既有建筑改造结构体系加固原则及相关技术分析
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【摘 要】本文讨论了既有建筑改造结构体系加固的一般原则，并分析了包括增大截面法、外包钢法、外部粘钢法、粘贴纤维材料法、预应力加固法等在内的结构体系加固技术及其应用。
【关键词】既有建筑改造结构体系加固
1、结构体系加固的原则
结构加固是以提高或恢复建筑物结构降低的或已丧失的可靠性，使其失去部分抗力的构件或结构重新获得或大于原有抗力为目的，其主要包括如下内容：提高结构构件承载力、通过增加结构构件刚度来降低荷载作用下的变形及位移、增强构件稳定性以降低结构裂缝开展并改善其耐久性。对于需进行加固的结构，应依据相应加固原则进行加固。
结构加固的一般原则包括以下几点：应避免一些不必要的更换及拆除，如果设计时的安全储备可以利用，通过修补就可以解决问题的不应进行加固，这样可以避免加固中导致的结构受损加剧及新问题的出现；若结构存在损伤已对结构安全造成影响，危及人民的生命财产安全，同时具有修复及保存价值或者相对拆除重建更加经济时，应对其进行加固；对于文物及一些有纪念意义、艺术价值及历史价值等的建筑物，亦应进行修复和保存；应对加固工作中可能会出现的结构倾斜、失稳、坍塌以及过大变形等问题，在加固设计文件当中提出相应安全措施，同时要求施工单位严格执行；未经鉴定及许可的加固工程，加固后不得改变结构的用途及使用环境。
2、加固技术及其应用
2.1 增大截面法
在钢筋混凝土结构加固中，增大截面加固法是通过使用同种材料增大原结构构件的截面面积，进而提高构件的承载力及刚度的加固技术，一般被用于轴心受弯、受压、截面受剪、偏心受压的构件截面增大中，其应用案例主要包括常见的柱、梁、板等。增大截面法是一种传统的加固方法，具有技术成熟便于施工、可靠性强、适用面广、对构件抗力及刚度提升幅度大等优点。截面加固法的应用中，应考虑整体结构，不可仅局限于局部的加大，以避免整体结构局部薄弱层出现重大事故。增大截面法也存在着一些弊端，如会在一定程度上降低建筑物使用空间、加大结构自重，并且进行钢筋混凝土构件的加固时，现场的湿作业工作量较大，且养护期也较长，会对建筑物的使用带来一定影响。
2.2 外包钢法
外包钢加固方法是在结构构件的四周进行加固的技术，分为湿式外包钢法和干式外包钢法两类。湿式外包钢法是于型钢和原构件间使用乳胶水泥或者环氧树脂等进行粘贴的方法，整体性较好，但湿作业量较大；干式外包钢法的型钢和原构件间无任何形式的粘贴，型钢和原构件不可整体工作，只能彼此单独受力；干式外包钢法相对湿式外包钢法施工更加简便，但其承载力的提高不及湿式外包钢法有效。外包钢法能够在基本不增加截面大小的前提下提升构件的承载力、延性及刚度，适用于混凝土柱、屋架、梁、砖窗间墙及烟囱等构件及构筑物的加固。该法具有施工速度快、加固效果好、现场工作量小等优点，但加固费用偏高。
2.3 外部粘钢法
外部粘钢加固法是指按照加固设计的要求，通过粘结剂将钢板粘贴于混凝土或钢结构表面之上，使之共同工作的加固技术。该法具有施工便捷、取材容易的优点，可在几乎不使构建外观及使用空间发生变化的条件下，大幅提升其承载力和使用性能。通常使用外部粘钢加固法将钢板粘在梁底的受拉区以提升高粱承载力，将钢板粘于梁侧还可提高梁斜截面的承载力。
2.4 粘贴纤维材料法
随着材料科学的发展，很多轻质高强度的复合材料被应用于结构加固中，如碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维等。纤维合成材料是通过树脂类的胶结材料在混凝土表面上粘贴纤维布，进而达到对构建的补强加固和改善结构的受力性能的目的。与传统混凝土结构的加固技术相比，粘贴纤维材料法具有高强高效、施工便捷、耐腐蚀和耐久性能极佳等明显优势。
2.5 构造加固法
构造加固方法主要应用于砌体结构加固当中，包括设圈梁、构造柱、扶壁柱等多种方法，砌体结构构造加固主要目的是抗震。构造加固法是一种侧重于整体性的加固技术，很难通过某一具体表达式对其计算理论进行概括，在规范中对采取构造要求形式。
2.6 预应力加固法
预应力加固法是通过外加预应力钢拉杆或者型钢撑杆进行结构加固的方法。该法是通过对钢拉杆或者型钢撑杆施加预应力，使其受力来影响和改变原结构的应力分布，降低结构原有的应力水平，较好消除普遍存在于一般加固法中的应力应变的滞后现象。预应力加固法可促进原结构与后加部分较好地协同工作，显著提升结构总体承载力。该法有加固、卸载及改变结构应力分布的效果，应用于大跨度的结构加固中，可对其他加固方法无法实施或者加固效果较差的高应力应变下的大型结构进行加固。
2.7 增设支点法
增设支点加固法是通过增设支点降低结构的计算跨度，进而达到降低结构内力和提升其承载力的目的的加固方法，一般应用于板、梁、网架、桁架等水平结构的加固中，根据支撑结构变形性能可将其分为刚性支点、弹性支点两类。刚性支点法是将荷载通过支承结构轴心受压或受拉直接传至基础或者柱子等构件，支撑结构轴向变形远小于被加固构件挠曲变形，因此可将其按照不动支点进行考虑，大大简化内里计算；弹性支点法是将荷载间接地通过支撑结构受弯或者桁架作用传递的一种加固法，支撑结构与被加固结构变形属于同一数量级，因此必须将支撑结构按照可动点弹性支点进行考虑，其内里分析较复杂。
3、实例分析
如某炼钢厂的厂房加固技术。此厂由于建设时间过长，再者规模扩大，厂房承重力增加，需要对厂房进行改造加固，以保证生产安全。经过对原厂房的设计结构进行评估鉴定，我们发现在原设计基础上，可以进行改造，不需更换过多原件，只需在其原设计安全储备的基础上进行更新即可。首先，加固其承重力。该厂房由于房顶增加吊重机械，给承重带来巨大的威胁，所以在其原承重基础上，给予加固更新。其次，厂房由钢结构上、下柱对接承重，如今增加设施，厂房高度不够，给予升高改造，以下柱为主要目标，避免上柱承重力不足问题。所以在实际改造过程中，我们只通过运用预应力加固法，加固吊车梁及辅助桁架，增加承重，运用增设支点法，顶升屋盖整体，提高高度即可完成改造加固。
4、结语
对既有建筑进行改造加固，要尽量避免大规模整改，以节省效益。在改造加固过程中，要对多种加固方法进行分析评价，以寻找较为合适的方法，做到既有工作效率，又能借鉴人力物力。
参考文献：
[1]王平山.既有建筑改造结构体系加固原则与应用研究[J].结构工程师，2010，26（3）.
[2]于德生.既有建筑物结构加固改造方法浅析[J].山西建筑，2010，36（23）.