民用建筑结构加固的设计改造研究

摘要：作为建筑工程中的重要组成部分，结构加固设计改造对于改善民用建筑的安全性与稳定性具有重要作用。本文首先介绍了结构加固设计改造的原理，然后具体阐述了民用建筑结构加固设计改造的具体方法，以期为相关技术与设计人员提供参考。

 

关键词：民用;建筑结构;加固;设计改造

 

在建筑工程的正常使用过程中，经常会遭受到人为损害、功能改变、不良施工、自然灾害等因素的影响，这在一定程度上干扰了建筑的正常使用和安全性能。现阶段国内的大部分旧时民用建筑的居住环境及安全性能都难以满足现代城市居民的基本需求。为保证结构的安全使用功能的恢复与改善，对原有建筑结构继续修缮和加固改造处理是改善建筑工程整体质量的重要手段。因此，加强有关民用建筑结构加固设计改造的研究，对于提高民用建筑结构的稳定性与安全性具有重要的现实意义。

 

1结构加固设计改造原理

 

1．1混凝土加固材料的使用

 

为改善加固结构在应变及应力滞后的后续加固作用，加固结构使用的钢材应选用比例极限变形较低的I、II级钢材；而使用预应力加固法对大型结构进行加固时，为降低材料用量，应采用高强钢材，进行预应力处理来提高钢材的应力水平；为保证两次组合结构的接触面能够有较高的粘结性能，同时新旧材料能够协调工作一致受力，应选用压性较小的混凝土及水泥，且应保证其能够与原构件进行良好粘结和较高的早期强度；采用的粘结剂及化学灌浆材料应具有较低的收缩性、高粘结强度、高耐腐性及优可灌性。

 

1．2加固结构的受力特性

 

同普通的未加固结构相比，加固结构具有不同的受力特性。(1)加固结构通常为二次组合结构，其新旧结构间存在协调工作一致受力的问题。接触面的施工处理与构造做法是保证新旧结构协调工作的重点。通常接触面的混凝土强度会比混凝土本身的强度要低，所以在总体承载力方面二次组合结构的强度应低于一次整浇结构。(2)加固结构通常为二次受力结构，在结构加固前原结构已经接受第一次受力，特别是对于承载力较低的结构进行加固时其应变水平与截面应力都会较高。而新加结构部分只有在二次荷载的作用下才会受力。此时，整体加固结构的新加应力与应变都要比原结构的累加应力与应变滞后，当原结构的受力超出设定值时，新加结构的应力可能还比较低。在原结构出现破坏时新结构可能还未超出设定极限强度。?

 

1．3新旧结构的协同工作

 

在加固结构受力的过程中，特别是结构面临破坏的情况下，新旧结构的接触面会产生剪、拉、弯、压等各种应力，尤其会受到较大的偏压构件或受弯构件的剪应力。接触面对于应力的有效传递及承担是保证新旧结构协调工作的关键。接触面的应力传递通常问题不大，主要在于拉力与剪力。通常由于结构离散型及粘结强度的影响，接触面的抗拉性能与粘结抗剪性能经常不能满足受拉及受剪承载力的要求，如在柱、梁位置的混凝土加固，应安置足够数量的贯通接触面的剪切一摩擦筋，运用钢筋形成的被动剪切一摩擦力来限制接触面受到的拉力与剪力。混凝土加固结构的接触面的受剪承载力可通过以下公式进行计算：‘≤fv+0．569fv其中‘表示接触面的剪应力设计值；fv表示接触面混凝土的抗剪强度设计值；p表示贯通接触面的剪切一摩擦配筋率；fy表示剪切一摩擦筋抗拉强度设计值。

 

在实际设计中，加固结构的承载力可以使用截面组合系数进行分析。按照部分试验研究发现，截面组合系数主要与施工处理剂接触面构造过程有关。若对接触面进行涂刷胶纸界面剂或进行凿毛清洁处理，并保证贯通接触面的剪切一摩擦筋数量足够，或采用封闭钢筋混凝土围套对构件四周进行加固时，截面组合系数通常取为1．0，而当接触面为油污浸渍表面或表面非封闭光滑时其截面组合系数通常在0．8～0．9的范围内取值。

 

2民用建筑结构加固设计改造的具体方法

 

2．1钢结构加固

 

(1)裂隙加固与修复处理。在结构的正常使用中，由于材料制造、构造、选择、施工不当及荷载重复等的影响会导致结构出现脆断倾向或扩展性的裂隙损伤，对此应采取有效措施进行加固修复处理。在修复前应先检测鉴定裂隙原因及危害程度，根据裂隙类型采取相应的改善加固处理措施，若部分构件无法进行加固修复，则应及时拆除更换。

 

(2)钢结构与加固件的连接。钢结构应采用高强度螺栓、普通螺栓、铆钉或焊缝等方法等进行连接，且在加固连接前应先对结构的受力状况、加固原因、施工条件、构造、原有结构连接方法进行分析；钢结构加固通常选用摩擦型高强度螺栓、焊缝等方式进行连接，在加固条件充分满足的情况下还可以采用两种方式的混合连接。

 

(3)改变结构计算图形。改变结构计算图形的加固方法是指根据节点性质、荷载分布、边界条件、传力途径等状况，采用安设支撑和附加杆件、注重空间协调工作、施加预应力等方式对结构进行加固处理的方法。①采用改变杆件内力的方式对桁架进行加固，可以采取增设预应力拉杆或利用撑杆将桁架转化为撑杆式结构；

 

②采用改变截面内力的方式对受弯杆件进行加固，主要措施有将结构转换为撑杆式结构；使荷载分布改变，如将集中载荷变为多集中载荷；增加预应力；对连续结构的支座位置进行调整；改善端部支承状况，如将铰接代替刚结；把简支结构端部转换成连续结构或使用中间支座；③采用增设构件或提高刚度的方法对钢结构进行加固，具体措施有将张紧适度的拉索或拉杆安置在塔架等结构中；安装辅助构件或职称以降低结构的长细比、提高结构稳定性；为形成空间结构增设支撑并对空间结构进行验算；在排架结构中对某部分柱体进行重点坚强，使大量的水平力都转移到加强柱上来，以降低其他柱体的负荷。

 

2．2砌体结构加固

 

(1)间接加固法：①结构构造性修复与加固。具体措施有：对于大量部分砌体出现局部压碎或墙体发生局部竖直裂隙时可采用梁垫进行加固；对于纵横墙存在明显的交接缺陷、圈梁设置不合理或房屋整体稳定性较低的可以采用圈梁进行加固；②采用预应力撑杆加固法，此种方法能够有效改善砌体柱的承载性能，提高可靠地加固效果，对于处于高应力及高应变状态的砌体结构加固具有良好的适用性；然而对于高于6o℃以上的施工环境不宜采用此种方法。

 

(2)直接加固法：①扶壁柱加固，此种方法属于增大截面加固方法，其具有适应性高、施工简便、结构承载性高等优点，其主要缺点是难以满足抗震要求，在非地震区域的结构加固中比较常用；②钢筋混凝土外加层加固法，此种方法属于复合截面的加固方法。对于带壁墙、柱等结构的加固具有良好的适用性，其砌体加固完成后的承载力提高较快，适应性较强；主要缺点是湿作业量较大，作业时间较长，且加固完成后的建筑物的净空会降低。

 

2．3混凝土结构加固

 

(1)粘贴纤维复合材加固。将抗拉强度极高的碳纤维用环氧树脂预浸成为复合增强材料(单向连续纤维)；用环氧树脂粘结剂沿受拉方向或垂直于裂缝方向粘贴在要补强的结构上，形成一个新的复合体，使增强粘贴材料与原有钢筋混凝土共同受力增大结构的抗裂或抗剪能力，提高结构的强度、刚度、抗裂性和延伸性。碳纤维加固法可用于混凝土结构抗弯、抗剪加固，同时广泛用于各类工业与民用建筑物、构造物的防震、防裂、防腐的补强。

 

(2)有粘结外包型刚加固。外包钢加固是指利用钢板或型钢将被加固构件进行封闭包裹；外包钢加固钢筋混凝土梁则通常将环氧树脂化灌浆法将型钢与被加固构件完全粘结成整体。构件加固处理后，有效改善了受压和受拉刚截面面积，增强了正截面刚度与承载力。

 

3结束语

 

结构加固设计改造的质量将直接关系着民用建筑的整体质量与使用寿命，因此，相关技术与设计人员应加强有关民用建筑结构加固设计改造的研究，总结结构加固处理方法及要点，以逐步改善建筑结构加固水平和质量。

 

参考文献

[1]张鑫，李安起，赵考重．建筑结构鉴定与加固改造技术的进展[J]．工程力学．2011，13(14)：74—75．

[2]郑先元．既有建筑结构鉴定与加固技术概述及应用[J]．现代物业(上旬刊)．201l，06(10)：61—62．