建筑結(jié)構(gòu)維修加固改造的程序與原則講述

1、建筑結(jié)構(gòu)維修加固改造的程序與原則建筑結(jié)構(gòu)的維修加固改造是指既有建筑在全壽命使用期內(nèi)，在科學的檢測鑒定基礎上，采取合理的維修加固措施，或通過結(jié)構(gòu)改造，以提高結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性，滿足建筑物的正常使用功能，保證建筑節(jié)能與環(huán)保，延長建筑物安全使用壽命。其中既包括了對既有建筑達到設計使用年限后的加固，也包括了對既有建筑的性能維護，還包括部分新建筑的使用功能改造以及設計、施工造成的損害補救等等，對此開展研究，有利于落實黨中央提出的科學發(fā)展觀、建設節(jié)約型社會，符合建筑“四節(jié)”即節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材工作的要求。1建筑結(jié)構(gòu)維修加固改造行業(yè)的發(fā)展前景據(jù)初步統(tǒng)計，我國既有建筑物的總量（包括城鎮(zhèn)房屋建筑、工業(yè)建筑

2、等）約400多億平方米。一些專家估計，約有3050的建筑物出現(xiàn)安全性失效或進入功能退化期，既有建筑物的加固是一新興的學科與行業(yè)，具有令人矚目的發(fā)展前景和潛力，上世紀末美國勞工部門預測，建筑維修加固改造業(yè)在21世紀仍是世界各國最受歡迎的九大行業(yè)之一。目前，美國維修加固改造現(xiàn)有建筑物的費用已高達近六萬億美元，1980年美國建筑維修改造工程已占其全部工程的三分之一。丹麥用于維修加固改造與新建工程投資比例為6：1。1983年，瑞典用于維修改造的投資占建筑業(yè)總投資的50，中國比上述發(fā)達國家發(fā)展晚，同濟大學朱伯龍教授預言：“對建筑業(yè)來說，21世紀將是建筑改造的世紀”。隨著人們生活水平的提高，對房屋建筑提出

3、了更高的要求，土地是不可再生的資源，建設節(jié)約型社會不允許無限度地鋪攤子占用大量耕地搞建設。舊城改造、舊建筑物的維修加固、拓展應用是城市建設的必然選擇之一。通過對建筑物的加固改造來增層、擴建、改變用途，使舊建筑煥發(fā)新活力。工程中的缺陷可能源自于劣質(zhì)的材料或施工中的疏忽，甚至是設計的錯誤、有害環(huán)境的侵蝕或混凝土等材料的老化，這些缺陷的處理需要結(jié)構(gòu)維修和加固，對舊建筑不符合抗震設防要求的也需要進行結(jié)構(gòu)的抗震加固。作為新興行業(yè)，其發(fā)展的障礙主要是技術儲備不足而新手眾多，迫切需要開展研究與實踐工作，以提供可以借鑒的經(jīng)驗。淄博市建筑設計研究院成立了結(jié)構(gòu)工程維修加固改造研究課題組，結(jié)合工程設計實踐活動開展對

4、建筑物維修、加固改造成套技術的研究，在近十年的研究實踐中，逐漸學習、探索、總結(jié)、歸納了一系列常用的一般建筑物維修加固改造的方法與技術。在對這一課題的研究過程中，先后發(fā)表關于建筑物維修改造加固技術及應用的專業(yè)論文七篇，獲市自然科學優(yōu)秀學術成果獎三項，完成建筑物維修加固改造設計工程實踐二十余項，取得了較好的經(jīng)濟和社會效益。2建筑結(jié)構(gòu)維修加固改造的程序通過本課題的研究，結(jié)合不同工程實際，總結(jié)一般建筑結(jié)構(gòu)維修加固的程序如下.按照科學的程序進行，可以保證建筑結(jié)構(gòu)的維修加固改造不走彎路，避免漏項，制定合理的方案，取得較好的效益。2.1收集維修加固改造建筑結(jié)構(gòu)相關資料收集被維修加固改造建筑結(jié)構(gòu)的相關資料，主

5、要包括設計資料和施工資料、設計施工變更資料、建筑用材料資料、竣工和驗收資料、使用過程的有關情況、發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量問題、業(yè)主新的使用要求等。2.2建筑結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的質(zhì)量鑒定、材料性能的檢測對建筑結(jié)構(gòu)進行完損性和安全性鑒定，從而為維修加固改造提供依據(jù)。完損性主要是指建筑結(jié)構(gòu)目前的破損狀態(tài)，以外觀檢查為主；安全性主要是指構(gòu)件和結(jié)構(gòu)的安全程度，以內(nèi)力分析和截面驗算為主；在地震區(qū)，對舊建筑結(jié)構(gòu)尚應進行抗震性能鑒定。對結(jié)構(gòu)或構(gòu)件所用材料有懷疑時，應進行結(jié)構(gòu)材料的有關性能檢測，以獲得材料的實際強度等性能的指標數(shù)據(jù)。檢測和鑒定應由具備相應資質(zhì)的檢測機構(gòu)和鑒定單位完成，并出具檢測報告和鑒定意見書，檢測報告和鑒定意見書做

6、為建筑結(jié)構(gòu)維修加固改造的依據(jù)之一。2.3制定建筑結(jié)構(gòu)維修加固改造的方案制定建筑結(jié)構(gòu)維修加固改造方案應綜合考慮各種相關因素，主要依據(jù)是建筑結(jié)構(gòu)的使用功能要求，有關的國家行業(yè)技術規(guī)范和標準，可能實施的維修加固改造施工條件等。維修加固改造方案的制定是一項高技術的系統(tǒng)工作，應進行方案的對比和優(yōu)化，選擇產(chǎn)出投入比較高、簡便易行、質(zhì)量易于保證、環(huán)境效益較好的方案實施。2.4建筑結(jié)構(gòu)維修加固改造的設計根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)維修加固改造方案進行施工圖設計，此時應注意的問題主要是新舊建筑結(jié)構(gòu)的連接及協(xié)同工作，應考慮施工的可行性，盡量詳細地提出施工注意事項和施工先后順序。2.5建筑結(jié)構(gòu)維修加固改造的施工施工應由具備相應專項

7、施工資質(zhì)的隊伍完成，施工前應制定詳細的施工組織設計和安全措施，切實保證施工期間人員和建筑物的安全，在施工過程中發(fā)現(xiàn)與原設計不符情況和安全異常情況應及時通知業(yè)主和設計單位，采取處理措施。2.6建筑結(jié)構(gòu)維修加固改造過程的質(zhì)量監(jiān)督和竣工驗收施工過程應委托有相關經(jīng)驗的監(jiān)理單位進行監(jiān)理，設計人員也應經(jīng)常去施工現(xiàn)場了解施工情況，解決施工中存在的問題，并參加相關部位的分部分項驗收和竣工驗收，對重要工程或工程的關鍵重要部位應在加固施工完成后進行一些現(xiàn)場檢測。竣工后應提醒業(yè)主定期對加固改造部位檢查工作狀態(tài)，第一次檢查時間不大于10年。平時使用過程中若發(fā)現(xiàn)異常情況及時采取措施。3建筑結(jié)構(gòu)維修加固改造設計的基本原則

8、3.1建筑結(jié)構(gòu)的維修加固改造設計應由專業(yè)人士承擔建筑結(jié)構(gòu)是否需要加固，應經(jīng)結(jié)構(gòu)可靠性鑒定，專家依據(jù)有關規(guī)范規(guī)程標準提出鑒定意見書。鑒定意見書可以做為結(jié)構(gòu)維修加固改造設計的依據(jù)之一。由于建筑結(jié)構(gòu)加固設計所面臨的不確定因素遠比新建工程多而復雜，況且還要考慮業(yè)主的種種要求，因此，承擔維修加固改造設計的人員除具有較強的結(jié)構(gòu)理論、明晰的結(jié)構(gòu)概念外，還應具備較為豐富的工程經(jīng)驗才能夠全面系統(tǒng)地分析問題，提出較為合理的結(jié)構(gòu)加固設計方案。3.2維修加固改造設計應處理好構(gòu)件與結(jié)構(gòu)、局部與整體、臨時與永久的關系當某些構(gòu)件不滿足要求時必須進行加固，但結(jié)構(gòu)體系的加固往往會被忽視，加固設計人員應從整個結(jié)構(gòu)體系安全的角度來

9、考慮。當個別構(gòu)件加固不影響整體結(jié)構(gòu)體系的受力性能時，可進行局部加固；結(jié)構(gòu)整體不滿足要求時，應對結(jié)構(gòu)進行整體加固。臨時加固的要求可以適當降低一些。一般而言，結(jié)構(gòu)經(jīng)局部加固或部分構(gòu)件加固后，并不意味著該結(jié)構(gòu)整體承載能力就一定提高或是安全的，其安全性還取決于原結(jié)構(gòu)方案及其布置是否合理、構(gòu)件之間的連接是否可靠、原有的構(gòu)造措施是否得當與有效等，這些就是結(jié)構(gòu)整體性或結(jié)構(gòu)整體牢固性的內(nèi)涵，因此，結(jié)構(gòu)工程師在承擔混凝土結(jié)構(gòu)的加固設計時，應對結(jié)構(gòu)的整體性進行檢查與評估，以研究是否需作相應的加強，而不能僅僅關注結(jié)構(gòu)的局部或部分構(gòu)件。建筑結(jié)構(gòu)的維修加固改造應盡量少停產(chǎn)，在不影響或少影響工作和生活的條件下進行。盡量保

10、留原有結(jié)構(gòu)的構(gòu)件，減少拆除的工作量，保留的部分應有足夠的安全性和耐久性，并具有利用價值。加固設計時應考慮施工場地、各種管線、相鄰建筑、相鄰道路等的影響，考慮施工的可行性與方便。3.3維修加固改造的實施必須有科學的先后順序通常應先治理后加固，由高溫、高濕、凍融、冷脆、腐蝕、振動、溫度應力、收縮應力、地基不均勻沉降等原因造成的結(jié)構(gòu)損壞，在加固時，應采取有效的治理對策，從源頭上消除或限制其有害作用，正確確定加固處理時機，使之不致對加固后的結(jié)構(gòu)重新造成損壞。結(jié)構(gòu)加固一般應先卸載或部分卸載，卸載后按一定順序?qū)嵤┘庸?。一般而言，應先加固后拆除；先加固后開洞；先基礎后柱、梁和板；先重要構(gòu)件，后次要構(gòu)件，最后

11、做好保護與防護。3.4加固改造設計還應注意復核建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力，做好抗震加固設計地震區(qū)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件加固，除應滿足承載力要求外，還應復核其抗震性能。結(jié)構(gòu)加固后不應存在因局部加強或剛度突變而形成新的薄弱部位，同時還應考慮結(jié)構(gòu)剛度增大或變化而導致地震作用效應增大或變化的影響。在進行抗震加固設計時還注意以下一些問題：結(jié)構(gòu)的剛度和強度的分布要均勻，避免出現(xiàn)新的薄弱層；豎向構(gòu)件要連續(xù)，保證傳力途徑明晰；增加構(gòu)件或加固原有構(gòu)件，均要考慮減少整個結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應的可能性；加強薄弱部位的抗震構(gòu)造；要使結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)更加合理，防止構(gòu)件發(fā)生脆性破壞，消除不利于抗震的強梁弱柱、強構(gòu)件弱節(jié)點等不良受力狀態(tài)；考慮建設場地的影

12、響，加固后的結(jié)構(gòu)要選擇地震反應力小的結(jié)構(gòu)體系；對原有的不合理結(jié)構(gòu)體系、傳力途徑等應盡量進行改良。3.5應采用成熟的結(jié)構(gòu)維修加固改造技術，這些技術也正是本課題組研究的主要內(nèi)容在結(jié)構(gòu)加固改造設計時，要注意選用新材料、新工藝、應用成熟的新技術。但此時應注意，要采用經(jīng)過正式鑒定的技術和產(chǎn)品，并根據(jù)具體情況確定采用新技術的可行性；對于其它一些新產(chǎn)品和新技術應經(jīng)過慎重研究和試驗確定可靠后方可采用。加固方法的選擇應根據(jù)可靠性鑒定結(jié)果，結(jié)構(gòu)功能降低及加固原因（如完好情況下的加固及受損狀態(tài)下的加固）結(jié)合結(jié)構(gòu)特點、當?shù)鼐唧w條件、新的功能要求等，并按加固效果可靠、施工簡便、經(jīng)濟合理原則，綜合分析確定。特別注意，靜力

13、加固必須考慮結(jié)構(gòu)的二次受力問題，加固重點側(cè)重于承載力的提高；抗震加固一般不考慮二次受力，加固重點側(cè)重于結(jié)構(gòu)的延性和整體性。3.6消除加固結(jié)構(gòu)的應力、應變滯后現(xiàn)象為適應加固結(jié)構(gòu)應力應變滯后現(xiàn)象而較為充分地發(fā)揮后加部分的潛力，加固結(jié)構(gòu)所用鋼材，一般應選用比例極限變形較小的低強度（I、II級）鋼材；為提高二次組合結(jié)構(gòu)結(jié)合面的粘結(jié)性能，保證新舊兩部分能整體工作共同受力，加固結(jié)構(gòu)所用水泥及混凝土要求收縮性小，最好微膨脹，與原構(gòu)件的粘結(jié)性好，早期強度高。對加固結(jié)構(gòu)所用化學灌漿材料及膠粘劑，要求粘結(jié)強度高，可灌性好收縮性小，耐老化，無毒或低毒。加固結(jié)構(gòu)的新加部分，因應力、應變滯后而不能充分發(fā)揮其效能，尤其是

14、當結(jié)構(gòu)工作的應變應力值較高時,對于受壓構(gòu)件和受剪構(gòu)件，往往會出現(xiàn)原結(jié)構(gòu)與后加部分先后破壞的各個擊破現(xiàn)象，致使結(jié)構(gòu)加固效果很不理想或根本不起作用，相反，加固時若進行卸荷，情況則不同。卸載加固，由于應力、應變滯后現(xiàn)象得以降低乃至消失，破壞時新舊兩部分就可同時進入各自的極限狀態(tài)，結(jié)構(gòu)總的承載力可顯著提高。卸荷加固結(jié)構(gòu)的截面承載力計算，原則上仍按二次受力結(jié)構(gòu)進行，但當卸荷達到一定程度，可近似簡化按一次受力組合結(jié)構(gòu)計算，特別是以鋼筋為主要承力的受拉、受彎及大偏心受壓構(gòu)件。卸荷可以是直接卸荷，也可以是間接卸荷。直接卸荷，是全部或部分地直接搬走作用于原結(jié)構(gòu)上的可卸荷載；間接卸荷，用反向力施加于原結(jié)構(gòu)，以抵消

15、或降低原有作用效應。直接卸荷直觀、準確，但可卸荷載量有限，一般只限于活荷載；間接卸荷量值無限，甚至可以使作用效應出現(xiàn)負值。間接卸荷有楔升卸荷和頂升卸荷，前者以變形控制，后者以力控制。預應力加固法與卸荷合而為一，是將結(jié)構(gòu)所受荷載，通過預應力手段部分地轉(zhuǎn)移到新加結(jié)構(gòu)的一種方法。4國際混凝土結(jié)構(gòu)加固設計規(guī)范GB503672013的主要內(nèi)容4.1國家工程建筑標準化協(xié)會于1990年發(fā)布了協(xié)會標準混凝土結(jié)構(gòu)加固技術規(guī)范CECS25：90（以下稱舊規(guī)范），該規(guī)范執(zhí)行了十多年，對我國混凝土結(jié)構(gòu)的加固設計與施工起到了很好的技術指導作用，促進了混凝土結(jié)構(gòu)加固技術的發(fā)展。在此基礎上，國家建設部把舊規(guī)范經(jīng)過修訂，擴充新內(nèi)容，上升為國家標準GB503672013（以下稱新規(guī)范），并于2013年起執(zhí)行。4.2新規(guī)范提出了七種加固方法和三種配套使用的加固技術，分別是“加大截面加固法”、“置換混凝土加固法”、“外加預應力加固法”、“外粘型鋼加固法”