探討建筑結(jié)構(gòu)的加固及修復(fù)技術(shù)

1、    探討建筑結(jié)構(gòu)的加固及修復(fù)技術(shù)    于廣深摘要：本文闡釋了常規(guī)建筑加固與修復(fù)的主要特點(diǎn)、適用范圍和施工重點(diǎn)。結(jié)合工程體會(huì)，指出了在建筑結(jié)構(gòu)加固與修復(fù)中，需要注意的一些問(wèn)題。探討了國(guó)內(nèi)常用的直接加固和間接加固修復(fù)技術(shù)。關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；檢測(cè)；加固；修復(fù)伴隨城市規(guī)模的擴(kuò)大，人口的急劇增長(zhǎng)，日益嚴(yán)重的環(huán)境破壞，各類資源的匱乏，導(dǎo)致人類的生活條件和質(zhì)量不斷惡化。同時(shí)，過(guò)度集中和無(wú)序的建筑建設(shè)，使建筑與環(huán)境的矛盾日益顯著。控制建筑物的數(shù)量與合理規(guī)劃，成為現(xiàn)代建設(shè)必須重視的問(wèn)題，同時(shí)，提高現(xiàn)存建筑壽命及功能，則成為當(dāng)務(wù)之急的使命。一、結(jié)構(gòu)加固的現(xiàn)狀自上世紀(jì)7

2、0年代末實(shí)行改革開(kāi)放以后，我國(guó)各類房屋建筑以及城市設(shè)施快速增加。據(jù)相關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，我國(guó)現(xiàn)存的各類建筑總面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于100億m2，其中以混凝土及砌體結(jié)構(gòu)占主流。新中國(guó)建立初期，大量工業(yè)與民用建筑的服役期幾乎都超過(guò)50年，存在安全隱患。由于勘察、設(shè)計(jì)和施工中的技術(shù)和管理問(wèn)題，一些新修建的工程項(xiàng)目在初期就存在安全隱患。如果不及時(shí)采取措施，將導(dǎo)致嚴(yán)重的事故。因此，每年國(guó)家投入大量資金用于建筑的加固修復(fù)，形成巨大的市場(chǎng)空間。在功能上，一些現(xiàn)有建筑采取舊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已不能滿足需求，促進(jìn)了建筑加固修復(fù)專業(yè)的發(fā)展壯大。特別是，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，舊城改造已成為各大、中城市的共同熱點(diǎn)課題。為建

3、筑加固修復(fù)業(yè)帶來(lái)了史無(wú)前例的機(jī)會(huì)。二、結(jié)構(gòu)加固的傳統(tǒng)方法及特點(diǎn)通常情況下，由于災(zāi)害（如火災(zāi)、腐蝕、凍害）或施工質(zhì)量問(wèn)題或功能改變等因素，會(huì)出現(xiàn)須加固結(jié)構(gòu)承載能力不足的現(xiàn)象。多數(shù)是從提高結(jié)構(gòu)的有效受力面積出發(fā)（如加大載面法）減小截面的應(yīng)力，或者直接改變結(jié)構(gòu)的受力體系，改變其傳力途徑（如增加支撐法等）從而降低結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力，最終達(dá)到加固的目的。a）混凝土結(jié)構(gòu)加固方法，b）砌體結(jié)構(gòu)加固方法，c）鋼結(jié)構(gòu)加固方法。根據(jù)實(shí)際條件與要求，選擇合適的結(jié)構(gòu)加固方法。目前，土建結(jié)構(gòu)常用的幾種傳統(tǒng)加固方法，主要是以下幾種：1.預(yù)應(yīng)力加固法指在原結(jié)構(gòu)上增加預(yù)應(yīng)力構(gòu)件，來(lái)承擔(dān)原結(jié)構(gòu)上所受的相應(yīng)負(fù)載，從而提高原結(jié)構(gòu)的承載

4、能力的方法。目前使用較多的主要是體外預(yù)應(yīng)力加固法。預(yù)應(yīng)力法加固效果好，能較大幅度地提高結(jié)構(gòu)整體承載力。但加固后對(duì)原結(jié)構(gòu)外觀有一定影響；比較適用于大跨度或重型結(jié)構(gòu)的加固以及處于高應(yīng)力、高應(yīng)變狀態(tài)下的混凝土構(gòu)件的加固。但不適合混凝土收縮變大的結(jié)構(gòu)，此外，加固后需要觀測(cè)預(yù)應(yīng)力鋼筋的防腐問(wèn)題。2.增大截面加固法通常用于受彎構(gòu)件，是指在原構(gòu)件的上部或下部澆一層新的混凝土和補(bǔ)加相應(yīng)的鋼筋，從而達(dá)到提高原構(gòu)件承載能力的目的。歸屬較為傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)加固法，具有成熟的設(shè)計(jì)和豐富的施工經(jīng)驗(yàn)；工程成本相對(duì)較低，可用于梁、板、柱、墻和一般構(gòu)造物等多種混凝土結(jié)構(gòu)的加固。其主要缺陷是現(xiàn)場(chǎng)施工的濕作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，而且會(huì)帶來(lái)建筑凈空

5、的明顯減少。3.改變受力體系加固法包括在梁的中間部分增設(shè)支點(diǎn)（剛性支點(diǎn)或彈性支點(diǎn)），將多跨簡(jiǎn)支梁變?yōu)檫B續(xù)梁等方法。改變結(jié)構(gòu)的受力體系能大幅度降低計(jì)算彎矩，提高結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的承載力，達(dá)到加強(qiáng)原結(jié)構(gòu)的目的。此法簡(jiǎn)單，且效果可靠。但加固量較大，易損害建筑物的原貌和使用功能，通常還會(huì)減小建筑的使用空間。由于所增加的支撐構(gòu)件一般需要將荷載傳遞到基礎(chǔ)上，適用于整個(gè)建筑的加固。4.粘鋼加固法通過(guò)在構(gòu)件外側(cè)粘貼鋼板，鋼板運(yùn)用膠粘劑與原構(gòu)件共同作用，從而增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗彎和抗剪力，提高結(jié)構(gòu)安全性能。目前，發(fā)展最快的一種加固方法是承受靜力作用且處于正常濕度環(huán)境中的受彎構(gòu)件的加固。特點(diǎn)是施工便捷，僅卸荷和按要求除銹后即可

6、施工。現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)量少，加固后全天即可使用，且加固后對(duì)原結(jié)構(gòu)自重、外觀尺寸和原有凈空無(wú)明顯影響，可明顯提高構(gòu)件的剛度和承載力，且價(jià)格低廉；但加固質(zhì)量很大程度上取決于膠粘劑質(zhì)量和施工的水平，特別是粘鋼后一旦發(fā)現(xiàn)空鼓，進(jìn)行補(bǔ)救比較困難。5.外包鋼加固法以角鋼外包于原構(gòu)件四角，角鋼間用扁鋼焊接形成整體鋼構(gòu)套的加固方法，提高構(gòu)件的承載力和延性。一般是在要求不顯著增大構(gòu)件截面，同時(shí)又可以大幅度提高結(jié)構(gòu)承載能力的情況下采用，特別是結(jié)構(gòu)柱周圍裹鋼，結(jié)構(gòu)受力比較可靠，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)的工作量也較小，結(jié)構(gòu)截面增加也不大。主要缺點(diǎn)是較大的鋼材用量，加大工程成本；在節(jié)點(diǎn)處理上有難度。三、結(jié)構(gòu)加固的新方法及發(fā)展由于自身的局限性

7、，并不能滿足具體某種程度的耐久性和美觀需求，或受施工條件的限制而無(wú)法實(shí)施。全新的加固技術(shù)，如粘貼纖維復(fù)合材料加固法、鋼絲網(wǎng)水泥砂漿加固法、纖維材料的嵌入式加固法等，這些技術(shù)從一開(kāi)始引進(jìn)和在國(guó)內(nèi)普遍應(yīng)用，以其優(yōu)異的性能、特點(diǎn)和加固效果取得工程界的廣泛認(rèn)可。以下重點(diǎn)說(shuō)明粘貼纖維復(fù)合材料加固法：八十年代末到九十年代初，在發(fā)達(dá)國(guó)家興起的纖維材料（frp）加固修補(bǔ)土建結(jié)構(gòu)技術(shù)，因優(yōu)點(diǎn)多，效果顯著，已成為廣泛使用的一項(xiàng)技術(shù)，并徹底產(chǎn)業(yè)化。根據(jù)纖維材料的差異，分為玻璃纖維材料、碳纖維材料和阿拉米德材料。其中，又以碳纖維材料cfrp最具代表性，其性能特點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面：（1）性能優(yōu)良的物理力學(xué)：其抗拉強(qiáng)度

8、為普通鋼材的10倍以上，彈性模量相當(dāng)于普通鋼材的1.12.4倍；而且纖維片材重量輕，比重僅為鋼材的1/4；厚度小，一般片材增強(qiáng)層厚度在0.1mm0.2mm之間，因此基本上不增加結(jié)構(gòu)截面尺寸和自重。（2）現(xiàn)場(chǎng)施工方便：沒(méi)有濕作業(yè)和明火施工，占用場(chǎng)地小，也無(wú)需大型施工機(jī)具，因此施工方便、工效高、施工質(zhì)量容易得到保障。（3）使用范圍廣：可用于梁、板、柱及橋梁、隧道、煙囪等多種結(jié)構(gòu)的加固補(bǔ)強(qiáng)。特別是在曲面殼體和復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的加固中，具有其它加固方式無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，與混凝土的有效接觸面積可達(dá)100%。（4）良好的耐久性和耐腐蝕、抗磁性等性能特點(diǎn)。該材料技術(shù)始于上世紀(jì)80年代中期的土建結(jié)構(gòu)加固。1991年歐洲首先用cfrp完成了國(guó)際第一座橋梁加固后，該項(xiàng)技術(shù)在世界上迅速推廣，特別是在上世紀(jì)90年代中期日本阪神大地震后的重建過(guò)程中，該項(xiàng)技術(shù)得到大量的應(yīng)用。四