浅谈混凝土结构改造加固设计

许卓俊

【摘要】从我国整个社会的发展过程中，可以意识到我国建筑已开始从大规模新建时期逐渐迈向了新建与旧建筑物改造并重时期。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，也将会开拓出一个新的发展方向。本文根据作者的设计经验，介绍了目前混凝土结构工程改造加固设计中常用的一些方法。

【关键词】混凝土结构；建筑加固改造；建筑结构加固方法；

一 概述

混凝土结构的改造与加固，一般是在已有结构的条件下进行设计，对可靠性不足或者业主因使用要求而令功能改变（如增加荷载、加建等）的建筑物的相关部分采取增强、局部改造或调整其内力等措施，使其具有设计规范及业主要求的安全性、耐久性和适用性。混凝土结构加固前，应进行可靠性鉴定，尚应按现行规范进行抗震能力鉴定。结构改造加固设计应充分了解设计意图和相关要求，严格遵循设计规范的相关规定，并根据不同的适用要求及受力情况，有针对性的采用不同的改造加固方法。另外，结构改造加固应避免大修大补，从实际出发要以施工作业方便、施工技术先进、经济效果好、加固质量高、建筑物安全可靠等原则去考虑。

二 根据工程实例对改造加固工程设计进行分析

1 . 施工作业条件许可及施工方便应作为必须考虑的条件之一

对于改造加固工程设计，首先要把施工作业条件许可及施工方便作为必要条件，没有良好的施工性是只能是纸上谈兵。有的加固方案虽然具有解决问题的可行性，但是，由于其方案在施工过程中增加了一定的施工难度，而造成施工工期长，影响日常工作或者对于设计方案现场情况较难实现等，也可能影响到加固质量。例如，某市财政局档案室加固，由于增设密集型档案室，根据荷载规范，密集型档案室荷载是15kN/㎡，比原来作为档案室的5.0kN/㎡要大得多，必须进行加固。原施工设计方案之一是采取加大截面加固法，即，通过增大构件的截面和配筋，用以提高构件的强度、刚度、稳定性和抗裂性，并达到加固的目的。经对设计方案分析，此方案工艺简单、适应性强，并具有成熟的设计和施工经验，但却存在一些不足之处。其一，因所有大梁必须将钢筋保护层凿除，钢筋外露，大梁承载力减小，考虑到在施工时，须时刻注意防护措施是否到位，麻痹大意则易出现意外事故；其二，加大的截面影响房屋外观和空间尺寸；其三，此方案现场施工的湿作业时间长，对办公和生活有一定的影响，且加固后的建筑物净空有一定的减小。基于这些原因，经与甲方商讨，改变加固方案，梁和板采用先进的粘贴碳纤维布和碳纤维板加固法，框架柱采用粘结外粘型型钢加固法。粘贴碳纤维布和碳纤维板加固法施工快速、现场无湿作业或仅有抹灰等少量湿作业，对办公和生活影响小，且加固后对原结构外观和原有净空几乎无影响，还具有耐腐浊、耐潮湿、、耐用、维护费用较低等优点。外粘型钢加固法，受力可靠、施工简便、现场工作量较小，比较适用于使用上不允许显著增大原构件截面尺寸，但又要求大幅度提高其承载能力的混凝土结构加固。贴碳纤维和外粘型钢总体上提高了加固质量，并能取得了良好的综合效益。在改造加固设计中，我们也应考虑在新技术、新材料、新工艺上写文章，不断的技术创新，以使改造加固达到最理想的效果。

2.不同类型改造加固工程设计分析

一般来说，改造加固工程常采用的方法有增大截面加固法、置换混凝土加固法、外加预应力加固法、外粘型钢加固法、粘帖纤维复合材加固法、粘帖钢板加固法、增加支点加固法等。随着科学技术的日新月异，与各种加固方法配套使用的植筋技术、锚栓技术、混凝土裂缝修补技术等也开始广泛应用于各类加固工程中。具体选用何种方案最能满足加固工程所要求结构安全，经济效益高的特点，应根据需要加固的构件情况，综合确定加固方案。

2.1 梁的补强加固。笔者认为，较为合理、经济、技术先进的加固方案当属粘帖纤维复合材加固法、粘帖钢板加固法。前者除材料费用高外，各种优势尽显其中，主要表现在自重轻，几乎不增加重量；强度高，固化后的碳纤维强度比钢材高达十几倍。后者以造价低，施工简单，占用空间小，加固效果好，明显优于加大截面法和预应力加固法。粘帖纤维复合材加固法和粘帖钢板加固法相对比较适合于建筑物的局部加固，而对于一些已使用多年的建筑物，普遍存在混凝土强度不足，结构材料缺损，混凝土开裂，钢筋锈蚀等现象而导致承载力不足，综合这些情况的分析，采用增大截面加固法相对比较适合。例如，某市民服务中心的改造工程，由于原建筑物是某厂宿舍，已使用近20多年，框架梁出现裂缝，某些梁可能由于施工的原因出现蜂窝的情况，钢筋锈蚀也多处可见，经计算复核需要整体性加固设计。加固设计时，考虑已有缺陷和损伤的状况，框架梁采用梁底增大截面加固法，如图一所示；梁箍采用粘贴U型钢板箍加强，如图二所示。增大截面加固法和外粘结型钢加固法相结合，对增大梁的强度，刚度和稳定性是效果明显，对建筑物的整体性也有保障的。该法施工工艺简单、适应性强，并具有成熟的设计和施工经验，在本改造工程中取得良好的效果。

2.2 柱的补强加固。较为常见的柱加固方法有外粘型钢加固法，即，在混凝土柱四周包以型钢进行加固，这样既不增大混凝土截面尺寸，又大幅度地提高混凝土柱的承载力。具体方法是将四根角钢用改性环氧树脂粘贴在混凝土柱的四个角上，角钢之间用扁钢拉紧焊牢。这种方法是“干法”作业，受环境（如温度等）影响小，施工速度快，工作安全可靠， 柱断面扩大的尺寸较小，对生产或使用影响较小；其缺点用钢量大， 造价高。如某市财政局档案室改造工程，由于功能改变，原设计一层柱子采用外粘型钢加固方案，将L100×6的角钢包于柱子四周并用缀条连接，并考虑美观要求，在角钢套箍外包钢丝网，然后用水泥砂浆抹面，加固大样如图三所示。這种加固方法在工程中取得良好效果。此外，常用的加固方法还有增大截面加固法，如某市住建局停车库改造，从房屋可靠性鉴定报告看出，某些框架柱混凝土强度不足，轴压比超限，采用增大柱截面的加固方法，同时可以根据受力特点和加固目的灵活设计为单侧、双侧或三面包套（如图四所示），这为一些位置难以施工的梁提供了灵活的处理方式。增大截面加固法的特点是结构受力图形没有改变，造价相对低；但由于是“湿法”作业，受环境影响大，工序多，工期长，影响建筑物的日常适用。两种加固方法相比较，外粘型钢加固法在施工过程中占用的空间较少，并且在完成对房屋建筑的加固之后还能够保持建筑的原貌，在房屋建筑外观与周边环境方面造成的影响较小。外粘型钢加固法相比起增大截面加固方法具有极其明显的特征，即建设周期短，工程施工所需时间非常少。外粘型钢加固法在原材料的选择以及使用的施工工艺上非常简单，是一种经济实惠的施工方法。这种结构加固技术不仅是一种快速施工技术，还是一种无湿作业，或者说是少量湿作业；不仅对房屋建筑的外观及周边环境影响小，而且在加固工程完成后对建筑结构不会产生任何不利影响

2.3 板的补强加固，较为常见的板加固方法除粘钢加固外和增大截面外，碳纤维加固工艺也是一种先进的加固工法。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。例如，某市国资委档案室加固（如图五所示），由于使用功能的改变，楼面荷载增大，楼板的承载力也不能满足要求，采用粘帖高强度碳纤维织布加固，使其满足现设计承载力和抗震要求。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，而且不需要大型施工机具。因此，采用碳纤维加固，与其它加固工艺相比，更具有耐湿耐潮、抗腐蚀强、自重轻、强度高、施工便捷、质量好的特点，加固性能均优于目前其它加固方法。

另外，对于加固工程，还有焊接补筋加固法、套箍加固法、喷射混凝土补强法、化学灌浆修补法、粘钢加固法、碳纤维加固法等，每种加固方法各有其特点及适应范围，只要行之有效，技术成熟，既满足加固要求，又经济实用，均可采用。

3.改造加固工程设计要在新技术、新材料、新工艺上写文章

优秀的改造加固工程设计要在工法上体现出其可行性、科学性、先进性。众所周知，一些加固工程采用过时的加固方法需要大量的人力、物力和时间，已不能满足当前加固工程质量、工期、安全、经济的要求，化学补强加固方法越來越以其明显的优势成为加固工程中的优选方案。例如，某商业大厦电梯提升一层的工程中的加固部分，就是采取化学补强的方法，应用QR型建筑工程胶粘剂，对其八层框架梁进行粘钢加固，配合新梁的化学植筋，满足了该大厦在电梯增高、机房设备增加，荷栽加大情况下的正常使用要求，诸如此类的方法在加固工程取得了良好效果。充分显示出新技术、新材料、新工艺在加固工程中的应用成果。笔者在加固设计过程中也总结出一些比较常用的连接大样，如新旧梁的连接，新加楼板与旧梁连接等，对加固过程的施工提供了方便，如图六，图七所示。

三 结语

上面结合工程实例分析了几种改造加固方法在应用上的优缺点，它们有各自的优缺点，有各自的适用范围。选择在加固工程设计过程中选择方案要有针对性，不同的加固工程应采取相应的加固措施，方案设计时需要在进行合理性、经济性等考虑的同时，还要体现出其工艺技术的科学性和先进性。作为一个专业的结构设计人员，我们要利用自身的专业知识分析结构出现问题的内因、外因，灵活合理云用各结构设计规范标准，综合考虑安全、耐久性、经济性后，做出合理的结构加固方案，这也是一个合格的结构设计人员应具备的基本的素质。

参考文献：

[1 ]建设部. GB 50367-2006 ，混凝土结构加固设计规范[ S] .

[2 ]建设部. GB500102-2010 ，混凝土结构设计规范[ S] . 北京：中国建筑工业出版社

[3 ]CECS 25∶90 ，混凝土结构加固技术规范[ S] .

[4]唐业清. 建筑物改造与病害处理[M] . 北京：中国建筑工业出版社

[5 ]吕西林. 建筑结构加固设计[M] . 北京：科学出版社

[6]万墨林，韩继云. 混凝土加固技术[M] . 北京：中国建筑工业出版社

[7 ]刘中伏，郑兴泉.浅析混凝土增大截面加固法[J].国防交通工程与技术

[8]吴英键. 建筑物抗震加固[M] . 长春：长春出版社