混凝土建筑结构改造加固方法及技术要点

简述混凝土建筑结构改造加固方法及技术要点【摘要】目前，我国建筑已开始从大规模新建时期迈向了新建与维修并重时期。加固改造工程由于结构受力的特点，其设计和分析具有较大的技术难度。同时由于施工条件因素，其施工难度也较建造新的建筑为高。实践表明，对房屋结构的加固和改造具有显著的经济效益和社会效益。【关键词】混凝土 建筑结构加固方法技术要点 建筑物改造加固工程是按照：发现、提出问题检测鉴定加固设计专业施工正常使用5个步骤进行，加固后应使结构的强度、刚度、抗裂性、稳定性和耐久性满足使用要求。一、既有建筑物改造加固的主要原因分类损坏原因损坏现象材料因素水泥质量不合格或选择不当1、水化热过大引起温度应力，导致混凝土开裂2、含碱量过大遇膨胀性集料发生反应膨胀砂、石质量不佳1、泥量高，引起强度不足2、海砂含盐量高引起钢锈3、硬性集料引起膨胀损坏设计因素安全度不足和对环境作用估计不足1、构件承载力不足使结构开裂或变形2、意外载荷作用而破坏，如爆炸等3、设计中出现错误使用因素1、经过一定使用期后，由于技术改造， 需要增加荷载或扩大柱网，改变使用功能2、遭受水灾、风灾、火灾及地震等灾害，使结构构件遭到破坏3、地基不均匀沉降4、既有建筑物的抗震加固施工因素配料不准，搅拌不匀1、混凝土强度不足2、匀质性差浇灌振捣不实或间隔时间太长，留有施工缝1、混凝土不密实、蜂窝、孔洞2、沿施工缝渗水保养不好1、初期养护不好而干裂或表面失水疏松2、早期受冻配筋偏差1、钢筋位置不当，承载力下降2、保护层不足模板变形或漏浆1、构件表面有麻面2、结构尺寸不准环境因素冻融循环作用冻害（开裂或表面损伤）腐蚀介质作用1、混凝土腐蚀损伤2、钢筋锈蚀碳化、海水、海风作用1、混凝土腐蚀损伤2、钢筋锈蚀二、既有建筑物改造加固检测与评价既有建筑结构状况的检测与评价是对其结构及构件的材料质量和工作性能方面所存在的缺损状况进行详细检测、试验、判断和评价的过程，其包含的项目内容大致上可分为如下两个方面：一方面是结构材料缺损状况诊断，包括材料损坏程度检测，材料物理、化学和力学性能测试及缺损原因的分析判断等；另一方面是结构整体性能、功能状况鉴定，包括结构承载能力(强度、刚度和稳定性等)的鉴定等。1、混凝土强度测定现场测定构件的混凝土强度是工程中经常要求测试的项目，目前测试方法主要有回弹法(即schmidt锤法或表面硬度法)、超声波法、超声波一回弹综合法、贯入法、断裂法、拔拉法、拉脱法和取芯样试验法等，应结合具体工程选择合适的一种或几种方法测定。2、构件材料缺损的检验混凝土构件中常见的缺损有裂缝、碎裂、剥落、层离、蜂窝、空洞、环境侵蚀和钢筋锈蚀等。3、钢筋锈蚀的评价技术混凝土的密实度、渗水性、含水量、含氯盐量、碳化深度、保护层厚度不足和开裂等缺损，是导致钢筋锈蚀的诸多因素，反之，钢筋锈蚀膨胀又促使混凝土进一步破损。对钢筋锈蚀的评定技术可分为直接评定和间接评定两种。4、可靠性评价结构检测鉴定的目的是根据检测结果，依据现行国家和行业标准，对结构构件进行验算、分析，找出薄弱环节评价其安全性和耐久性，提出改造加固建议。三、既有建筑物改造加固的原则和注意事项结构或构件经过检验和可靠性鉴定后，认为不满足使用要求时，就要进行加固处理。结构加固方案的选择和加固设计对加固改造工程的质量和经济性有很大的影响，是加固改造项目成功与否的关键。在结构加固方案的选择和设计时，应根据可靠性鉴定结果，根据原有结构的实际情况和加固改造的目的和加固后的使用要求，在对加固前后结构体系和结构构件受力状况进行全面分析的基础上，并充分考虑施工队伍的技术水平和施工场地条件，进行综合分析，选择合理的加固方案，使其达到加固效果好，对使用功能影响小，技术可靠，施工方便，经济合理，外观整齐。加固设计重点和难点是节点处理，要通过合理构造设计，确保节点受力合理、可靠、连续。加固施工是加固改造过程的主要环节，是实施加固设计、保证加固质量的关键，应考虑生产、生活与加固施工的相互影响。有限的施工场地、原有结构、构件的制约等对施工方法和施工质量都有影响。现场的施工操作应精细化，特别是节点处施工要求更高。由于大多数加固工程的施工只能在部分卸荷的情况下进行，且加固施工中对原结构也有不同程度的损伤，因此，施工安全很重要，施工前必须做好安全支撑，避免发生意外。加固工程竣工后，应由使用单位或主管部门组织专业技术人员进行验收。四、现有建筑物改造加固的方法总得来说，混凝土结构加固主要可分为两大类：直接加固与间接加固，他们各有自身特点和适应范围，加固方案选取时要综合分析工程的实际条件和功能要求，在诸多方法中选择适宜的方法和相应的技术。（一）直接加固法1、加大截面加固法增大截面法是钢筋混凝土结构加固方法中最为常见，通过一定程度地增大构件截面尺寸、增加受力钢筋，从而提高结构构件承载力的一种加固方法。它可适用于混凝土梁、柱、板、基础等多类构件。采用增大截面法的优点在于：施工技术成熟，对施工人员无特殊的专业要求，施工方便，质量易于控制，可靠性高，可有效提高结构构件抗力，能够较大程度地提高受压构件的稳定性。但该方法也一定程度的受到空间、使用功能等条件的限制，其缺点表现为一定程度上占据建筑物空间缩小正常使用面积，现场施工湿作业工作量大，养护时间较长，特别在使用过程中加固对生产、生活有一定影响，而且会影响建筑物的结构外观。2、置换混凝土加固法该方法适用于受压区混凝土存在强度偏低或有严重缺陷达不到要求的混凝土梁、柱等承重构件的加固。置换法就是要把原有的缺陷部位局部清除并用新的混凝土替代，其优点主要表现为构件加固后能恢复原貌，且不改变原有空间和建筑结构布置（建筑净空不受影响），但该方法也存在缺点和不适用性主要表现为施工的湿作业时间长、清除旧混凝土的工作量大并需对周边有影响的原有结构进行必要的安全支撑。3、外包钢加固法该法主要是利用钢板、角钢等钢型材将混凝土构件（主要用于梁柱构件）包裹起来，一般沿构件角部设置角钢，横向设缀板或箍板，形成构件周边钢构架，通过钢构架共同受力提高构件的承载能力，适用于在允许少量增大原构件截面尺寸，但又要去大幅度提高构件承载能力的混凝土结构构件，一般主要有干式外包钢法和湿式外包钢法两种。其中干式外包钢法型钢与构件间无任何连接，承载力的提高相比湿式加固法小，目前实际工程上使用已不多；湿式外包钢法是应用环氧树脂、环氧水泥砂浆等粘结材料将钢材和原构件混凝土面层紧密连接，整体性较好，构件的承载力和延性明显提高，实际工程使用较多，这种加固施工方法施工简便、易操作，较为可靠，同时其对使用空间影响小、现场工作量也较小，施工时间较短，但存在用钢量较大的缺点，加固费用相对较高，另外该方法不宜在60以上高温场所且无防护的情况下使用。4、粘贴钢板加固法粘贴钢板加固法是采用结构胶粘剂将钢板粘贴固定于混凝土结构构件表面，使钢板与加固混凝土构件形成结构整体，来达到提高结构承载能力的目的。该方法适用于建筑工程受弯、受拉构件的加固。该法有基本不改变原结构截面尺寸、施工工艺较为简单、工期短、技术可靠性高、工艺成熟且加固效果较好等优点，特别随着该技术的推广应用，单位面积加固费用呈下降趋势，一般情况下，与其它加固方法相比，综合成本是合理的，是当前一种前景十分看好的加固方法。5、粘贴纤维复合材加固法纤维复合材主要包括碳纤维（cfrp）和玻璃纤维（gfrp）二种，而目前加固市场上主要采用碳纤维材料。碳纤维加固法是近年来以迅速发展起来的一种混凝土结构加固技术，它通过将高强度碳纤维织物或预成型板材通过改性环氧树脂粘贴于被加固构件表面达到改善结构受力性能的目的。碳纤维布具有很高的抗拉强度和弹性模量，并具有比钢材更好的抗疲劳性能，质量比钢材小很多，碳纤维材料具有优良的抗化学腐蚀能力和耐久性，且能适用各种复杂形状混凝土的粘贴要求，因此被广泛应用于钢筋混凝土结构构件的加固，主要用于受拉和受弯构件承载力不足的加固，而用其进行缠绕约束作用时，也可用于受压构件的加固，可以有效增强被加固构件的延性，适用于结构抗震加固。在施工方面，粘贴后对原结构自重和构件尺寸没有影响，功效高，不需要大型施工机具。此外，还有用于混凝土受弯和大偏心受压构件的钢丝绳网片聚合物砂浆外加层加固法；用于提高钢筋混凝土柱的位移延性的绕丝加固法。由于这二种加固法实际工程使用相对较少，在此不作详细介绍。（二）间接加固方法l、增加支承加固法通过增设支撑点减小结构计算跨度、改变结构传力途径从而提高承载能力的加固方法被称为增加支承加固法；根据支承结构受力性能的区别分为刚性支点和弹性支点两种。该法适用于对使用条件和外观要求不高的建筑物，抢险工程的临时性支顶，具有受力明确、易于安装拆卸、简单可靠等优点；缺点表现为显著影响使用空间，对建筑物的原貌和部分使用功能造成一定损害。2、预应力加固法设置外预应力拉杆或撑杆并施加预应力使拉杆或撑杆受力，改变原结构应力分布，达到降低结构原有应力水平，提高结构承载能力的加固方法是预应力加固法。该法具有三重效果改变结构应力分布、卸载和加固，对其它加固方法中常见的应力应变滞后现象能较好地消除；因此在重型结构、大跨度构件或处于高应力、高应变状态下的混凝土构件的加固中适用，但其缺点表现为：对原结构外观有一定影响，且在无防护的情况下，不宜用于混凝土收缩徐变大的结构，也不能用在60以上温度环境中。各类加固方法都有其适用性，同一加固方法可以运用于不同构件类型，同一种构件类型也可采用不同的加固方法。甚至同一构件也可同时采用多种加固方法，如某根梁超筋需加高截面，同时再粘贴箍板解决斜载面抗剪。针对上述加固方法配合使用的技术有裂缝修补技术、植筋技术、锚栓技术及钢筋阻锈技术等，改造加固时必须恰当正确地使用这些技术，才能确保工程质量。五、相关技术要点1、加固设计时必须严格按混凝土结构加固设计规范进行承载力计算，不能随意估计。对受弯构件采用粘贴钢板及粘贴纤维加固后提高的承载力不应超过40%，且应控制不超过最大配筋率。2、加固施工前，施工单位必须根据实际做安全支撑方案设计并实施到位，特殊情况设计单位应参与确定支撑方案。3、框架梁柱节点，柱、墙与基础连接节点加固设计与施工质量，直接影响整个工程的加固质量，节点部位加固设计及施工均难度较大，且容易不被重视，处理不当给工程造成重大安全隐患。因此设计单位必须结合工程实际，选择恰当的方法做好加固节点设计，满足结构构件传力要求，施工单位必须严格按图纸要求精心施工，确保设计要求的实现。4、粘贴钢板加固法钢板粘贴到位后是不允许再焊接的，因结构胶不耐高温，因此无论是设计还是施工都必须保证无焊接。5、加固用砼强度等级应至少比原结构构件高一个等级，一般应采用微膨胀混凝土较好。6、为确保垂直方向加固混凝土与原构件混凝土的紧密结合，顶部采用斜模板是个好方法，但要注意斜模板顶面应至少高出结合面100mm，确保挤密结合面混凝土。7、被加固构件的表面粉刷层必须凿除，且构件混凝土表面应做凿毛处理（粗糙处理）并清理干净。以确保加固后结构构件整体性。8、为满足防火及耐久性要求，对外粘型钢、粘贴钢板、粘贴纤维表面应涂环氧树脂后粘粗砂，再粉20厚水泥砂浆保护。9、加固施工时，原结构构件应最大程度地卸载，以达到预期的加固效果。10、为保证安全，加固施工时，相关区域应停止使用，无关人员撤离。11、设计文件应明确改造加固设计合理使用年限。12、在改造加固实践中，对某些内部隔墙较多的框架结构建筑物，可以考虑采用轻质隔墙替换原较重砌体隔墙的办法，经计算达到不需加固或减少加固工程量的目的。13、承接建筑物检测鉴定、改造加固设计、施工的各单位必须具有相应规定的资质。除此之外，由于改造加固工程无论是设计还是施工难度和技术要求均高于新建工程，建设单位（业主）在选择单位时应重点考察是否具有相应的工程经验。这对确保改造加固质量至关重要。六、结束语：实践表明，由于新的基础理论的日臻完善和新材料、新工艺的不断出现，对既有建筑物进行加固和改造，越来越显示其显著的经济效益和社会效益，而新的加固材料的研制是推动加固技术发展的动力。以往的经验告诉我们，检测鉴定技术的发展依赖于检验测试仪器的发展，加固技术的发展依赖于新材料的发展。由轻质、高强、抗腐蚀、耐高温的新材料构成的效果好、易施工的加固方法可推动加固材料的发展。随着我国经济社会发展，满足不断变化的使用要求，确保人们生命财产安全，对既有建筑的改造加固必将成为大有可为的朝阳产业。参考文献：1卓尚木.钢筋混凝土结构事故分析与加固m.北京:中国建筑工业出版社.1997.2万墨林，韩继云.混凝土结构加固技术m.北京:中国建筑工业出版社.1995.3卜良桃，王济川建筑结构加固改造设计与施工m长沙：湖南大学出版社.20024张富春，林志伸，肖良钊等建筑物的鉴定加固与改造m北京：中国建筑工业出版社.19925袁广林钢筋混凝土结构的加固与修复j混凝土与水泥制品.1997(4)55576 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