既有建筑物结构安全改造分析

刘也牧

（甘肃省建筑设计研究院有限公司，甘肃 兰州 730030）

0 引言

目前，在建筑工程施工中，对建筑物结构安全设计要求是较为严格的，尤其是对既有建筑物结构的加固和改造。建筑物投入使用后，长时间经受内、外因素的影响，其建筑物的耐久性会逐渐减弱，要想建筑物在不影响人们居住的舒适性和安全性条件下继续使用，必须通过专业人员对既有建筑物进行检查分析和计算，根据既有建筑物具体结构需求，针对性地进行结构安全加固改造，再加上诸多新型加固技术的应用，会促使建筑结构功能的恢复、甚至超过原有的结构基础[1]。本文论述既有建筑物结构安全改造的重要性和设计原则，并通过案例分析既有建筑物结构安全改造施工技术，仅供参考。

1 既有建筑物结构安全改造的重要性

人们的生活离不开各式各样的建筑物作为保障，随着我国人口城镇化的演变，中心城区的建筑物层出不穷，各种结构的高层建筑物也是逐渐增多。这样就对既有建筑物的使用用途、外观、面积等都提出了更高的要求。建筑物的结构形式和材料是影响建筑物使用年限的主要因素，建筑物施工时所采用的结构设计水平越高，建筑物的耐久性就越高。在建筑工程设计阶段，工程设计师主要就是围绕所要求的耐久度等级（使用年限）来进行设计的。科学技术水平的不断进步，出现了诸多新型的建筑物结构设计方法，这也是现在建筑物相比过去使用年限更长的主要原因。因此，为了既有建筑跟上社会发展的脚步，让人们住上舒适、安全的建筑物，就需要对使用年限长的建筑物进行结构安全改造[2]。

2 某既有建筑物结构安全改造施工概况

该工程改造的对象为2000年建造的建筑，需要进行结构安全改造的面积约为1200m2，建筑物结构以砖混结构和钢筋混凝土框架结构为主。该建筑到目前已经屹立了22年之久，已经严重出现墙皮脱落、楼板开裂和钢筋锈胀等诸多问题。显而易见，建筑物的抗震性、耐久性等各类性能都大大降低，严重影响着使用者的生命财产安全。为了能够让这些建筑物继续使用，需要对建筑物进行结构加固施工改造，具体内容如下：

（1）建筑物内结构梁使用增大横截面加固法和粘结外包型钢加固法施工；

（2）建筑物内主体结构柱使用增大横截面加固法施工；

（3）建筑物内楼层间楼板裂缝使用碳纤维加固法施工；

（4）建筑物内要根据专业人员分析、计算，增加必要的结构梁；

（5）建筑物内和建筑物外墙有损坏的地方要重新施工处理，并要对墙内侧墙采用钢筋网砂浆面层进行加固；

（6）建筑物内楼顶增设栏杆和损坏严重的楼板使用植筋加固安全改造法。

3 既有建筑物结构安全改造施工技术

该工程的安全改造涉及的技术主要有5项。

3.1 增大横截面加固安全改造法

在既有建筑物结构安全改造施工过程中，增大横截面加固法是一项较为常见和使用较多的加固技术。其主要应用于既有建筑墙、梁、柱、板等结构的加固，原理是使原建筑结构材料和增大的加固材料形成一个整体，对既有的建筑结构进行针对性地改造，将既有建筑损坏的结构原件修复好，以此来提高建筑物内单一构件的承载力和刚度。这样就可以大大提高既有建筑物的耐久性和抗震性能，如图1所示为增大横截面加固法施工现场。增大横截面加固法是传统的加固方式，但实用性至今没有改变，随着建筑行业的不断发展，增大横截面加固法施工技术也是越来越成熟，广泛应用于既有建筑物结构安全改造中。其具有实用性强、操作简单、费用低和适用范围广等优点。但其也有一定的缺陷，一般来说横截面加固法施工过程为湿作业施工，会导致施工工期相对较长，并且工作量也比较大。其次，该法的施工过程中会使用大量很重的施工材料，长时间不合理堆积会大大增加既有建筑物的压力，影响建筑物整体的稳定性。因此，在选择既有建筑物结构安全改造前一定要有专业的技术人员进行检测，综合考虑建筑物的特点，选择合理的加固方法并制定科学的施工计划。该工程改造中的结构梁、柱均采用的是增大横截面加固法施工，并可以使用增加横截面和加配钢筋两者兼具的加固方式，这样会使构件的抗剪、抗压、抗弯性能大大提高。另外，施工时，混凝土最好使用强度等级C30以上的，钢筋要选择热轧钢筋，热轧钢筋要比冷轧、冷拉钢筋强度大，圆钢筋直径要选择8mm以上的。施工前要安排施工人员对原混凝土表面进行凿毛处理，即使用专业工具在混凝土表面凿出一条条凹痕，这样在加固时可以使新旧混凝土粘贴更为牢固[3]。

图1 增大横截面加固法施工现场

3.2 更换既有混凝土加固安全改造法

更换混凝土加固法在现今既有建筑物安全改造中的使用是比较常见的。其主要原理就是把原结构的混凝土更换成更好的新型混凝土，以此优化原有结构。目前，我国不论是原有的还是新建建筑物均以混凝土结构为主，混凝土结构具有耐火性好、可模性好、强度较高、耐久性好、整体性好和取材容易等特点，这就使更换混凝土加固法的应用越加广泛。用强度等级高的混凝土更换掉原有承载力低、强度低的混凝土，会使既有建筑物的耐久性大大增加，如图2所示。另外，更换既有混凝土加固法相比其他改造方法要相对简单，一般只需对构件缺陷部位进行加固即可，即使要对结构整体进行混凝土重新浇筑，也不会对既有建筑物产生影响，反而会使建筑物结构件更加稳定。

图2 更换既有混凝土加固法施工现场

3.3 外包型钢加固安全改造法

外包型钢加固法按其与原构件的连接方式可分为外粘结型钢加固法和无粘结外包型钢加固法。一般采用的是外粘结型加固法，在有特殊要求的不允许使用粘接剂的工程上就需要使用无粘结外包型钢加固法。外包型钢加固法适用于需要安全加固改造的钢筋混凝土结构柱和梁，可以大幅度提升其原有构件的承载力和抗震性能。外包型钢加固法具有占地空间小、稳定性高等特点，但需要注意的是，在实际施工时要注意钢材的防腐、防锈处理。图3所示为外粘结型钢加固法施工现场。外包型钢加固法的原理是在既有建筑物构件外层再安装一层型钢构件，外粘结型钢加固法是利用锚栓、灌注粘接剂把型钢与原混凝土构件紧密贴合成一个整体构件的施工技术，以此增加构件的承载力，该工程改造中梁构件就是使用的外粘结型加固法。无粘结外包型钢加固法是利用水泥砂浆堵塞混凝土与型钢缝隙的施工技术，此方法由于型钢与原构件不能紧密贴合，并且相比外粘结型加固法还要费钢材些，一般不建议使用[4]。

图3 外粘结型钢加固法施工现场

3.4 粘贴碳纤维加固安全改造法

既有建筑物结构安全改造技术的发展历程并不长，但随着近几年科学技术水平的迅速发展，各种各样的加固方法和材料也在逐步出现，粘贴碳纤维加固法就是一种新型的既有建筑物加固施工技术。其原理与加大横截面加固法相似，就是将备好的碳纤维材料与原构件进行粘结处理后形成整体加固构件的一种加固技术。粘贴碳纤维加固法具有加固后不影响建筑物净空、操作方便、节能环保、自身重量轻和不需定期维护等优点，使用后会大大提高既有建筑物主体构件的承载力和抗震性能。但其同样存在作业时间长的缺点，一般情况下，粘贴碳纤维加固法适用于承载力较低或损坏较为严重的梁、柱等混凝土主体构件的改造。该工程改造中的楼板裂缝就是使用了粘贴碳纤维加固法。

3.5 植筋加固安全改造法

建筑物长时间使用后，经过多方面因素的影响，会出现一些质量问题，必须通过加固安全改造技术才能解决。在众多建筑物加固改造法中，植筋加固改造法也是现在较为实用的加固方法。其具有操作简捷、实用性强、价格低、效率高和有效的连接与锚固等优点。植筋加固法适用于既有建筑施工时钢筋偏离设计和漏埋钢筋的补救，柱、梁等主体构件增加横截面的加固补筋等。既有建筑物楼板出现严重损坏，就可以用植筋加固法在垂直墙上开孔，贴合楼板水平位置加设钢筋，增设一层楼板，这样就可以大大增强楼板的承载力。该工程改造中楼顶增设栏杆和损坏严重的楼板就是使用的植筋改造法。植筋加固法施工时的注意事项如下：

（1）在材料选择上应采用热轧光面Ⅰ级钢筋，钢筋直径的选择要结合设计方案要求，一般采用原构件钢筋直径2倍以上的钢筋，以保证构件承载力。

（2）施工时，施工人员要预先清理现场环境，保证施工现场干净、整洁，并搭设操作台和照明设备。

（3）准备齐全后，施工人员要进行放线、钻孔工作，钻孔的垂直度偏差要控制在2°以内，深度要与设计要求偏差不超过5mm，并对打孔内部进行清洁、对钢筋进行除锈后才能进行填入植筋胶，最后插入钢筋。

（4）植筋完成后，要保证现场无外界因素影响，避免影响植筋胶固定，造成钢筋与原构件不能紧密贴合，影响构件承载力[5]。

4 结束语

综上所述，既有建筑物结构安全改造是一项较为繁琐的工作。实际施工前，需要专业人员全方位对既有建筑进行检查、测试，并根据既有建筑后续用途，制定科学性的工程改造加固方案。为保证工程质量，多种加固法可兼并使用，增大建筑物承载力和抗震性能，全面提升既有建筑的稳定性和安全性。