不宜推倒重建,因此就需要对其进行加固和修复.
对于既有建筑而言,其结构需要延长使用年限、改变使用用途、改建、扩建或出现安全隐患需要进行加固、修复等,均应对其进行评定、验算或加固设计.建筑工程中混凝土结构加固设计目的主要是通过对结构或构件进行加固以提高结构或构件的安全性、适用性、耐久性及抗灾害能力,提高结构的安全度以减少事故的隐患,保证结构满足正常的使用要求.
1.2 结构体系加固的原则
结构加固是以提高或恢复建筑物结构降低的或已丧失的可靠性, 使其失去部分抗力的构件或结构重新获得或大于原有抗力为目的, 其主要包括如下内容: 提高结构构件承载力、通过增加结构构件刚度来降低荷载作用下的变形及位移、增强构件稳定性以降低结构裂缝开展并改善其耐久性.对于需进行加固的结构, 应依据相应加固原则进行加固.
结构加固的一般原则包括以下几点: 应避免一些不必要的更换及拆除, 如果设计时的安全储备可以利用, 通过修补就可以解决问题的不应进行加固, 这样可以避免加固中导致的结构受损加剧及新问题的出现; 若结构存在损伤已对结构安全造成影响, 危及人民的生命财产安全, 同时具有修复及保存价值或者相对拆除重建更加经济时, 应对其进行加固; 对于文物及一些有纪念意义、艺术价值及历史价值等的建筑物, 亦应进行修复和保存; 应对加固工作中可能会出现的结构倾斜、失稳、坍塌以及过大变形等问题, 在加固设计文件当中提出相应安全措施, 同时要求施工单位严格执行; 未经鉴定及许可的加固工程, 加固后不得改变结构的用途及使用环境.
2、加固技术及其应用
2.1 直接加固法
2.1.1 增大截面法
在钢筋混凝土结构加固中, 增大截面加固法是通过使用同种材料增大原结构构件的截面面积, 进而提高构件的承载力及刚度的加固技术,一般被用于轴心受弯、受压、截面受剪、偏心受压的构件截面增大中, 其应用案例主要包括常见的柱、梁、板等.增大截面法是一种传统的加固方法, 具有技术成熟便于施工、可靠性强、适用面广、对构件抗力及刚度提升幅度大等优点.截面加固法的应用中, 应考虑整体结构, 不可仅局限于局部的加大, 以避免整体结构局部薄弱层出现重大事故.增大截面法也存在着一些弊端, 如会在一定程度上降低建筑物使用空间、加大结构自重, 并且进行钢筋混凝土构件的加固时, 现场的湿作业工作量较大, 且养护期也较长, 会对建筑物的使用带来一定影响.
2.1.2 置换加固法
该法的优点与加大截面法相近,其优点是构件加固后能恢复原貌,不改变原使用空间；缺点是剔除旧混凝土的工作量大,易伤及原构件的钢筋,且湿作业时间较长；适用于受压区混凝土强度偏低或有严重缺陷的梁、柱等混凝土承重构件的局部加固.
2.1.3 外部粘钢法
外部粘钢加固法是指按照加固设计的要求,通过粘结剂将钢板粘贴于混凝土或钢结构表面之上, 使之共同工作的加固技术.该法具有施工便捷、取材容易的优点, 可在几乎不使构建外观及使用空间发生变化的条件下, 大幅提升其承载力和使用性能.通常使用外部粘钢加固法将钢板粘在梁底的受拉区以提升高粱承载力, 将钢板粘于梁侧还可提高梁斜截面的承载力.
2.1.4 外粘型钢加固法
其优点为受力可靠、能显著提高结构、构件的承载能力、对使用空间影响小、施工简便且湿作业少；缺点是对使用环境的温度有限制,且加固费用较高；主要用于柱、桁架、梁和一般构筑物的加固.
2.1.5 粘贴纤维材料法
随着材料科学的发展, 很多轻质高强度的复合材料被应用于结构加固中, 如碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维等.纤维合成材料是通过树脂类的胶结材料在混凝土表面上粘贴纤维布, 进而达到对构建的补强加固和改善结构的受力性能的目的.与传统混凝土结构的加固技术相比, 粘贴纤维材料法具有高强高效、施工便捷、耐腐蚀和耐久性能极佳等明显优势.
2.2 间接加固的方法
2.2.1 增加支承加固法
该法是通过减少受弯构件的计算跨度,达到减少作用在被加固构件上的承载效应,提高结构承载水平的目的；其优点为受力明确、简便可靠,且易拆卸、复原；其缺点是显著影响使用空间；该法用于对使用条件和外观要求不高的场所、抢险工程的临时性支顶等的梁、板、桁架的加固.
2.2.2 预应力加固法
预应力加固法是通过外加预应力钢拉杆或者型钢撑杆进行结构加固的方法.该法是通过对钢拉杆或者型钢撑杆施加预应力, 使其受力来影响和改变原结构的应力分布, 降低结构原有的应力水平, 较好消除普遍存在于一般加固法中的应力应变的滞后现象.预应力加固法可促进原结构与后加部分较好地协同工作, 显著提升结构总体承载力.该法有加固、卸载及改变结构应力分布的效果, 应用于大跨度的结构加固中, 可对其他加固方法无法实施或者加固效果较差的高应力应变下的大型结构进行加固.
结语：
对既有建筑进行改造加固, 要尽量避免大规模整改, 以节省效益.在改造加固过程中, 要对多种加固方法进行分析评价, 以寻找较为合适的方法, 做到既有工作效率, 又能借鉴人力物力.
参考文献：
[1] 陈力莹. 建筑改造加固工程施工安全风险及原因[J]. 建材与装饰.2018(19)
[2] 王平山. 既有建筑改造结构体系加固原则与应用研究[J]. 结构工程师.2017(03)
[3] 梁洋, 毕既华. 既有建筑改造的监管机制研究[J]. 沈阳建筑大学学报( 社会科学版).2017(01)
作者简介：
滑成,出生年月（1982.3-）性别：男,学历：大学本科,职称：工程师,研究方向：建筑结构加固.
应用研究论文参考资料：
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