房屋建筑混凝土结构的加固施工技术*

周立宏

(内蒙古交通职业技术学院 内蒙古 赤峰 024005)

随着建筑行业的发展,对工程结构性能要求不断提高,原有工程老龄化与长期损耗后材料劣化等引起结构安全问题。未超过结构使用年限的建筑物拆除重建浪费社会资源,对既有结构加固改造是工程师面临的重要问题。随着我国城市化进程加快,各地旧式建筑物面临改造利用趋势,钢筋砼结构在我国建筑业中占比很大,建筑结构加固学科主要研究恢复受损建筑物使用功能,混凝土结构加固技术是对受损建筑物构件加固恢复安全性。《混凝土结构加固规范》提出加固方法与使用技术。近年来我国钢筋砼结构建筑物加固方面研究取得一定成就,但对加固方法选用停留于经验层面,很少有学者从技术经济性等各方面进行系统化研究,深入研究房建工程混凝土结构加固施工技术具有重要意义。

1 房屋建筑混凝土结构加固分析

20世纪建筑工程结构应用得到快速发展,结构体系由于人为破坏等原因,建筑物使用中存在很多安全隐患,初建项目因设计施工管理等问题造成出现各种质量问题,应及时采取措施加强结构加固,保证建筑质量安全[1]。混凝土开发后强度不断提高,混凝土结构因材质劣化造成过早失效,我国钢筋砼结构在工业民用建筑等领域广泛应用,早期建筑物需要采取适当加固补强技术措施满足建筑物耐久性要求。

1.1 混凝土结构建筑加固的必要性

建筑结构加固原因分为主客观因素,包括人为损坏,自然灾害与功能改变等。混凝土结构加固前需要分析原结构损伤缺陷,混凝土结构加固原因主要是使用损伤缺陷与超过设计期限。混凝土结构加固设计施工要确保原有结构性能,考虑使用功能造价成本等进行改善,要分析荷载取值条件,遵循抗震设防原则,进行承载力验算[2]。我国结构加固方面作出大量研究,颁布许多规范规程,主要包括《混凝土结构加固技术规范》、《混凝土结构设计规范》、《建筑抗震加固技术规程》等。

建筑结构加固是建筑业的新兴学科领域,主要研究对原有建筑结构部件改造提高承载力。建筑业发展经历大规模新建与加固阶段,许多发达国家进入维修加固阶段,我国社会处于大规模城镇化发展时期,面临老旧建筑维修加固改造建设[3]。我国现有工业民用建筑屋面及在600亿m2以上,20%以上建筑物投入使用超过30年,建筑物使用中由于结构老化等自然灾害与人为损伤原因导致产生安全隐患,新建建筑物因勘察设计技术管理问题出现结构安全问题,建筑结构改造加固成为我国建筑业的发展方向。混凝土结构广泛应用于各类建筑中,主要优点是可塑性强,防火持久性强,造价维护成本低。随着我国经济实力的提高,人们对房屋建筑结构安全要求不断提高。我国是多自然灾害国家,目前施工管理存在很多问题,对具有重要作用的建筑超出原有结构使用年限后进行结构加固是延长寿命的主要手段。

1.2 房建工程砼结构加固要求

混凝土结构加固技术是对损伤建筑物加固恢复使用功能,混凝土结构加固分为直接与间接法,直接加固根据工程实际选用置换法,粘贴纤维复合材料法等,间接加固采用外加预应力法等,应用实际工程中加固方法有增大截面加固法,外粘型钢加固法等。改造加固工程包括设计与施工阶段,设计中要考虑新旧结构协同工作问题,充分认识了解原结构力学性能,损伤情况等;施工阶段保证进度质量,采取卸荷措施减小原结构内力。

旧建筑改造加固不同于新建项目,对施工技术工艺要求较高,设计受到原有结构受力性能的影响,结构设计施工中要保证结构性能下降低施工条件要求等,加固设计施工要求遵循结构体系总体与加固方案效应原则,先鉴定后加固原则。加固后的混凝土结构抗力性能不同于原结构,原结构产生应力应变存在压缩变形,加固改造是对结构二次受力,加固后结构是新旧重新组合结构,混凝土结合面抗剪强度低于浇筑砼,决定加固设计计算不同于新建结构。房屋建筑混凝土结构加固工作包括可靠性鉴定,加固方案优选设计与施工组织验收等。实际工程中要选择多种加固方法配合使用才能达到预期效果。加固后避免破坏原有结构受力体系,加固方案设计要考虑经济性条件。

2 房屋混凝土建筑结构加固施工技术

房屋建筑质量是人们关注的焦点,政府持续颁布完善建筑规范等,针对施工设计机构进行严格限制,为降低质量风险事故产生等带来保障。由于众多老旧建筑耐久性不能满足使用要求,施工设计单位在工程建设中存在违规情况,混凝土结构加固技术作为对老旧建筑再利用手段,成为房屋建筑业的重要环节。房建工程混凝土结构加固有多种方法,要结合工程实际选择适合的加固施工技术。

2.1 截面加大加固法

截面加大加固是增大构件横截面积提供承载力,适用于钢筋砼受压构件加固,仅在受压区加固受弯构件时可做叠合式受弯构件设计,随着加固技术的发展,加大截面加固法不断完善。截面加固法优势是技术承受操作简单,提升结构承载力效果好,可适用于梁柱体等混凝土构件加固。缺陷是养护时间长,对结构外形等造成影响。预设钢材腐蚀等风险高,结构受力方向未发生变化,对接面造型处理与材料性能等因素有关。增大截面加固法设计中要考虑新增部分与原结构受力承载问题,加固结构力作用下产生剪力等复杂应力,新老结构对接面是受力薄弱环节,开裂造成剥离自受力。研究结合面粘性性能,改善结合面施工工艺对促进加固改造技术发展具有工程应用价值。

2.2 外包钢加固法

外包钢加固是将钢板等建材外包于钢砼结构表面,增强结构整体刚度实现加固目的。利用束缚原理结构增强承载力,矩形截面柱在四角外包角钢,圆形截面柱多用偏钢加套箍。适用于要求较大增强截面抗震的钢砼柱体等方面加固,根据粘结形式分为外粘型与无粘接外包加固法。外包钢加固法优点是结构稳定性强等,适用于需要较大增强承载力的造型加固。框架构型主要受力集中于节点位置[4]。通常分为干湿外包钢加固,外粘型钢加固法使用环氧树脂浇灌,保证形成整体协同受力,可增强结构的承载力。无粘接外包钢加固法无法保证连接面受力均衡传递,承载力提升相对较小。外包钢加固法整体性好,项目规定不得采用粘结剂时优先选用无粘接外包钢加固法。

2.3 粘钢板加固法

粘贴钢板加固技术是采用建筑结构胶将钢板粘贴在构件薄弱部位,增强加固对象整体结构刚度方法,在国外发展成熟广泛应用,国内90年代开始推行粘贴钢板加固法。钢板固定于预应力砼薄弱部位,增强构件抗弯刚度降低绕度,避免内部出现应力集中情况,粘贴钢板加固法具有施工简便,占用空间小,加固效果好等优点。其缺点是加固处理后钢板具有应力滞后情况,粘接剂质量是影响加固效果的主要因素,目前关于结构胶抗老化周期未获得实证研究,粘钢板加固法不适用于特殊造型梁。适用于静力下产生正截面受弯受剪受压结构加固,待处理混凝土结构测试强度须达到C15以上。粘钢板加固法加固质量与粘接材料有关,应保证结构后期所处环境温度不超过60度,高温高湿环境下混凝土构件要选择具备相应性能的粘接剂。

2.4 贴碳纤维加固法

CFRP为高强度新型复合材料,近些年在土木工程行业中应用得到快速发展,借助碳纤维材料使混凝土构件实现增固技术,利用协同受力性能实现抗震性能增强目标。具有强度高质量轻等优点,我国在本世纪初开始CFRP技术的研究应用,尚未建立系统的理论体系。采用CFRP 加固法可以运用至砖砌体某些力学特征中。运用碳纤维材料加固优点是强度高效果好,实施混凝土构件补强加固中可提升结构负载能力,实现补强加固的目的。相比其他加固方法可节省材料消耗,运用CFRP 材料加固具有较好的耐久性,可适用于各类建筑结构中。对某些大型壳体项目才赢CFRP加固可保证质量。碳纤维加固技术具有良好的增强加固作用,总体社会经济效益较好。贴碳纤维加固法克提高框架结构塑性铰转动能力,有效加强混凝土结构抗震性能,改善建筑物结构延性。

3 房建工程砼结构加固方案设计

我国建筑结构主要形式为钢筋砼结构,建国初期兴建大量工业民用建筑使用多年存在安全隐患,如钢筋锈蚀严重等,未采取有效强化措施导致安全事故发生。我国每年有大批厂方因工艺要求等原因亟待更新,中国对建筑结构抗震要求设防标准不断升级,许多地区现有房屋不能满足新的需求,需要对建筑结构进行抗震加固。建筑物加固方案选择非常重要,加固方案选择受资金投入,施工周期等因素影响,要结合工程实际选择合适的设计方案。

钢筋砼结构改造施工加固方案优选依据科学方法,对备选方案进行优劣排序,综合考虑定性定量因素进行优选。钢筋砼结构加固方案优选模型内容包括优选对象目标方法等。钢筋砼结构加固方案优选目的是选择最佳施工方案,对加固方案选择考虑影响因素分析,确定最优加固施工方案,构建加固方案优选指标体系要围绕钢筋砼结构加固方案优选目的,选择科学系统性加固方案优选指标,结构加固对周围环境影响较大,施工周期难以把握,定性指标难以量化处理,通过加固工程施工现场调研,咨询加固改造方面专家后从技术经济环境方面归纳加固方案优选指标,遵循方案优选指标选择原则,确定混凝土结构加固方案优选指标包括施工难度,结构改善性能,施工工期成本维护费用等。

4 房建工程项目混凝土结构加固施工技术应用

某房屋建筑工程结构为现浇砼框架,裙房高度为28 m,包括地下室2层,建筑设计使用年限为50年,工程抗震房烈度为7度,地震设计分组为第一组钢筋砼条形基础,内墙采用200 mm 厚加气砼砌块,结构基础垫层砼等级为C10,设计出采用配重法通过增加自重抵御水浮力作用。受到地基条件影响导致结构受到损害,依据建筑抗震鉴定标准等有关规范对工程现场勘察检测,结构梁板柱局部有细微裂缝,需要采用合理的方式加固。

工程对柱加固中采取干式外包角钢加固法,构成角钢与原柱承担外部荷载结构,使用夹具对钢后施焊板加紧,梁加固对下方使用角钢补强,梁上部使用U型箍固定偏钢,用U 型箍实现抗拉角钢与抗压砼组合,提升抗冲切性能。根据检测鉴定结果提出备选加固方案,采用粘贴钢板加固法加固梁,局部增加侧向刚性支撑;方案工期估算为45天,加固后结构体系传力明确,粘钢加固梁较多家住手脚架等辅助器具,加固施工噪音小,加固后结构内部空间不见效。采用加大截面法加固砼框架梁,工期估算为60天,加固后结构体系传力明确,采用增大截面法加固施工现场湿作业大,加固施工噪音大干扰周围居民生活。

5 结语

建筑使用中出现各种问题,钢筋砼结构加固是工程界研究的热点,随着科研人员深入研究,砼结构加固技术广泛应用于各国建筑工程维修加固中。我国建筑市场潜力巨大,目前建筑规模不断扩大,建筑加固施工中出现很多新技术,需要加强对砼结构加固技术的研究,解决不同场景下结构质量问题。建筑砼结构加固施工前要采取措施保证施工质量,权衡经济效率因素制定详细施工方案,通过相关部门审核后进行施工。随着钢筋砼结构加固技术的成熟,对结构加固补强效果关键是是否达到设计功能,需要加强施工管理,保证工程施工质量。