房屋工程加固施工技术研究

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城市中的多层楼房以及高层楼房是目前市民主要的房屋样式，是城市市民休憩、居住的主要场所。从建筑结构上看，城市的多层楼房和高层楼房以钢筋混凝土结构为主。钢筋混凝土结构的房屋虽然具有更高的安全性和耐久性，但是随着房屋使用年限的增加、人为或自然界不可抗力的影响，房屋仍然面临必须加固的实际问题。在欧美等发达国家，对旧有房屋维修、改造和加固的费用，远远超过新建房屋的投资费用。据不完全统计，美国对旧房的维修和加固费用占建筑工程总费用的6，英国的这一数字为7，而德国则达到了8。可见，房屋加固对于国计民生的重要意义。我国的城镇化建设起步较欧美晚，多数城市内的房屋处于新建期和正常使用期。但是，随着改革开放后第一批新建城市房屋进入维修期，我国大部分城市内相当比例的房屋将陆续面临维修尤其是加固维修的问题。所以，探讨房屋工程中的加固技术如何完成施工具有重要的现实意义。

施用对象和房屋加固流程设计

本文探讨的施工对象，是城市中市民居住的以钢筋混凝土结构为主的房屋。这些房屋包含了多层住宅和高层住宅，达到了一定使用年限且存在安全隐患。钢筋混凝土结构房屋的加固设计及施工流程，包括复合验算、加固方案选择、实际施工、加固后校验等环节，具体阐述如下：第一个环节，复合验算。在这个环节中，主要要完成房屋内原有结构的关键参数测算，并测算出所需加固部分的关键参数，进而完成加固后新结构整体的安全性能测算。第二个环节，加固方案选择。根据复合验算环节的测算结果，以及用户的实际需求，选择最合理的加固方案。目前，钢筋混凝土结构的房屋加固方法，主要有扩大横截面积加固、外加型钢加固、外加复合材料加固、外加钢板加固、钢筋植入加固等方法，加固方案就从这些方法中进行选择。第三个环节，实际施工。根据前一个环节选择出的合理方案，完成具体的加固施工。施工技术的细节将在下一部分阐述。第四个环节，加固后校验。根据实际施工得到的加固后的新的整体房屋结构，进行加固后校验，以测评加固的施工效果是否满足要求。

加固处理的理论分析

加固处理的受力特征

本文中要加固处理的房屋对象，建筑结构是以钢筋混凝土结构为主。因此，首先来分析钢筋混凝土结构加固前后的受力变化。这里，将加固前的钢筋混凝土结构称为原有结构，新增的钢筋混凝土结构称为新增结构，原有结构和新增结构的结合体称为加固后结构。对于原有结构而言，其在房屋体系中必然已经承受载荷，即一次载荷。原有结构在加固处理之后受力情况会发生改变，称之为二次受力，加固后所受载荷称之为二次载荷。在实际的加固操作处理过程中，因为房屋主体的不可移动性，一般是在一次载荷未被卸载或者只有部分卸载的情况下进行的。在加固之前，因为原有结构的钢筋混凝土已经完成收缩变形，因此已经确定地承担载荷，如压力载荷、弯曲载荷等。在加固之后，因为新增结构的钢筋混凝土尚未完成收缩变形，其承受的载荷、内部的应力应变还处于不稳定的动态变化之中。这样的受力特征是房屋加固处理中特别需要注意的，即：在加固之后、新增结构尚未稳定之前，原有结构承担的载荷可能会先于新增结构所承担载荷达到应力峰值，这样会对原有结构产生较大损害。同时，如果新增结构所分担的载荷处于较低水平，那么加固就达不到预期的效果，仍然要原有结构承担主要载荷，留下极大的安全隐患。可见，加固效果的实现关键在于新增结构能否和原有结构形成一个整体，并均衡地分担原有结构承受的载荷，这一目标的实现关键又在于新增结构和原有结构的结合面处理。实际操作中发现，加固后结构的结合面处，如果不能达到足够的抗剪强度，加固效果就无法达到预期水平。结合面处的抗剪分析由前面的分析可知，结合面处的抗剪性能分析，对于加固效果的实现具有重要意义。对于钢筋混凝土结构的结合面处的抗剪强度校核，一般采取如下的公式：（1）公式中，参数τ代表了加固前后结构中结合面处剪切应力的大小，参数ρ代表了加固前后结构中的配筋率，参数fy代表了钢筋的抗拉强度，fv参数代表了结合面的抗剪强度。加固处理的校核分析当加固完成后，原有结构和新增结构实现有效连接，尤其是结合面处达到了预期的抗剪效果后，需要对加固后结构进行整体的校核，其中抗压能力校核如下：（2）公式中，参数f代表钢筋混凝土结构中心的抗压强度，参数ε0代表钢筋混凝土结构中心的极限应变。加固后结构的抗弯能力校核如下：（3）公式中，参数fu代表钢筋混凝土结构的抗弯强度，参数εu代表钢筋混凝土结构的弯曲极限应变。典型加固技术对比分析扩大横截面积的加固方法梁和柱子是房屋中支撑和受力的关键结构单元，其安全性直接决定了房屋的安全性和使用寿命。从理论上讲，梁和柱子的横截面积越大，其单位面积上所受到的压强就越小，整体安全性就越高。扩大横截面积的加固方法，就是在原有的梁型结构和柱型结构上，增加新的配筋再浇铸新的混凝土，以达到扩大原有梁型结构和柱型结构横截面积的目的。扩大横截面积的加固方法，施工方法简单方便，可以分别采用单侧浇铸扩增方式、双侧浇铸扩增方式、三侧浇铸扩增方式和四侧浇铸扩增方式，示意情况如图2所示。在扩大横截面积加固方法的实际施工过程中，有时以增加配筋为主、混凝土浇筑量不大，从而使得梁型构件或者柱型构件的横截面积增扩的视觉效果并不明显；有时要求显著增加原有的横截面积，就必须要加大混凝土的浇注量，此时也必须有足够数量的配筋才能确保混凝土浇筑的牢固。在扩大横截面积加固方法施工中，必须特别注意扩增部分与原有结构的整体性，如果能实现配筋和原有钢筋的有效连接，可以达到更好的效果。在一般情况下，扩增部分的浇注混凝土的型号必须在C20以上。特殊情况下，配筋可以用钢板和特殊型钢等材料来替代，以增加扩增部分的强度。扩大横截面积的加固方法施工方法简单，但也有一些比较明显的缺点：第一，增扩后的部分会挤压原有的房屋内室空间；第二，施工周期比较长，新增混凝土需要养护处理，新增结构整体需要应力释放，从而会影响到住户对房屋的正常使用。

外加型钢的加固方法

为了节省居住空间并缩短施工周期，在原有梁型结构或柱型结构外加型钢是一种非常实用的加固方法。这种方法的施工原理也比较简单，只需将一些特定形状的型钢，黏贴在梁型结构或柱型结构外侧即可。黏贴了特定形状的型钢以后，这些加固用的型钢可以部分替代或者完全替代原有结构的承载能力，从而起到加固房屋的效果。对于矩形截面的梁型结构或柱型结构，需要黏贴的特殊形状型钢主要为黏贴在四个角部的角钢，在横向和纵向的每一对角钢之间，再配置箍板，箍板和角钢之间可以用常见的螺栓完成连接，从而实现对梁型结构或柱型结构的整体加固。对于圆形截面的梁型结构或柱型结构，则需要使用一定数量的扁铁，均匀排布后实现对结构的整体加固。这两种方式的施工情况示意如图3所示。外加型钢的加固方法因不需浇注混凝土，仅需相对较薄的型钢即可以完成加固，从而大大节省了空间。同时，不使用混凝土就避免了湿作业环节，从而可以大大节省工期。但需要注意的是，型钢的选择除了要符合被加固结构的形状、尺寸需求外，还需要注意材料的型号以满足受力需求。同时，型钢之间的连接方式和连接件的选择业需要格外注意，有效和可靠的连接才能确保各个型钢连接成一个整体，形成有效加固。

外加复合材料的加固方法

外加复合材料的加固方法，原理上同外加型钢的加固方法是一样的，其目的也都是为了节省空间和缩短施工工期。但是相比于外加型钢的加固方法，外加复合材料的加固方法，因为使用了更薄更柔性的纤维型复合材料，可以达到加固部分占用空间更小、对任意形状结构加固的效果。目前，在房屋加固中使用的复合材料都是纤维型的增强材料，密度小、材质轻、柔性度高、抗拉强度高、抗剪效果好。这种方法在施工过程中需要注意的主要有两点，一是复合材料和原有结构的界面间有效弥合才能达到更好的加固效果，二是纤维型复合材料的弹性较差。在我国城市的房屋加固处理中，碳纤维布被广泛使用，其主要型号及对应参数如表1所示。外加钢板的加固方法外加钢板的加固方法与外加型钢的加固方法原理上一致，但相比于外加型钢的方法更加简单、施工要求更低。这种方法只需要薄钢板和结构胶即可，无需角钢、扁铁、连接件等特殊部件。因此，其操作更为方便、施工工期更短。外加钢板的厚度一般从2mm到6mm不等，根据钢板的厚度，黏贴所用结构胶的厚度从1mm到3mm不等。这样，加固后总的外加厚度最大为9mm，几乎不会改变原有的空间。而钢板和结构胶的配合使用，可以大大增强原有结构的承载能力。但需要指出的是，因为钢板本身形状的限制，这种加固方法有一定的局限性，只能在矩形界面的结构外侧使用，即必须是平面加固才能有效黏贴。钢筋植入的加固方法钢筋混凝土结构中的钢筋，类似于人体结构中的骨骼，是支撑整个结构、完成承载能力的关键所在。因此，一旦房屋关键结构中的钢筋数量不足，就会降低房屋整体的安全性。所以，对于梁型结构和柱型结构的加固，也可以采取钢筋植入的方法以增加钢筋的数量。植入钢筋加固方法的施工过程，是通过测算确定需要增加钢筋的数量和植入钢筋的位置，然后在原有结构的特定部位完成钻孔后插入钢筋，再重新浇注混凝土封口，实现对原有结构的加固。很显然，植入钢筋的加固方法是一种局部加固处理技术，因此施工量小，也不需大面积改变原有结构的外观。因此具有工期短，操作空间小、加固针对性强等特点。

结语

我国很多城市将出现大量房屋加固维修的问题。而根据发达国家的经验，建设工程中用于房屋加固维修的投入要远远大于新建房屋的投入。为了解决我国的房屋加固维修问题，本文针对钢筋混凝土结构的城市房屋，设计了加固处理流程并对典型的加固施工技术进行对比分析。通过对比扩大横截面积的加固方法、外加型钢的加固方法、外加复合材料的加固方法、外加钢板的加固方法、钢筋植入的加固方法可知：扩大横截面积的加固方法效果好，但会压缩居住空间、工期也较长；外加型钢和外加复合材料的加固方法，可以有效节省空间并缩短施工周期；外加钢板的加固方法，优点与外加型钢和复合材料的方法接近，但适用范围会受到一定的限制；钢筋植入的加固方法具有工期短，操作空间小、加固针对性强等特点，但属于局部加固。面对具体的房屋加固问题，施工技术人员可以根据实际情况在上述五种方法中进行合理的选择。

作者：王述海