大多数建筑物随着时间的流逝, 会因劣化、损伤造成使用性能下降而不能继续使用, 由于土建投资大, 所以尽管房屋存在一些问题, 往往不会因此拆除重建, 而是采用结构加固的办法, 只要花少量的投资来维修、加固就可以恢复其承载力, 确保安全使用, 满足使用要求。
1 加固改造行业现状分析
我国建筑物加固改造技术发展迅速, 尽管取得一些成果, 但总体水平较低, 市场秩序较乱, 缺少统一行为准则来规范人们的业务活动。目前, 主要技术力量集中在少数专业研究院、高等学校及少数大型设计院、生产企业, 发展不平衡。在解决工程问题时, 有时仍以经验为主进行判断, 增加了技术风险。施工操作的随意性比较大, 缺少配套的施工操作规程规范以及质量验收标准。
2 加固改造工程程序
根据有关文献和我国近几年的工程实践经验, 加固改造工作一般程序可概括为现状鉴定、加固改造设计、施工与工程效果检验四步。
(1) 现状鉴定:进行现状鉴定的目的是为制定加固改造方案, 提供技术依据, 确定导致可见损坏的原因, 确认结构的整体性和工作性能。鉴定报告是现状鉴定的最终成果, 它是制定加固改造的主要技术依据, 鉴定报告的内容一般应包括:工程对象受损的范围、程度;工程对象整体技术状态;造成结构及结构材料劣化、损坏的主要原因;应采取的处理措施或对策。
(2) 设计:在现状鉴定基础之上, 设计的主要任务是制定加固改造方案, 选择加固改造材料及施工方法, 绘制加固改造施工图, 设计过程要充分考虑施工期间对建筑物正常使用时可能产生的影响。
(3) 施工:通常加固改造施工是一项专业性很强的技术, 要求施工单位既要有良好的技术素质, 又要有专业工程经验, 施工之前还要进行详细的施工组织设计, 制定完善的施工操作流程表。
(4) 验收与工程效果检验:加固改造完成之后要按照既定标准进行验收。
3 加固改造方法及其选择
(1) 加截面法:用增大结构构件或构筑物截面面积进行加固的一种方法, 不仅可提高被加固构件承载能力, 而且可加大其截面刚度, 改变自振频率。这种方法广泛用于加固混凝土结构中的梁、板、柱和钢结构中的柱、屋架, 以及砖墙、砖柱等。但使用这种方法会减少使用空间, 增加自重荷载。
(2) 外包钢加固法:是一种在结构构件四周包以型钢进行加固的方法, 可以在基本不增加构件截面尺寸情况下提高构件承载力, 增大延性、刚度, 适用混凝土柱、梁、屋架和砖窗间墙以及烟囱等结构构件和构筑物加固, 但成本较高。
(3) 预应力加固法:是一种采用外加预应力钢拉杆或撑杆, 对结构进行加固的方法, 可提高结构构件正截面及斜截面承载力, 广泛用于混凝土梁、板等受弯构件以及混凝土柱的加固。
(4) 改变受力体系加固法:是一种通过增设支点, 或采用梁拔柱的方法以改变结构受力体系的加固方法, 可以减少结构构件的计算跨度, 降低计算弯矩, 大幅度提高结构构件的承载力, 减小挠度, 缩小裂缝宽度, 多用于大跨度结构, 缺点是会减小使用空间。
(5) 外部粘钢加固法:是一种用胶粘剂把钢板粘贴在构件外部进行加固, 常用胶粘剂以环氧树脂为主配剂, 这种加固方法施工工期短, 可以大大提高结构构件承载力和正常使用阶段性能。
4 结构加固的基本原理
加固结构受力, 尤其是当结构临近破坏时, 结合面会出现拉、压、弯、剪等复杂应力, 特别是受弯或偏压构件的剪应力, 有时相当大。加固结构新旧两部分整体工作的关键, 主要在于结合面能否有效传递和承担这些应力, 而且变形不能过大。结合面传递压力, 主要是剪力和拉力。由于粘结强度低, 且离散性大, 结合面混凝土所具有的粘结抗剪和抗拉能力有时远不能满足受剪和受承载力要求。混凝土加固结构结合面和受剪承载力, 可按下式计算:
τ≤fv+0.56ρsvfy
式中:τ—结合面剪应力设计值;fv—结合面混凝土抗剪强度设计值;ρsv—横贯结构面的剪切-摩擦筋配筋率;fy—剪切—摩擦筋抗拉强度设计值。
该公式是保证混凝土加固结构新旧两部分按截面共同工作的必要条件, 但并不是充分条件, 在实际设计时, 加固结构承载力可采用截面组合系数ψ予以衡量, 根据有关试验研究, ψ值主要与结合面构造处理和施工做法有关。
5 工程实例
(1) 事故分析:某仓库发生火灾, 火源起于一层, 该仓库为五层内柱外墙结构, 柱间距为6m×6m, 纵向4跨, 横向5跨, 楼盖为无梁体系, 板厚200mm, 双向配筋设计, 混凝土强度等级第一层为C30, 混凝土采用卵石骨料, 普通硅酸盐水泥。火灾后结构烧损严重, 第一层顶板、柱、砖砌墙体的水泥粉刷层、混凝土保护层全部剥落。第一层混凝土柱高5.7m, 共30根, 在标高1m以上区段烧损严重。第一层混凝土无梁楼板厚200mm, 钢筋保护层剥离, 钢筋外露, 最大裂缝宽10~13mm, 一层四周墙层出现剪切裂缝, 最大宽50mm。第二层顶混凝土无梁板保护层大部分剥离, 板面标高处四周墙体产生劈裂裂缝, 最大宽3~4mm。
(2) 加固设计: (1) 采用外包钢筒现场拼接, 定位后浇注C30细石混凝土, 内掺CMA外加剂。 (2) 外包柱截面原设计700mm×700mm, 烧损后外包柱截面采用圆形外包钢板筒形成钢管取代模板, 浇注混凝土直径为1000mm, 钢板厚4mm。加固后柱截面面积为0.785m2, 原截面设计面积为0.49m2, 增加面积为0.295m2, 同时考虑外包钢板筒作用, 每根柱外包A3钢板, 钢板厚4mm, 面积约19m2。 (3) 加固钢管柱受力分析:外包钢板后, 形成钢管混凝土柱, 利用钢管和混凝土在受力过程中相互制约, 即钢管对混凝土约束, 使混凝土处于复杂应力状态, 同时混凝土的变形使钢管也处于复杂应力状态, 二者结合使承载力提高, 延性增大。 (4) 钢筋混凝土柱受压承载力确定:极限状态时, 钢管核心混凝土处于三向受压的应力状态下, 钢管的变形条件对核心混凝土无影响。三向压力下的混凝土强度极限条件可用描述。钢管混凝土的外包钢板, 不仅起环向箍筋作用, 而且起纵向压筋作用, 承载力简化为Nu=Ac (fc+2utfs) , ut=As/Ac。据此条件, 计算加固柱承载力可达3.5×106N以上, 加固可满足柱承载力要求。
(3) 工程施工:所有施工人员上岗前进行安全、技术培训;高空作业要系好安全带;做好个人PPE;现场严禁吸烟。整个施工过程中, 没有发生任何安全事故, 施工速度及工程质量均受到好评。
摘要：通过对建筑结构加固改造是延长其使用性能的基本方法, 本文分析了加固改造行业现状, 说明了加固改造工程程序, 重点分析了加固改造的原理及方法, 最后通过一工程实例阐述了建筑结构加固改造设计与施工的过程。
关键词：现状分析,工程程序,方法,基本原理,工程实例
参考文献
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