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结构加固

发布日期:2020-09-16 09:14:54 浏览量:105

结构加固是指对原有受力结构进行加固补强,从而满足新的使用要求及安全性,并节约成本,减少投资。

▋ 结构加固的发展历史

兴起

世界城市的发展已有5千多年,在今天的发达国家中,城市化的程度大多在70%-80%以上。据联合国人居中心预测,到2050年,世界城市化水平将达到61%,21世纪将成为真正的城市化世纪。我国目前的城市化进程也已步入快速发展期,预计到2020年,我国的城市化水平将由现在的50%达到60%。

城市的蓬勃发展代表着人类文明取得的辉煌成就。然而随着城市规模的扩大,人口的急剧增长,环境的破坏变得日益严重,自然恩赐给人类的资源日益匮乏,人们的生活条件和质量不断恶化。

与此同时,建筑的过度集中和无序建设,使建筑与环境的矛盾日益突出。控制建筑物的建设数量与合理规划成为现代建设者必须重视的问题,同时,提高现存建筑物的使用寿命及功能则成为当务之急的使命,完成这一使命的方法,便是对现存建筑物进行的修复与加固

现状

在欧美发达国家中,目前用于建筑加固改造的投资已占国家建筑业总投资的1/2以上,美国劳工部门在20世纪末的一项产业预测报告中曾经预言:建筑维修加固业将是21世纪最为热门的行业之一。

我国自建国以来,特别是自上世纪70 年代末实行改革开放以后,各种房屋建筑以及城市设施数量急剧增加。据有关部门统计,目前我国现存的各种建(构)筑物的总面积至少在100亿m2以上,其中绝大多数是混凝土及砌体结构建国初期建造的大量的工业与民用建筑,服役期大都超过50年,存在各种安全隐患。

一些新建成的工程项目中,由于勘察、设计和施工中的技术和管理问题,导致工程在建成初期就出现各种质量安全隐患。对于这些建筑物,如果不及时采取加固措施,就有可能导致重大的安全事故。为此,国家每年要投入大量资金用于建筑的加固修复,促进了建筑加固修复业的发展,形成了一个巨大的市场空间。

同时,一些现有建筑中,旧的结构设计在功能上不能满足当前使用的需求,这也刺激了建筑加固修复专业的迅速发展。特别是随着我国经济发展和人民生活水平的不断提高,近年来旧城改造几乎成了各大、中城市的共同课题。这为建筑加固修复业带来了空前的发展机遇。

前景

我国建筑市场巨大,当前土建结构的加固改造是我们面临的一项意义重大的任务。随着建筑业的蓬勃发展,建筑物的加固、维修、改造的应用领域和范围也将越来越广,各种新的加固技术必将不断地涌现,结构的加固技术也必将取得更长足的发展。

▋ 结构加固流程

加固工作流程: 已有建筑物可靠性鉴定——加固(改造)方案的选择——加固(改造)设计——加固工程的施工组织设计——施工——工程验收

1.可靠性鉴定

可靠性鉴定是已有建筑物加固或改造工作的基础。 必须全面了解建筑的结构性能及安全隐患(如材料强度、构造措施、裂缝、变形及使用条件等),并对结构的可靠性做出全面的评定。

2.鉴定的步骤如下:

(1)对建筑物进行宏观调查。

(2)根据现状及用户的要求,确定鉴定的项目和内容。

(3)实地检测,实地检测的内容包括:结构形式,截面尺寸,受力状况、计算简图、材料强度、变形(挠度)、裂缝、钢筋的配置和构造、钢筋锈蚀、混凝土碳化、地基沉降等。

(4)根据实测强度进行理论分析计算,确定结构的实际承载能力和耐久性等级。

(5)根据各分项指标及评定标准,得出建筑物的可靠性鉴定结论。

3.加固方案的选择

已有建筑物加固方案的选择十分重要。加固方案的优劣,不仅影响资金的投入,更重要的是影响加固质量。 如,对于承载力不足而实际配筋已达超筋的结构构件,继续在受拉区增配钢筋是起不到加固作用的。合理的加固方案应达到下列要求:加固效果好,对使用功能影响小,技术可靠,施工简便,经济合理,外观整齐。

4.加固设计

加固设计,包括被加固构件的承载力验算、构造处理和绘制施工图三部分。

三部分中对承载力计算,应特别注意新加部分与原结构构件的协同工作。一般来说,新加部分的应力滞后于原结构。

加固结构的构造处理不仅应满足新加构件自身的构造要求,还应考虑其与原结构构件的连接。做到新、旧构件共同受理工作。

5.施工组织设计

加固工程的施工组织设计应充分考虑下列情况:

(1)施工现场狭窄、场地拥挤、场所的正常营业。

(2)受生产设备、管道和原有结构、构件的制约;

(3)须在不影响或尽量少影响使用的条件下进行加固施工;

(4)施工时,拆除和清理的工作量较大,施工需分段、分期进行。 由于加固工程的施工大多是在负荷或部分负荷的情况下进行,因此施工时的安全非常重要。其措施之一是:施工前,尽可能卸除一部分外载,并施加预应力顶撑,以减小原构件中的应力。

6.施工

加固施工前,拆除或清理原有构件时,应特别注意观察是否有与原检测鉴定情况不符的地方。工程技术人员应亲临现场,随时观察有无意外情况发生。如有意外,应立即停止施工,并采取妥善的处理措施。施工时,应注意新旧构件结合部位的连接质量。

建筑物的加固施工应速战速决,尽可能少地影响使用和避免发生意外。

7.工程验收

加固工程竣工后,应由使用单位或其主管部门组织专业技术人员,严格按照有关加固工程施工或验收规范(规程)进行验收。

▋ 建筑结构加固原则

1.结构体系总体效应原则

尽管加固只需针对危险构件进行,但同时要考虑加固后对整体结构体系的影响。因此,在制定加固方案时,应对建筑物总体考虑。结构加固方案确定前,必须对已有结构进行检查和可靠性鉴定分析,分析结构的受力现状,为加固方案确定奠定基础。

2.材料的选用和取值原则

原结构的材料强度应按规定取用,如原结构材料种类和性能与原设计一致,按原设计(或规范)值取用;当原结构无材料强度资料时,可通过实测评定材料强度等级,再按现行规范取值。

3.加固方案的优化原则

建筑结构加固方案的选择应充分考虑已有结构实际现状和加固后结构的受力特点,对建筑结构整体进行分析,保证加固后结构具有较高的安全性和可靠度。此外,要考虑综合经济指标、施工特点和技术水平,在加固方法的设计和施工组织上采取有效措施,减少对使用环境和相邻建筑结构的影响,缩短施工周期。

▋ 加固设计原则

1.混凝土结构的修复加固设计应由富有经验的专业人士承担

混凝土结构是否需要修复加固,应经结构可靠性鉴定,专家依据有关规范规程标准提出鉴定,鉴定意见书可做为混凝土结构加固设计的依据之一。

由于混凝土结构修复加固设计所面临的不确定因素远比新建工程多而复杂,况且还要考虑业主的种种要求,因此,承担修复加固设计的人员除具有较强的结构理论、明晰的结构概念外,还应具备较为丰富的工程经验才能够全面系统地分析问题,提出较为合理的修复结构加固设计方案,实现修复加固的目的。

并不是一般的结构工程师都能做好加固设计,新建筑设计做的好的工程师,经过一定研究和工程实践后才有可能做好加固设计。

2.修复加固设计应处理好构件与结构、局部与整体、临时与较久的关系

当某些构件不满足要求时必须进行加固,但结构体系的加固往往会被忽视,加固设计人员应从整个结构体系安全的角度考虑.当个别构件加固不影响整体结构体系的受力性能时,可进行局部加固;结构整体不满足要求时,应对结构进行整体加固;临时加固的要求可以适当降低一些。混凝土结构的修复加固应在尽量少停产、不影响或少影响工作和生活的条件下进行。

3.修复加固的实施必须有科学的先后顺序

通常应先治理后加固。由高温、高湿、冻融、冷脆、腐蚀、振动、温度应力、收缩应力、地基不均匀沉降等原因造成的结构损坏,在加固时,应采取有效的治理对策,从源头上消除或限制其有害作用,正确确定加固处理时机,使之不致对加固后的结构重新造成损坏。

混凝土结构的修复加固一般应先卸载或部分卸载,卸载后按一定顺序实施加固。一般而言,应先加固后拆除;先加固后开洞;先基础后柱、梁和板;先重要构件,后次要构件,较后做好保护与防护。

4.加固设计还应注意复核混凝土结构的抗震能力,做好抗震加固设计

地震区的结构或构件加固,除应满足承载力要求外,还应复核其抗震性能结构加固后不应存在因局部加强或刚度突变而形成新的薄弱部位,同时还应考虑结构刚度增大或变化而导致地震作用效应的增大或变化的影响。

在进行抗震加固设计时还注意以下一些问题:结构的刚度和强度的分布要均匀,避免出现新的薄弱层;竖向构件要连续,保证传力途径明晰与简单直接;增强构件或加固原有构件,均要考虑减少整个结构扭转效应的可能性;加强薄弱部位的抗震构造;要使结构的受力状态更加合理,防止构件发生脆性破坏,消除不利于抗震的强梁弱柱、强构件弱节点等不良受力状态;考虑建设场地的影响;加固后的结构要选择地震反应小的结构体系;对原有的不合理结构体系、传力途径等应尽量进行改良。

5.采用成熟的结构修复加固改造方法与技术

在混凝土结构改造或修复加固设计时,要注意选用新材料、新工艺、应用成熟的新技术。应注意,必须采用经过正式鉴定的技术和产品,对于其它一些新产品和新技术应经过慎重研究和试验确定可靠后方可采用。

6.消除被加固结构的应力、应变滞后现象

为适应被加固结构应力应变滞后现象,较为充分地发挥后加部分的潜力,加固结构所用钢材,一般应选用比例极限变形较小的低强度(I、II级)钢材。为提高二次组合结构结合面的粘结性能,保证新旧两部分能整体工作共同受力,加固结构所用水泥及混凝土要求收缩性小、较好微膨胀、与原构件的粘结性好、早期强度高,对加固结构所用化学灌浆材料及胶粘剂,要求粘结强度高、可灌性好收缩性小、耐老化、无毒或低毒。

从受力情况分析,加固结构的新加部分,因应力、应变滞后而不能充分发挥其效能,尤其是当结构工作的应变应值较高时,受压构件和受剪构件,往往会出现原结构与后加部分先后破坏的各个击破现象,致使结构加固效果很不理想或根本不起作用,相反,加固时若进行卸荷,情况则不同,由于应力、应变滞后现象得以降低乃至消失。破坏时新旧两部分就可同时进入各自的极限状态,结构总的承载力可显著提高。

卸荷加固承载力的计算,原则上仍按二次受力进行,但当卸荷达到一定程度,可近似简化为按一次受力组合结构计算,特别是以钢筋为主要承力的受拉、受弯及大偏心受压构件。

卸荷可以是直接卸荷,也可以是间接卸荷。直接卸荷是全部或部分直接搬走作用于原结构上的可卸荷载;间接卸荷是用反向力施加于原结构,以抵消或降低原有作用效应。直接卸荷直观、准确,但可卸荷载量有限,一般只限于活荷载;间接卸荷量值无限,甚至可以使作用效应出现负值,间接卸荷有楔升卸荷和顶升卸荷,前者以变形控制,后者以应力控制。预应力加固法与卸荷合二为一,是将结构所受荷载,通过预应力手段部分地转移到新加结构上的一种方法。

7.加固设计与新建筑的结构设计有很大的不同,应区别对待

加固设计计算时,可考虑楼面活荷载的折减,钢筋混凝土现浇板的梁,核算其受弯承载力时,跨中应考虑现浇板有效受压翼缘宽度,跨中和梁端受压区钢筋的双筋梁作用框架梁核算端部承载力和裂缝时的弯矩值应取柱边值而不应取柱中值,各构件混凝土强度应按检测的实测值换算为设计值取用,采用计算机软件做整体内力分析后,必须对构件做局部验算。

8.力求与施工单位进行配合

进行加固设计时,力求与承担施工的单位进行配合,根据该施工单位的经验和水平确定更合理的设计实施方案。如果在设计时不能确定施工单位,开工之前应就设计中的构造做法和施工要求与施工单位作交底和讨论,必要时进行方案调整和修改设计,以确保工程质量和降低造价。

▋ 加固方法

1.钢筋混凝土结构加固

钢筋混凝土房屋结构体系和抗震承载力不满足要求时,宜采用的加固方法

(1)单向框架应加固,或改为双向框架,或采取加强楼、屋盖整体性且同时增设抗震墙、抗震支撑等抗侧力构件的措施。

(2)单跨框架不符合鉴定要求时,应在大于框架-抗震墙结构的抗震墙最大间距且不大于24m的间距内增设抗震墙、翼墙、抗震支撑等抗侧力构件或将对应轴线的单跨框架改为多跨框架。

(3)框架梁柱配筋或承载力不符合鉴定要求时,可采用外包型钢、增大截面法、粘钢板或粘碳布等加固方法进行加固。

(4)框架柱轴压比不符合鉴定要求时,可采用增大截面法进行加固。

(5)房屋刚度较弱、明显不均匀或有明显的扭转效应时,可赠送钢筋混凝土抗震墙或翼墙加固,也可设置支撑加固。

(6)钢筋混凝土抗震墙配筋不符合鉴定要求时,可加厚原有墙体或增设端柱、墙体等。

(7)楼梯构件不符合鉴定要求时,可采用粘贴钢板、碳布或增大截面法进行加固。

2.砌体结构加固

对可靠性不足或业主要求提高可靠度的砌体结构及其相关部分采取增强、局部更换或调整其内力等措施,使其具有现行设计规范及业主要求的安全性、耐久性和适用性。

具体加固方法

抗震承载力不满足时,宜采用的加固方法

(1)拆砌或增设抗震墙

(2)修补和灌浆

(3)面层或板墙加固

(4)外加柱加固

(5)包角或镶边加固

(6)支撑或支架加固

整体性不满足时,宜采用的加固方法

(1)当墙体布置在平面内不闭合时,可增设墙段或在开口处增设现浇钢筋混凝土框形成闭合。

(2)当纵横强连接较差时,可采用钢拉杆、长锚杆、外加柱和外加圈梁等加固。

(3)楼、屋盖构件支撑长度不满足要求时,可增设托梁或采取增强楼、屋盖整体性等的措施;对腐蚀变质的构件应更换;对无下弦的人字屋架应增设下弦拉杆。

(4)当构造柱或芯柱设置不符合鉴定要求时,应增设外加柱;当墙体采用双面钢筋网砂浆面层或钢筋混凝土板墙加固,且在墙体交接处增设互相可靠拉结的配筋加强带时,可不另设构造柱。

(5)当圈梁设置不符合鉴定要求时,应增设圈梁;外墙圈梁宜采用现浇钢筋混凝土,内墙圈梁可用钢拉杆或在进深端加锚杆代替;当采用双面钢筋网砂浆面层或钢筋混凝土板墙加固,且在上下两端增设配筋加强带时,可不另设圈梁。

(6)当预制楼、屋不满足抗震鉴定要求时,可增设钢筋混凝土现浇层或增设托梁加固楼、屋盖。

薄弱易倒部位,宜采用的加固方法

(1)窗间墙宽度过小或抗震能力不满足要求时,可增设钢筋混凝土窗框或采用钢筋网砂浆面层、板墙等方法加固。

(2)支撑大梁等的墙段抗震能力不满足要求时,可增设砌体柱、组合柱、钢筋混凝土柱或采用钢筋网砂浆面层、板墙等方法加固。

(3)支撑悬挑构件的墙体不符合鉴定要求时,宜在悬挑构件端部增设钢筋混凝土柱或砌体组合柱加固。

(4)隔墙无拉结或拉结不牢,可采用镶边、埋设钢夹套、锚筋或钢拉杆加固;当隔墙过长,过高时,可采用钢筋网砂浆面层进行加固。

(5)出屋面的楼梯间、电梯间和水箱间不符合鉴定要求时,可采用面层或外加柱加固,其上部应与屋盖构件有可靠连接,下部应与主体结构的加固措施相连。

(6)出屋面的烟囱、无拉结女儿墙、门脸等超过规定的高度时,宜拆除、降低高度或采用型钢、钢拉杆加固。

(7)悬挑构件的锚固长度不满足要求时,可加拉杆或采取减少悬挑长度的措施。

3.钢结构加固

钢结构加固的主要方法有:减轻荷载、改变结构计算图形、加大原结构构件截面和连接强度、阻止裂纹扩展等。当有成熟经验时,亦可采用其它加固方法。

改变结构计算图形

改变结构计算图形的加固方法是指采用改变荷载分布状况、传力途径、节点性质和边界条件,增设附加杆件和支撑、施加预应力、考虑空间协同工作等措施对结构进行加固的方法;

改变结构计算图形的一般加固方法:

(1)对结构可采用下列增加结构或构件的刚度的方法进行加固:

A、增加支撑形成空间结构并按空间结构验算;

B、加设支撑增加结构刚度,或者调整结构的自振频率等以提高结构承载力和改善结构动力特性;

C、增设支撑或辅助杆件使结构的长细比减少以提高其稳定性;

D、在排架结构中重点加强某一列柱的刚度,使之承受大部分水平力,以减轻其它柱列负荷;

E、在塔架等结构中设置拉杆或适度张紧的拉索以加强结构的刚度。

(2)对受弯杆件可采用下列改变其截面内力的方法进行加固:

A、改变荷载的分布,例如将一个集中荷载转化为多个集中荷载;

B、改变端部支承情况,例如变铰接为刚结;

C、增加中间支座或将简支结构端部连接成为连续结构;

D、调整连续结构的支座位置;

E、将结构变为撑杆式结构;

F、施加预应力。

(3)对桁架可采取下列改变其杆件内力的方法进行加固:

A、增设撑杆变桁架为撑杆式结构;

B、加设预应力拉杆。

加大构件截面的加固

采用加大截面加固钢构件时,所选截面形式应有利于加固技术要求并考虑已有缺陷和损伤的状况。

连接的加固与加固件的连接

钢结构连接方法,即焊缝、铆钉、普通螺栓和高强度螺栓连接方法的选择,应根据结构需要加固的原因、目的、受力状况、构造及施工条件,并考虑结构原有的连接方法确定。

钢结构加固一般宜采用焊缝连接、摩擦型高强度螺栓连接,有依据时亦可采用焊缝和摩擦型高强度螺栓的混合连接。当采用焊缝连接时,应采用经评定认可的焊接工艺及连接材料。

裂纹的修复与加固

结构因荷载反复作用及材料选择、构造、制造、施工安装不当等产生具有扩展性或脆断倾向性裂纹损伤时,应设法修复。在修复前,必须分析产生裂纹的原因及其影响的严重性,有针对性地采取改善结构实际工作或进行加固的措施,对不宜采用修复加固的构件,应予拆除更换。

4.木结构古建筑常用加固方法

古建筑主要使用木质材料,但是木质材料在长期载荷作用下,或者是长期受到风雨的洗礼,性能就会下降。木结构的破坏类型很多,常见的有开裂、糟朽以及拔烨等。对木结构进行加固主要从两个方面进行:整体加固和构件加固。

整体加固

整体加固主要针对的是木结构梁架,加固方式主要有三种:

(1)支顶拔正。在不影响木结构整体框架的前提下:①进行的工作是支顶整体梁架,复位已经扭转倾斜的构件;②进行的工作木结构的整体加固,同时更换和修补受到严重破坏的梁仿和科拱。这种方法主要应用于外闪较为严重的建筑物,并且大构件完好无损,只需要更换小构件。

(2)修整加固。修整加固是对木结构进行整体加固,并且保证不能够对瓦顶和构架造成破坏。这种方法主要应用于没有出现较大位移和变形较小的木结构。

(3)增大截面法

增大截面法主要用于受压杆件的加固,也可用于受拉杆件的加固,这种方法既可以用于构件强度的补充也可以用于增加杆件的稳定性。现在常用的增大截面法主要是用与原构件材料相同的木材进行加固,也可用钢材和混凝土外包加固。

(4)增设钢拉杆

增设钢拉杆主要是用于屋架木制下弦的加固以及其他受拉构件的加固,其作用是利用钢材抗拉强度高的特点部分或全部顶替受拉木构件的作用。钢拉杆可以通长设置,亦可分段设置,通长设置亦应间隔一段距离设置U形箍起稳定作用。

(5)构件加固

常见的构件加固方法主要有两种:铁件加固和化学加固法。

(6)铁件加固法。铁件加固木结构主要使用扁铁箍紧梁柱等构件,或者是牢固连接梁柱等节点。铁件加固能够有效提高木结构梁柱等构件的力学性能,原因在于使用的扁铁能够承担构件应该承担的部门拉力、压力和剪力。该方法主要应用于梁柱裂缝较大的木结构。

(7)化学加固法。化学加固法,简而言之,就是在木结构上使用化学试剂,提高木结构力学性能的一种方法。在木结构中使用的化学试剂可以避免木结构遭受昆虫以及细菌的侵害。

(8)碳纤维加固

使用碳纤维复合材是指碳纤维配合环氧树脂结构胶的加固方法。使用碳纤维加固具有以下优点:材料强度高、体积小、重量轻,不增加构件尺寸、耐腐蚀、耐火性能好、安装简单、防水性能好。




文章来源: 永年加固公司
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