建筑结构加固设计及施工探析

文／郭强 华东建筑设计研究院有限公司 上海 200011

1、建筑结构加固设计和施工的重要作用

1.1 能够使建筑结构稳固性更强

建筑工程完工投入运行后，经过装修、改造以及长时间的使用，并且受外部环境因素的影响，对其结构的稳固性会产生一定的损害，这样建筑结构的使用就会存在安全风险。通过结构的加固设计和施工，能够使原有的结构稳固性得到进一步增强，尤其是结构建设较为薄弱的地方，利用加固操作，可以及时弥补，这样在内外部因素的影响下也能够具有较好的结构承载力，提升建筑物的牢固性。

1.2 能够使建筑物使用年限延长

建筑工程建设的质量与其使用年限有直接的关联，建筑物在实际使用的过程中，质量会受到建设水平以及外界因素的影响，这样建筑物使用的年限就会逐渐下降，而通过加固技术的应用，建筑物结构的牢固性会提高，使建筑物更加耐久使用，尽可能的降低各类不利因素对建筑结构的影响，从而增长建筑物使用时限。

1.3 能够使建筑物市场价值提升

将建筑结构加固工艺技术应用到设计和施工当中，对于建筑工程建设起到十分重要的作用，可以提升建筑物稳定性，同时也能够使工程建设和建筑物的使用安全性更高，这样建筑事业的发展才会稳步前进。在实际的工程建设中，利用先进的施工技术以及结构加固技术，推动建设工程技术水平不断提升，这样整体的建筑物市场价值也会随之提升。

1.4 能够使建筑结构抗震性增强

现如今我国的建筑工程质量检验标准逐步提升，其中有关建筑物的抗震性能受到重点关注。由于自然灾害对建筑物结构有较大的破坏性，在建筑结构的设计和施工阶段都要采取合理的方法提高结构抗震性能。加固技术的使用，可以使建筑主体在水平拉力和竖向荷载方面有更强的抵御能力，使结构整体的抗震性得到提升。

2、建筑结构加固的原则

建筑结构的加固工作中，加固设计是施工的前提，对结构加固建设的最终效果产生直接的影响，所以，在进行结构加固时，需要设计人员遵循一定的原则进行科学的设计，确保建筑物加固施工的质量。具体来讲，需要遵循的原则首先是符合整体性要求。在对建筑结构进行加固设计和施工时，需要从整体性角度出发，设计时综合考虑构件之间的相互影响，尽量使某一构件的加固设计不会影响其他构件。另外，需要复合材料一致性要求。建筑结构自身的承载力除了受外部因素的影响，自身结构的荷载承受力也非常关键，也就是材料质量。对建筑结构某一部分进行加固设计时，使用的材料与其他结构部位要一样，才能确保加固建设的良好效果。再者，需要符合合理性要求。在对建筑结构进行加固时，设计和施工都要结合建筑物的具体情况，选择合理的技术实施加固建设，保证结构能够符合建筑结构整体体系受力性能要求。

3、建筑结构加固技术分析

3.1 承重结构加固

这种加固技术方法主要是为了增强建筑结构的承载力和机械强度。技术方法的具体使用过程为：利用水泥砂浆作为结构加固的材料，设计施工中确定的加固厚度应控制在2cm-3cm之间，严格依照水泥砂浆施工建设的准则，每一层的厚度需要控制在1.5cm以下，使结构加固的质量更好的达到标准要求。使用钢筋网混凝土砂浆进行加固处理时，钢筋总体厚度需要控制在25mm-40mm范围内，钢筋直径大小控制在4mm-8mm之间，将钢筋网均匀的分布到加固墙面，注意这个过程中施工人员要细致的检查墙面是否存在裂缝，如果墙面出现裂缝，需要先将原先墙面的裂缝填充严实，接着对墙面进行加固处理，将墙面上的瓷砖、油漆面清理干净，润湿处理后，接着进行加固层施工，这项工作完成后，还需进一步浇筑维护，防止墙面开裂。

3.2 粘钢加固

这种加固技术方法主要就是通过粘贴钢板实现结构的加固处理。使用高性能的环氧粘贴剂对混凝土构件进行钢板粘贴，以使混凝土结构和钢板之间形成一个统一整体，这样钢板自身的抗拉强度能够承担部分混凝土构件的刚度和承载力，起到结构加固的效用。具体在使用这一技术方法时，为了提升施工效果，在开始前，需要进一步处理作业面，使用角磨机将表层厚度打磨掉1mm～2mm，并对凹陷处进行找平处理。其中使用的钢板材料，在进行加固粘贴前，要对表面进行粗糙打磨以及除锈处理，具有一定的粗糙度，且打磨的纹路与钢板受力方向形成垂直。在将钢板和混凝土结构进行粘连前，先进行试安装，对两者位置进行适当的调整，确保粘贴吻合度。使用的胶粘剂需要通过腻刀涂抹到处理过后的钢板表面，接着将钢板粘贴到混凝土构件上，借助化学锚栓进行加固，同时借助钢支撑搭配木方完成加压处理。钢板粘贴完成后，需要进行固化养护，加固施工如果在夏季，可以在1天之后开展加载施工，一般情况下经过3天后就能够达到设计使用荷载要求。

3.3 粘贴碳纤维复合材料加固

这种加固技术方法主要是为了提升混凝土结构的稳定性以及新旧结构间的强度。而且使用这种材料加固后，耐腐蚀性以及耐久性都能得到提升，将这种加固技术应用到建筑结构设计施工中，替代了钢筋螺纹连接技术。一般低碳纤维的弹性模量大概在220gpa，而高碳纤维的弹性模量在340gpa～560gpa之间，粘贴碳纤维复合材料的外部黏度可以使建筑结构稳固性得到进一步提升。

3.4 置换混凝土加固

这种技术方法主要是在建筑原有结构的混凝土性能和质量不达标的情况下进行使用，简单讲就是将原有不达标的混凝土结构拆除，使用原结构种类相同材料，但等级强度更高的混凝土进行二次浇筑，完成置换，这样使整体结构的混凝土强度达到标准要求，提升建筑结构的质量。使用这种技术方法，建筑结构的承载力以及强度都能够得到提升。而且这种技术成本优势较为突出，施工操作也比较便捷。经过加固设计施工后，建筑结构原有的空间环境并没有出现改变，也不会对周边环境产生大的影响。

3.5 碳纤维布加固

这一技术方法主要是指使用非金属纤维类材料对建筑结构进行加固处理，利用加固材料的性能，使结构稳固性得到增强。具体来讲，使用这种技术方法进行加固，需要先将结构表面的碳化层、杂质等清除干净，同时对表面上存在的裂缝、凹陷等问题进行平整处理，完成结构表面处理工作后，使用碳纤维布铺设在建筑结构的表面，需要涂刷树脂在表面，等到干燥后，再将碳纤维布粘贴在结构构件的表面，压实处理，使其和树脂之间形成紧密结合，这样加固效果会得到较好的提升。

3.6 预应力加固

这种技术方法主要是使用外部的预应力束在构件主体截面施加预应力，以增强其截面刚度，进而达到结构加固的目的。这种技术方法属于主动加固方式，在建筑结构加固设计施工中使用，可以使构件内部过大的应力得到释放，以实现结构承载力提升，同时增大结构刚度、减小结构过大的挠度，适当的调整结构受力状态。这种方法使用时，需要使用预应力拉杆进行加固，而且在施工之前，要对拉杆进行调直校正，并且对其安装的位置以及大小进行明确，并检验螺杆、螺帽以及焊接接头的质量。施工过程中还要控制混凝土构件与撑杆末端处角钢之间的嵌入深度和焊缝质量，以达到良好的加固效果。

3.7 增加截面加固

这种技术方法主要是为了提升构件的抗弯性能，进而起到加固效果，使用混凝土浇筑受弯构件区域，使构件正截面面积增大。建筑结构混凝土的弯变构件在适筋允许的范围内，其正截面的承载力与钢筋强度以及面积存在正比关系。弯变的构件如果具有较低的正截面配筋率，就需要合理的增加主筋面积来调整。对于正截面受拉区域要用混凝土进行浇筑，在原构件的有效作用下，使构件的承载力得到大大提升。这种加固技术比较常用，而且技术较为成熟，对于房屋建筑的梁、柱以及墙面等进行加固时，都可以使用这种方法。

4、我国建筑结构加固改造现况

随着建筑工程建设行业的发展，结构加固改造也相应发展起来，加固改造量的基础是现有建筑存量，根据有关统计得知，我国现如今有大批60、70年代建设的房屋建筑已经超过了设计基准期，需要进行加固改造，而全国大概有33%以上的住宅储备缺口，城市的住宅结构逐步进入老龄化状态，需要进行加固改造和维修。同时，基于成本控制的考量，对老建筑结构利用的情况增多，需加固的建筑项目也不断增加。我国建筑加固改造的需求量年增长大概达到50%，所以每年我国都有大批需要加固改造的建筑物，这些建筑结构可能因为结构超载需要补强，可能因为抗震要求达不到标准需要进行抗震加固，也可能因为建设质量本身不达标，需要进行加固处理。

5、建筑结构加固设计和施工实践

5.1 工程概况

某建筑楼层共有18层，建筑总体高度大概58.5m，现阶段已经完成了10层的建设。在施工现场，通过对剪力墙和梁、柱等构件混凝土的强度检测，发现其设计强度不符合规范要求，且混凝土的强度偏低，构件容易出现开裂现象，整体结构存在较大的安全隐患，所以，需要对建筑结构进行加固设计和施工，以确保最终建设的工程质量和安全都达到标准要求。

5.2 设计与施工

5.2.1 对加固设计方案进行明确

在开始进行结构加固设计和施工前，针对工程建设的实际情况，整理工程建设中的相关资料信息，比如设计信息、施工信息、用料信息、技术信息等，通过这些信息的整合，同时结合建筑结构材料性能的检测结果，遵循相应的设计和施工原则，制定出有效的设计方案，并对多个方案进行对比分析，对结构加固设计的最终方案进行明确。

5.2.2 施工技术选择

（1）置换混凝土加固法设计

由于该工程中混凝土检测强度没有达到高标准要求，所以，后续需要重新浇筑混凝土结构进行加固，确保其抗压强度达到规定的要求，甚至高于原设计规定的强度。针对浇筑工艺不同的梁、柱等结构进行不同标准要求的抗压强度检验，采取置换混凝土加固法进行设计，注意严格检验不同混凝土的强度等级。

（2）置换混凝土加固法施工

首先，需要搭设脚手架支撑模板，有关建筑结构设计中的满堂架立柱间距，需要结合建筑物具体的情况进行适当的调整，注意要符合规范的要求，避免满堂架立柱出现移动的情况，进而确保施工建设的安全性。搭设架子之前，立杆高度和支撑高度要保持一致。水平方向以及垂直方向进行剪刀撑设计时，通过搭接法提高斜杆长度，其中搭接连接的长度应在设计标准范围内进行调整，搭设的脚手架支撑模板要有一定数量的旋转扣件，同时进行固定。起到固定作用的剪刀支撑斜杆，其本身旋转扣件的中心位置至主要位置的距离也在相应规定范围内。其次，进行柱子拆除置换施工。第一步，对方钢横梁进行安装的过程中，需要清除掉部分楼层根部的混凝土保护层，注意施工过程中要避免破坏掉内部的钢筋结构，使用结构胶粘剂进行加固处理。第二步，使用具备外螺旋结构的千斤顶和钢框架作为外部支撑，进行安装，这样结构部分负载力能够得以分摊。第三步，安装预应力钢索，关于楼层柱底板，在进行加固处理时，主要是通过柱体中植入化学锚栓的方法进行操作，在剪力墙上对固定构件进行设置，并且将锚固端设置在根部两侧位置。如果对混凝土立柱进行再次浇筑，其强度需要达到等级设计值，同时拆除钢绞线。在对钢绞线进行拆除时，需要注意将对称部分先处理掉，接着再拆除其他。再者，对剪力墙进行拆除置换施工。拆除混凝土结构剪力墙时，需要先对剪力墙进行外部支撑处理，使用千斤顶和圆钢管结合的方式进行支撑，这样来分担一定的承载力，接着将剪力墙拆除。再次对剪力墙结构进行混凝土浇筑时，其强度等级需要严格达到设计的标准要求，然后再铣平墙边浇捣口处的混凝土。完成拆模操作后，使用可调式钢钉托将剪力墙两侧钉紧。完成混凝土的再次浇筑施工后，对结构强度以及建筑物整体的性能进行重新检测，达到标准的设计要求，表明结构加固设计和施工成功。

6、强化建筑结构加固设计和施工质量的措施

6.1 做好前期准备

对建筑结构进行加固设计和施工时，需要最先确定设计施工方案。因此，要充分重视前期的准备工作，以确保信息收集的全面性，这样设计施工方案也会更加科学。准备工作中，需要对当前建筑物的有关资料信息进行全面完整的收集和整理，其中包括水文资料、设计施工资料、用材资料、造价资料等。全面了解相关的内容后，对建筑结构重要构件进行性能质量检测，检验结构质量是否能够达到标准要求，结构完整性和安全性是否在标准值范围内，相关的数据值能够为结构加固设计和施工提供可靠的参考。性能检测中通常会重点考虑抗震性以及安全性，如果建筑结构使用的材料质量没有可靠的保证，还需使用有关的工具对材料性能进行检测，从而得到较为精准的强度、性能等指标数值，综合这些信息，然后制定建筑结构加固设计施工方案，并且注意对多种方案进行综合比对，最后确定最优方案。

6.2 选择合理的技术方法

对建筑结构进行加固时，可以使用的技术方法有很多，上述已经介绍过，比如预应力加固、增大截面加固、外粘钢板加固等。在实际的设计施工中，技术方法的不同，其具体的施工要求以及使用情况都会存在相应的差异，为了确保加固设计施工的效果，需要对技术方法的使用进行合理的选择。对此，根据加固建设的要求，对实际工作的注意事项以及具体操作程序等进行全面分析和把握，在正式开始施工建设之前，需要组织有关技术人员，对不同的结构加固技术方法进行分析和了解，掌握实际建筑结构加固的需求，注意区分不同技术方法的操作要点，根据结构加固的实际需求，确定具体使用的技术方法，并严格依照相应的要求进行施工建设，以确保建筑结构加固建设的效果，提升建筑物使用的稳固性。

6.3 加强设计人员与施工人员的沟通

建筑结构的加固施工需要以设计为基础，所以，为了能够保证结构加固建设更加科学合理，就需要在设计中保证其合理性。针对加固设计工作来讲，在实际开展工作前，设计人员需要进行深入调研，到工程施工现场了解具体的情况，获取相应的准确信息，在这个过程中，设计人员和施工人员之间要加强联系，初步确定设计施工方案后，将图纸移交给施工单位时，针对其中的部分细节问题要加强沟通交流，确保施工人员能够完全了解设计意图，同时，对于设计施工方案是否存在问题进行探讨，多多交流结构加固建设中可能遇到的情况，对设计施工方案进行不断改进，提高设计水平，这样建筑结构加固建设的质量和安全会得到较好的提升。

结语：

总而言之，建筑结构加固设计和施工对于增强建筑物质量、延长使用寿命有良好的帮助，所以，需要充分重视这一工作。结合我国建筑结构加固改造的现况，遵循相应的原则，使用合理的技术方法，对建筑结构加固进行科学的设计和施工，以使建筑结构整体具有更高的稳定性和安全性，这样才能推动建筑行业更加健康的发展。