建筑构造的鉴定与加固的研究

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1建筑物加固改造的原因

据有关部门统计，我国现有城镇民用房屋建筑中，约有23亿m2的建筑由于使用时间较长，需要进行鉴定和加固，其中有近10亿m2的危房急需加固与维修，才能正常使用。

建筑物需要加固和改造的原因首先是部分建筑物超过或达到设计基准期（50年），已严重老化。如50年代建造的建筑物已有相当一部分超过预定的设计基准期。50年代后期，特别是1958年以后建造的建筑物，包括民用住宅，工业厂房，公共建筑等，虽未超过使用年限，但不少已受到不同程度的损害，有的甚至成为“危房”，无法继续使用。

另外，自然灾害的损坏。包括风灾、水灾、火灾和地震。据统计风灾每年损坏房屋30万间。火灾平均每年约3.6万起，直接损失约5亿元。各种灾害对建筑物造成的损害，都需要检测、鉴定和加固修复。

2建筑物鉴定的基本方法

建筑物鉴定也称为建筑物可靠性鉴定。它是对已有建筑物承受的荷载、作用、结构抗力及相互关系进行检查、测定、分析和判断，并取得结论的过程。建筑物可靠性鉴定的基本方法主要有经验鉴定法、实用鉴定法和可靠度鉴定法等几种。

1）经验鉴定法：经验鉴定法是以原设计规范或规程为依据，按个人目测及定值计算结果来评定建筑物的一种经验评定方法。

2）实用鉴定法：实用鉴定法是在经验鉴定法的基础上发展起来的，它克服了经验法的缺点，十分重视检测手段和测试技术，对于荷载、材料强度等有关力学参数，一定采用实测值并经统计分析后才用于结构的分析计算。

3）可靠度鉴定法：运用概率论和数理统计原理，采用非定值统计规律对建筑物的可靠度进行鉴定的一种方法，称为可靠度鉴定法，又称为可靠概率鉴定法。概率法在理论上是完善的，但目前离实用还有距离。目前概率法的实际应用仅止于近似概率法，从概率分布曲线和形态，用均方差度量并找出“安全指标”。

我国建筑物的可靠性鉴定任务十分繁重，目前所采用的鉴定方法大致处于经验鉴定法和实用鉴定法之间。对于可靠度鉴定法已编制《工业建筑可靠性鉴定标准》，并将专家知识与计算机技术相结合，已有几种建筑物可靠性鉴定的专家系统。

3加固理论与加固技术

加固理论是一门研究使受损建筑物重新恢复使用，即使失去部分抗力的结构重新获得原有的构件抗力甚至超过原有抗力的学科。它包含了结构损伤、检测，加固技术、设计方法、加固施工，以及方案选择与投资优化等，实质上是一门研究结构服役期间的动态可靠度及维修理论的综合性学科。

加固理论有其自身特点：首先，相对于新建结构的设计，它的自由度要小得多；其次，加固结构属于二次受力结构，新旧两部分存在着应变滞后和应力超前现象，新加部分材料的潜力一般不能得到充分利用；再则，加固理论还必须立足于整个结构性能考虑，不能只因局部破坏就只加固局部的处理方法；最后，加固后结构的可靠度和使用期限一般不能套用新建结构的标准要求，应具体对象具体分析。

加固技术是加固理论在加固工程中的具体应用。加固技术根据因素和目的可分类如下：

按作用因素分为一般加固和灾后加固；按功能因素可分为结构功能性加固和使用功能性加固；按时间因素可分为临时加固、中期加固和长期加固；按结构受力因素分为静力加固、动力加固和抗震加固；按加固方法可分为直接加固、间接加固。

4工程加固实例

4.1概况

下面例举某中学教学楼，该楼为一幢四层建筑物。该结构竖向承重体系采用了钢筋混凝土框架与砖墙共同承重的结构方案。水平向承重体系为预制钢筋混凝土空心板，基础形式为桩基。该大楼在使用后不久在框架KJ-1、KJ-2顶层边跨外侧的梁端发现负弯矩裂缝开展过大，在框架KJ-1顶层中间跨中也发现了开展较大的正弯矩裂缝。根据现场观察和施工图纸，对可能引起裂缝开展过大的各种原因进行定性分析，并按规范要求，计算了该框架的内力及有关截面配筋；最后针对已出现的问题，提出了若干个加固修补方案，以供修复时参考。

4.2裂缝成因的分析

在该多层钢筋混凝土框架结构中，可能引起框架梁裂缝开展过大的原因有以下几个方面：

1）结构布置及基础不均匀沉降。多层框架是一个高次超静定结构。而建于软土地基上的多层框架，由于地基土的压缩而引起的基础不均匀沉降往往会在上部结构中产生较大的内力。如果在框架两柱间出现沉降差，就会给框架带来附加应力。大约沉降差达到跨度的0.2%以上时在框架节点附近部位就会开裂。该建筑物的地质报告中称软弱层厚薄不一，施工图中也说明该大楼地基土“压缩性较大”，而为满足建筑功能上既有办公室又有教室的要求，结构布置中却采用了钢筋混凝土框架与砖墙共同承重的方案，结构刚度不对称，结构自重不均匀，这样更容易引起基础的不均匀沉降，从而引起框架的附加内力和裂缝。事实上，该地基的不均匀沉降已明显可见，故可以断定框架中已有一定的附加内力产生。地基不均匀沉降是框架裂缝的主要原因。

2）框架结构计算。①结构计算简图的确定。KJ-1为四层三跨框架，且具有对称性。KJ-2为四层单跨框架，且每层框架梁挑出走廊长度部分搁置在砖墙上。考虑到砖墙截面较大，在梁端搁置点近似地按不动铰支处理。即得KJ-1、KJ-2的计算简图如图1。

图1计算简图

②荷载计算根据荷载规范，并参考施工图，可以计算得到：恒载作用下框架梁上的分布荷载：顶层AB跨15.1KN/m，BC跨14.0KN/m；1、2、3层，AB跨12.9KN/m，BC跨11.8KN/m。活荷载：楼面取2KN/m2，走廊取2.5KN/m2，屋面取0.7KN/m2。

③内力计算。由电算求得恒载和活载最不利组合时框架梁的弯矩值如图2（单位：KN-m）。

④配筋计算。以KJ-1顶层AB跨A端负弯矩为例进行强度复核：

已知：b=240mm，h=500mm，配筋2Φ16，As=402mm2，fy=210N/mm2，200号混凝土相当于C18级，fcm取C15的8.5N/mm2和C20的11N/mm2的内插值：fcm=10N/mm2，M=55.2KN-m

复核配筋：h0=500-35=465mm，则

X=h0-=465-=52.4mm

As=fcmbx/fy=10*240*52.4*210=598.9mm2>2Φ16，As=402mm2

可见配筋不足，少（598.9-402）/598.9=32.9%。

4.3加固方案

（方案1：a）贴角钢外包砂浆：在顶层梁端开裂处，先把混凝土梁上边的角磨圆，使其与角钢能密切结合，角钢位置用扁铁箍固定，角钢与混凝土梁之间用环氧树脂粘结嵌实，使其共同工作，形成一个整体梁。然后外包砂浆保护层。

图3加固方案

（方案2：b）钢筋混凝土加固层：在梁顶加置3Φ16钢筋，并用箍筋将其固定于梁面上，将上表面混凝土打毛，然后外包混凝土，混凝土顶面厚40毫米，其它三面厚20毫米或用砂浆外包。

（方案3：c）工字钢或角钢加固：在梁两边置工字钢或角钢，使其与多孔板接触受力，分担部分荷载。边上也可包混凝土或砂浆层。