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【摘 要】 近年来,随着国民经济的迅速增长,建筑领域里,不断出现越来越多的混凝土建筑物由于设计变更、施工质量、使用功能改变或经受灾害破坏等原因,而必须对原建筑物进行加固改造。现对目前常用的几种施工方法进行简单的介绍,供业主及设计人员在工程项目改造时选择。
【关键词】 建筑;加固;技术;措施
【中图分类号】 TU721.5 【文献标识码】 A 【文章编号】 1727-5123(2013)06-036-01
我国大约有2/3的大城市处于地震区,历次地震都在不同程度上对建筑物造成损坏,而且,由于城市化进程的加速,人口和建筑物向密集化的方向发展,火灾发生的概率和造成的损失大大增加。此外,建国以来我国共完成各类工业建筑项日超过30多万个,各类公用建筑建设项日超过60多万个,城镇住宅面积超过20亿平方米,累计竣工的工业与民用建筑面积超过30亿平方米,现有城镇房屋面积超过50亿平方米,其中20世纪60年代建成的接近百分之五,相当多的建筑己经进入中老年期,必须进行维修和加固。
1 建筑物裂损,倾斜的原因
1.1 设计工作的失误。设计工作失误:许多设计人员对地基基础问题的重要性认识不足,常把复杂的地基问题简单化处理。据建设部2003~2006年的重大工程事故统计,由于设计工作失误导致建筑物发生质量事故的约占事故总数40%。
1.2 施工方面的失误。基础工程施工质量低劣:施工部门偷工减料,弄虚作假,随便减少配筋,降低混凝土强度等级,采用劣质钢材乃至缩小基础尺寸,减少基础埋深,基础施工放线不准确等。地基处理方面的原因:目前地基处理手段多,这方面的问题也很多,如桩端未进到设计持力层;桩径未满足设计要求;强夯未达到有效的影响深度;振冲碎石桩未达到振密效果;检测手段不合理或未能正确反映实际情况等等。
1.3 工程勘察方面的失误。如若勘测点布置过少,或只借鉴相邻建筑物的地质资料,对建筑场地没有进行认真勘察评价,提出的地质勘察报告不能真实反映场地条件,如岩溶土洞、墓穴等没有被发现,甚至旧的人防地下道也被忽视,使新建的建筑物发生严重下陷、倾斜或开裂。
2 常用的建筑结构加固方法
混凝土结构加固补强的方法很多,直接加固法有加大截面法、外包钢加固法预应力加固法、外部粘钢加固法等,其它加固方法还有增设支点加固法、托梁拔柱技术、增设支撑体系和剪力墙加固法等。下面是日前常用的几种加固方法的介绍:①加大截面加固法。加大截面加固法是在构件外部外包混凝土,增大构件截面面积和配筋量的一种加固方法,从而达到提高构件承载能力的日的。在我国加大截面法是一种传统的加固方法,工艺简单,适用面广,可广泛用于梁、板、柱墙等混凝土结构的加固。根据构件的受力特点和加固要求不同,可选用单侧加厚、双侧加厚、二面和四面外包等。在以加大混凝土截面为主的结构中,为了保证后浇混凝土的正常工作,需适当配置构造钢筋;在以加配钢筋为主的加固方法中,即增加钢筋截面积,为保证加固钢筋的正常工作,需按构造要求浇灌混凝土保护层。②外包钢加固法。外包钢加固法是以型钢外包于构件四角(或两角)以加强其受力性能的加固方法。外包钢加固法分湿式和十式两种情况。湿式外包钢加固:外包型钢与构件之间是采用乳胶水泥粘贴或环氧树脂化学灌浆等方法粘结,以使型钢与原构件能整体工作共同受力;干式外包钢加固:原构件与外包型钢之间无任何粘结,有时虽填有水泥砂浆,但彼此只能单独受力,承载力提高不如湿式外包钢加固有效。③预应力加固法。预应力加固法是采用外加预应力钢拉杆或撑杆对结构进行加固的方法,即通过施加预应力使拉杆或撑杆受力,影响并改变原结构内力分布,从而降低结构原有应力水平并提高结构的承载能力。特点是通过预应力乎段强迫后加拉杆或撑杆受力,改变原结构的内力分布,降低原结构的应力水平,使一般加固结构中所特有的应力应变滞后现象得以完全消除,具有加固、卸载和改变结构内力的二重效果,后加拉杆或撑杆和原有结构能够较好地共同工作,结构承载能力能够得到较大的提高。④增设支点加固法。增设支点加固法是通过增设支承点来减小结构计算跨度,改变结构内力分布并提高其承载能力的加固方法。梁板在跨中增设支点后,减小了跨度,从而能较大幅度地提高承载能力,并能减小和限制梁、板的挠曲变形。适用于房屋净空不受限制的大跨度结构中梁、板、桁架、网架等水平结构的加固。增设支点加固法优点是简单可靠,缺点是使用空间会受到一定影响。⑤粘贴钢板加固法。粘钢加固法是在混凝土构件表面用特制的建筑结构胶粘贴钢板,使其共同工作、整体受力,以提高结构承载力的一种加固方法。它实质是一种体外配筋,提高原构件的配筋量,从而相应提高结构构件的刚度、抗拉、抗压、抗弯和抗剪等方面的能力。因此,采用此法加固对结构胶的要求较高,结构胶必须具有强度高粘结力强、耐老化、弹性模量高、线膨胀系数小的特点,并且具有一定弹性。⑥粘贴碳纤维材料加固钢筋混凝土结构。纤维增强塑料的应用,是当今世界各国正在积极探索的研究方向。纤维一般具有耐腐蚀、高强度、质量轻和非磁性的特点,将纤维和基体组合形成的纤维增强复合材料能很好地继承纤维的这些优良特性。近年来,随着科技的发展和产量的提高,纤维及其复合材料在土木工程中得到了越来越多的应用,尤其是应用于结构物的修补和加固中。
3 建筑结构加固方法的选择,是一个反复权衡,反复论证的过程
钢筋混凝土结构加固的方法很多,常用的有加大截面加固法、外包钢法,增加支点加固法、粘贴钢板加固法、碳纤维加固法等等。不同的加固方法适用于不同的加固范围,达到不同的加固目的。各种方法都有其各自的特点及适用范围。在加固设计前,应综合考虑多种因素,最主要的是根据工程的具体情况和施工条件,选择其适合的加固方法。下面简单介绍下最常用的结构加固的方法的特点。①加大截面加固法主要特点是加固效果好,施工工艺简单、经济,适用于板、梁、柱、基础、屋架等。其缺点是现场湿作业工作量大,养护期较长,增大截而有时影响建筑物的外观和使用功能。②外包钢法对提高构件承载力效果显著,受力可靠,施上也简便。适用于截而尺寸不允许加大或需要大幅提高承载力的结构构件,一般用于梁、柱的加固。当用化学浆液外包钢时,型钢表而温度应低于60度,当环境有腐蚀性介质时,应有可靠的防腐措施。③外部粘贴钢板法优点是构件的截面面积和荷载均增加不大,可大幅度提高构件的抗裂性,抑制裂缝开展,提高承载力,且施工周期短,一般用于受弯、受拉构件。该方法对施上和粘接胶的要求均高,且环境温度不高于60度,相对湿度不大于70%,当环境有腐蚀性介质时,应采取防护措施。④增加支点加固法它是在结构构件中增设支点来减小结构跨度和内力或改变其受力状态,提高其承载力的一种方法。其优点是受力明确,简单可靠,适用于梁、板、析架、网架等水平结构的加固。其缺点是有时可能会给使用空间带来一定限制,影响建筑外观。
总之,建筑结构所用的加固方法,是实际建筑施工中常用的加固的加固方法,虽然是多数研究人员实际验证的结果,但有些方法还是存在缺陷,如常常遇到的化学腐蚀作用,还有黏粘加固会增加建筑结构重量,增大荷载,增加支承加固法会破坏建筑原有的外貌或减小建筑原有的使用空间等问题。要使这些问题得到解决,就得在今后的实践中采取更先进得工艺方法及新型的材料,运用技术含量高,且施工方法简单易行的加固方法,相信建筑领域的人才能够做得更好。
【关键词】 建筑;加固;技术;措施
【中图分类号】 TU721.5 【文献标识码】 A 【文章编号】 1727-5123(2013)06-036-01
我国大约有2/3的大城市处于地震区,历次地震都在不同程度上对建筑物造成损坏,而且,由于城市化进程的加速,人口和建筑物向密集化的方向发展,火灾发生的概率和造成的损失大大增加。此外,建国以来我国共完成各类工业建筑项日超过30多万个,各类公用建筑建设项日超过60多万个,城镇住宅面积超过20亿平方米,累计竣工的工业与民用建筑面积超过30亿平方米,现有城镇房屋面积超过50亿平方米,其中20世纪60年代建成的接近百分之五,相当多的建筑己经进入中老年期,必须进行维修和加固。
1 建筑物裂损,倾斜的原因
1.1 设计工作的失误。设计工作失误:许多设计人员对地基基础问题的重要性认识不足,常把复杂的地基问题简单化处理。据建设部2003~2006年的重大工程事故统计,由于设计工作失误导致建筑物发生质量事故的约占事故总数40%。
1.2 施工方面的失误。基础工程施工质量低劣:施工部门偷工减料,弄虚作假,随便减少配筋,降低混凝土强度等级,采用劣质钢材乃至缩小基础尺寸,减少基础埋深,基础施工放线不准确等。地基处理方面的原因:目前地基处理手段多,这方面的问题也很多,如桩端未进到设计持力层;桩径未满足设计要求;强夯未达到有效的影响深度;振冲碎石桩未达到振密效果;检测手段不合理或未能正确反映实际情况等等。
1.3 工程勘察方面的失误。如若勘测点布置过少,或只借鉴相邻建筑物的地质资料,对建筑场地没有进行认真勘察评价,提出的地质勘察报告不能真实反映场地条件,如岩溶土洞、墓穴等没有被发现,甚至旧的人防地下道也被忽视,使新建的建筑物发生严重下陷、倾斜或开裂。
2 常用的建筑结构加固方法
混凝土结构加固补强的方法很多,直接加固法有加大截面法、外包钢加固法预应力加固法、外部粘钢加固法等,其它加固方法还有增设支点加固法、托梁拔柱技术、增设支撑体系和剪力墙加固法等。下面是日前常用的几种加固方法的介绍:①加大截面加固法。加大截面加固法是在构件外部外包混凝土,增大构件截面面积和配筋量的一种加固方法,从而达到提高构件承载能力的日的。在我国加大截面法是一种传统的加固方法,工艺简单,适用面广,可广泛用于梁、板、柱墙等混凝土结构的加固。根据构件的受力特点和加固要求不同,可选用单侧加厚、双侧加厚、二面和四面外包等。在以加大混凝土截面为主的结构中,为了保证后浇混凝土的正常工作,需适当配置构造钢筋;在以加配钢筋为主的加固方法中,即增加钢筋截面积,为保证加固钢筋的正常工作,需按构造要求浇灌混凝土保护层。②外包钢加固法。外包钢加固法是以型钢外包于构件四角(或两角)以加强其受力性能的加固方法。外包钢加固法分湿式和十式两种情况。湿式外包钢加固:外包型钢与构件之间是采用乳胶水泥粘贴或环氧树脂化学灌浆等方法粘结,以使型钢与原构件能整体工作共同受力;干式外包钢加固:原构件与外包型钢之间无任何粘结,有时虽填有水泥砂浆,但彼此只能单独受力,承载力提高不如湿式外包钢加固有效。③预应力加固法。预应力加固法是采用外加预应力钢拉杆或撑杆对结构进行加固的方法,即通过施加预应力使拉杆或撑杆受力,影响并改变原结构内力分布,从而降低结构原有应力水平并提高结构的承载能力。特点是通过预应力乎段强迫后加拉杆或撑杆受力,改变原结构的内力分布,降低原结构的应力水平,使一般加固结构中所特有的应力应变滞后现象得以完全消除,具有加固、卸载和改变结构内力的二重效果,后加拉杆或撑杆和原有结构能够较好地共同工作,结构承载能力能够得到较大的提高。④增设支点加固法。增设支点加固法是通过增设支承点来减小结构计算跨度,改变结构内力分布并提高其承载能力的加固方法。梁板在跨中增设支点后,减小了跨度,从而能较大幅度地提高承载能力,并能减小和限制梁、板的挠曲变形。适用于房屋净空不受限制的大跨度结构中梁、板、桁架、网架等水平结构的加固。增设支点加固法优点是简单可靠,缺点是使用空间会受到一定影响。⑤粘贴钢板加固法。粘钢加固法是在混凝土构件表面用特制的建筑结构胶粘贴钢板,使其共同工作、整体受力,以提高结构承载力的一种加固方法。它实质是一种体外配筋,提高原构件的配筋量,从而相应提高结构构件的刚度、抗拉、抗压、抗弯和抗剪等方面的能力。因此,采用此法加固对结构胶的要求较高,结构胶必须具有强度高粘结力强、耐老化、弹性模量高、线膨胀系数小的特点,并且具有一定弹性。⑥粘贴碳纤维材料加固钢筋混凝土结构。纤维增强塑料的应用,是当今世界各国正在积极探索的研究方向。纤维一般具有耐腐蚀、高强度、质量轻和非磁性的特点,将纤维和基体组合形成的纤维增强复合材料能很好地继承纤维的这些优良特性。近年来,随着科技的发展和产量的提高,纤维及其复合材料在土木工程中得到了越来越多的应用,尤其是应用于结构物的修补和加固中。
3 建筑结构加固方法的选择,是一个反复权衡,反复论证的过程
钢筋混凝土结构加固的方法很多,常用的有加大截面加固法、外包钢法,增加支点加固法、粘贴钢板加固法、碳纤维加固法等等。不同的加固方法适用于不同的加固范围,达到不同的加固目的。各种方法都有其各自的特点及适用范围。在加固设计前,应综合考虑多种因素,最主要的是根据工程的具体情况和施工条件,选择其适合的加固方法。下面简单介绍下最常用的结构加固的方法的特点。①加大截面加固法主要特点是加固效果好,施工工艺简单、经济,适用于板、梁、柱、基础、屋架等。其缺点是现场湿作业工作量大,养护期较长,增大截而有时影响建筑物的外观和使用功能。②外包钢法对提高构件承载力效果显著,受力可靠,施上也简便。适用于截而尺寸不允许加大或需要大幅提高承载力的结构构件,一般用于梁、柱的加固。当用化学浆液外包钢时,型钢表而温度应低于60度,当环境有腐蚀性介质时,应有可靠的防腐措施。③外部粘贴钢板法优点是构件的截面面积和荷载均增加不大,可大幅度提高构件的抗裂性,抑制裂缝开展,提高承载力,且施工周期短,一般用于受弯、受拉构件。该方法对施上和粘接胶的要求均高,且环境温度不高于60度,相对湿度不大于70%,当环境有腐蚀性介质时,应采取防护措施。④增加支点加固法它是在结构构件中增设支点来减小结构跨度和内力或改变其受力状态,提高其承载力的一种方法。其优点是受力明确,简单可靠,适用于梁、板、析架、网架等水平结构的加固。其缺点是有时可能会给使用空间带来一定限制,影响建筑外观。
总之,建筑结构所用的加固方法,是实际建筑施工中常用的加固的加固方法,虽然是多数研究人员实际验证的结果,但有些方法还是存在缺陷,如常常遇到的化学腐蚀作用,还有黏粘加固会增加建筑结构重量,增大荷载,增加支承加固法会破坏建筑原有的外貌或减小建筑原有的使用空间等问题。要使这些问题得到解决,就得在今后的实践中采取更先进得工艺方法及新型的材料,运用技术含量高,且施工方法简单易行的加固方法,相信建筑领域的人才能够做得更好。