民用建筑结构加固设计改造方法

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随着我国经济的不断发展，建筑工程的建设规模得以不断扩大，对于建筑工程的要求也相应提高。民用建筑作为一种特殊的商品，对使用年限具有较高的要求，随着加固项目的不断增多，其实际功能也发生相应的变化，如：电梯、楼层、户型等，对这些建筑项目的改造满足了现代城市规划需求，但是有些项目规划存在一定的质量隐患，严重缩短了民用建筑的使用年限，需要做出适当的加固的设计改造，延长民用建筑的使用年限，保护居民的权益。

1.民用建筑结构加固设计改造原理

1.1混凝土加固材料的使用

为了有效改善加固结构在应变和应力滞后问题，在选择钢材类型时，应该选择比例极限变形较低的一级、二级钢材。在使用预应力加固法时，针对大型结构的加固材料应该选用高强钢材，从而降低材料用量，提高钢材的应力水平[1]。为了保证二次组合结构的接触面能够具有一定的粘结性能，并且选用压缩性较小的混凝土，使新旧两种材料具有一致的受力性，并且保证与原构件产生较高的粘结度。

1.2加固结构的受力特性

与其他没有进行加固改造的结构相比，改造后的加固结构具有一定的受力特性。加固结构一般作为二次组合结构使用，在新旧结构上存在协调方面受力一致的问题，为了保证新旧结构的协调性，需要做好接触面的施工处理，通常来说，接触面的混凝土强度要远远低于混凝土本身的强度，因此，对于总体承载力方面二次组合结构来说，要远低于一次整浇结构。加固结构往往也作为二次受力结构，在对结构进行加固改造之前，已经完成了第一次受力，经过加固后的结构，即使承载力再低，改造后的截面应力和应变水平都远高于之前。经过二次荷载的作用，新加的结构才能进行二次受力，整体加固的结构在新加应力与应变方面都滞后于原结构，当原结构的受力超出阈值时，新加结构的应力可能远低于之前的数值，当原结构被严重破坏时，新结构可能还未超出设定的极限强度[2]。

2.建筑结构加固设计改造的原则

2.1选用材料的原则

引起建筑结构出现损坏的主要原因包括腐蚀、振动、风化、高温等，针对工业、民用建筑结构进行加固时，一般需要根据具体的损坏原因采用相应的加固措施，基于原结构不受损坏的情况下，开展相应的加固工作，尽量避免对原构件进行更换或拆除，保证具有实际价值的构件。在进行建筑结构加固设计时，根据相应的原则选择合适的材料，大多选取的材料需要具有高性能、高强度、质量轻、耐久性等特点，并且能够与原构件有良好的相容性。在实际操作过程中，一般根据民用建筑的原构件的性能、强度以及种类选择相应的加固材料。对于建筑原构件的强度资料信息不充分的情况下，应该在施工现场测算原结构材料的强度，并根据强度的等级设定一定的范围。

2.2建筑结构加固设计原则

由于建筑种类不同，建筑结构出现损坏的原因也各有不同，如：高温、腐蚀、振动、地基沉降等，采取的加固设计方案也各有不同。在民用建筑结构加固时，为了保障建筑物的施工安全以及延长建筑的使用年限，需要采取合适的结构加固的设计改造方案[3]，针对损坏原因采取针对性的加固措施，避免原始的建筑结构出现损坏，尽量减少更换或拆除原构件，保留有利用价值的构件。对建筑结构进行加固设计时，通常需要以下几种情况：①建筑本身的功能增加或改变；②施工质量没有保障的建筑物；③极端天气引起的结构损坏等情况。针对不同的建筑结构损坏原因选择科学合理的加固结构设计改造方案，从而有效保障建筑加固后的安全性。

3.民用建筑加固的设计改造方法

3.1混凝土结构加固改造

3.1.1加大截面法在民用建筑的混凝土结构的受弯构件上进行现浇层的加盖，能够适当增大截面的高度和面积，从而进一步提高受弯构件的抗弯性能，能够提高截面的加固效果。基于适筋条件下，钢筋面积与受弯构件截面的承载力有着正相关关系，适当增大主筋面积，能够有效提高构件的抗弯能力。增大截面法一般应用于柱体、板面、墙体等构件施工中[4]。3.1.2预应力加固法这种方法通过外加预应力的钢拉杆或者撑杆对建筑物的原结构进行加固，将原结构所承受的荷载力转移到加固改造后的结构上，一般适用于可有效提高承载度、刚度以及抗裂性或者占用空间小的混凝土承重结构，如：梁、板、屋架等，对于温度超过60℃的高温环境，或者混凝土出现收缩再变大的结构，均不使用。3.1.3外包钢加固法这种加固方法能够有效提高承载能力，一般通过型钢包裹住混凝土构件的四周，使其与混凝土进行协同性作业，主要分为干式、湿式等两种，作业温度不能超过60℃，在具有腐蚀性介质的作业环境时，还需要采用可靠的防护措施。3.1.4碳纤维织物加固法这种方法在混凝土的表面粘贴碳纤维织物，从而有效提高其承载能力，一般适用于具有粘贴钢板的优点、耐腐蚀、耐潮湿和不增加自重、耐用性强、维护成本低的结构，但是需要额外设置防火设施。3.1.5粘贴钢板法这种方法通过将钢板粘贴在承载能力较小的构件区段，能够有效提高构件承载力。这种加固方法施工比较简单，一般处于无湿度的作业环境，不会对日常的生产和生活造成较大的影响，多应用于受弯、受拉构件，如：梁、板等。但是，实际的加固效果主要受施工团队的水平影响，而且由于在施工过程中，影响施工质量的环境因素较多，因此，多应用于承受静力荷载的构件。3.1.6绕丝加固法绕丝法加固法主要通过钢丝缠绕在加固后的受压构件上，从而使混凝土受到一定的约束，从而有效提高构件的极限承载能力。这种加固方法与增大截面法具有相似的优劣势，因此，也适用于缺乏斜截面能力的构件，或者应用于施加一定横向约束的构件中[5]。

3.2砌体结构加固改造

3.2.1间接加固法砌体结构采取间接加固法包括结构构造性修复与加固和采用预应力撑杆加固法，对于前者来说，部分砌体出现局部压碎或者墙体部位出现竖直方向的缝隙都可以通过梁垫的方式进行加固，纵横墙出现的交接缺陷或者不合理的圈梁设置，为了保证房屋建筑的稳定性，可以通过圈梁的方式来加固；后者能够有效改变砌体的承载能力，提高砌体的加固效果，尤其是保证处于高应力和高应变状态的砌体在加固方面具有一定的适用性，但是温度超过60℃的环境不建议采用这种方法。3.2.2直接加固法直接加固法也可分为扶壁柱加固法以及钢筋混凝土外加层加固法。第一种加固方法属于增加截面的加固法，具有高适应性、高承载能力以及简便的施工优点，但难以承受高强度的震动，因此，不适用于地震区域的建筑结构加固。第二章方法属于复合截面加固法，常适用于带壁墙、柱等结构的建筑，能够快速提高砌体的承载能力，但施工时间较长，加固完成的砌体会降低建筑物的净空。

3.3钢结构加固改造

对于钢结构来说，采取的加固方法主要包括改变结构计算图形、结构连接加固、钢结构裂纹处理等。3.3.1改变结构计算图形采用这种方法能够对荷载的分布情况、节点、边界等进行有效的调整，并通过增设支撑或者施加预应力等方式对建筑结构进行加固。通过增设支撑能够提高构件的刚度或者重点加强某一支柱的刚度；或者通过改变受弯杆件的截面内力进行适当的加固，调整连续结构的支座位置或者将结构转化成为撑杆式的结构，采用适当的方式改变桁架的杆件内力，如：预应力拉杆，对结构进行适当的加工。3.3.2结构连接的加固一般使用焊缝、螺栓和铆钉的方式对钢结构和加固构件进行适当的连接，其中螺栓又分为两种，即普通螺栓和高强度螺栓，根据实际情况选择不同的连接方式。在实际施工过程中，需要分析结构加固的具体情况，结合施工现场的情况与结构的具体构造，充分考虑各种因素，从而选出最优的连接方式。在钢结构加固过程中出现频率最高的方式为焊缝和高强度螺栓连接等两种方式，如果钢结构连接有特殊的要求，则需要联合两种方法组合连接，此外，还需要关注焊缝连接过程中的焊接工艺是否合格，保证连接工艺采用的施工材料符合要求。3.3.3钢结构裂纹处理及加固由于钢结构受到多次的荷载作用，并且在加工、选材、设计等方面存在不合理的问题，会导致钢结构出现损伤或者裂纹，如果没有及时处理裂纹，裂纹具有一定的扩展性，会在荷载的作用下，不断扩大缝隙的长度和宽度，最终加剧结构的损坏程度，进一步引发安全问题[6]。因此，必须采取有效的措施处理钢结构裂纹。分析裂缝出现的根因，并深究其可能造成的影响，根据分析得出的结果采取相应的措施对钢结构进行加固，提高建筑钢结构的稳定性，避免由于裂纹的存在，导致结构失衡，对人民群众的生命财产安全造成一定的威胁。

4.结语

综上所述，对民用建筑结构的加固设计能够有效保障建筑物的稳定性和安全性，为了延长建筑结构的使用寿命以及保证建筑的安全，对结构加固的设计改造法能够有效应对承载力不足的构件。在加固改造的过程中，需要深入分析建筑结构改造的目的和根本原因，采取科学合理的加固设计，确保建筑结构的设计改造满足相应的规范要求，促进建筑行业的可持续发展。

【参考文献】

[1]王世民.民用建筑结构中的加固技术研究[J].黑龙江科学，2019,10(16):118-119.

[2]沈昭廷.建筑工程施工中加固技术分析[J].科技创新与应用，2017(36):40-41.

[3]包忠燕.研究一般性工业与民用建筑结构加固设计[J].建材与装饰，2017(10):65-66.

[4]佟德娟.浅谈粘钢加固技术在民用建筑施工中的应用[J].黑龙江科技信息，2016(11):201.

[5]钟建敏.柏庐高级中学加固改造抗震设计[J].建筑结构，2019,49(21):86-92.

[6]程绍革.建筑抗震鉴定与加固技术发展历程回顾与展望[J].城市与减灾，2019(05):2-5.

作者：钟芳 单位：中铁第五勘察设计院集团有限公司