浅析结构加固改造的一般原则

2017-01-18伊新富

浙江建筑 2017年2期

关键词：设计规范年限耐久性

伊新富,吴韬

(1.浙江省城乡规划设计研究院,浙江杭州 310030；2.浙江交工高等级公路养护有限公司,浙江杭州 310052)

浅析结构加固改造的一般原则

伊新富1,吴韬2

(1.浙江省城乡规划设计研究院,浙江杭州 310030；2.浙江交工高等级公路养护有限公司,浙江杭州 310052)

对现行主要加固改造规范标准进行整理,浅析了结构加固改造的几个一般原则：加固方案的选择；设计使用年限的确定；抗震标准提高的对策。这些原则对建筑结构加固改造的设计和施工有一定的指导意义。

加固改造；一般原则；方案选择；设计使用年限；抗震标准

1 背景概况

近年来,全国各地都在进行危房检测。随着危房检测的进行,发现很多建筑物使用功能的改变,还有一些建筑物的上部加层和地下室的改扩建,以及建筑物的水平和竖向移位，等等,以后将会有越来越多的工程需要进行结构加固改造。

《中国地震动参数区划图(GB 18306—2015)》已于2016年6月1日施行。《建筑抗震设计规范(GB 50011—2010)》也更新为2016版本。我国很多地方的抗震标准都有不同程度的提高。有些是从不抗震设防提高为6度抗震设防，有些是从6度抗震设防提高为7度抗震设防，还有一些涉及地震分组的提高，等等。这些都对以后的结构加固改造提出了更高的要求。

2 结构加固改造的基本程序

结构加固改造应遵循下列工作程序。

第一步：原结构(可靠性和抗震)鉴定→第二步：加固改造方案的选择→第三步：加固改造施工图设计(审查)→第四步：施工及验收。

以上四个程序都是必须的,而且先后次序不得颠倒。

结构可靠性鉴定,重点是结构的安全性和房屋的正常使用性。应收集原有设计图纸、计算书、详细的岩土工程勘察报告、竣工验收原始资料等；调查建筑结构现状与原始资料相符合的程度、施工质量和维护状况,并进行必要的检测；当资料不全时,应根据鉴定的需要进行补充或实测。

结构抗震鉴定,重点是房屋的综合抗震能力及整体性。根据各类建筑结构的特点、结构布置、构造和抗震承载力等因素,采用相应的鉴定方法,进行综合抗震能力分析并作出评价,对不符合抗震鉴定要求的建筑提出相应的抗震减灾对策和处理意见。

施工是对加固改造设计的实施过程,一般应由有相应加固资质的专业化队伍或经专门培训的队伍进行。结构加固施工前应按设计要求及结构特点编制施工组织设计,严格按相应工艺标准采取有效措施以确保施工质量和安全。结构加固改造的施工还应符合下列要求：

1)应采取措施避免或减少损伤原结构构件;

2)发现原结构或相关工程隐蔽部位的构造有严重缺陷时,应会同加固设计单位采取有效处理措施后方可继续施工;

3)对可能导致的倾斜、开裂或局部倒塌等现象,应预先采取安全措施。

3 结构加固改造的一般原则

3.1 加固改造方案的选择

加固方案应根据结构鉴定结论及可靠性差异程度和原因,结合该结构特点及加固施工条件,按安全可靠、经济合理的原则确定。

加固方案宜结合维修改造,并根据原结构的具体特点和技术经济条件的分析,采用新技术、新材料。加固方法应便于施工,并应减少对建筑正常使用功能的影响。

在选择加固方案时,除了重视鉴定报告,更要重视到现场直接查看,这对于一些烂尾楼的加固改造尤为重要。很多鉴定报告中没有提及的事项,可在现场查看时得以发现。

在选择加固方案时,设计单位还要与有经验的专业加固公司沟通，只有这样才能使加固方案更加具有实施性,也更为经济合理。根据结构鉴定报告和有关资料,设计人员会同专业加固人员选择适当的加固方案是非常重要的。

按选择的加固改造方案进行进一步详细的加固改造设计时,应考虑合适的施工方法及合理的构造措施，并根据结构上的实际作用,进行承载能力、正常使用极限状态方面的验算。

加固方案应根据结构鉴定的完整报告和现场查看综合确定,处理好各种关系,使方案有所优化。

3.2 加固设计使用年限的确定

3.2.1 在加固设计规范中,按如下原则对加固设计使用年限的确定

1)结构加固后的使用年限,应由业主和设计单位共同商定；

2)一般情况下,宜按30年考虑；到期后,若重新进行的可靠性鉴定认为该结构工作正常,仍可继续延长其使用年限；

3)对使用胶粘方法或掺有聚合物加固的结构、构件,应定期检查其工作状态。检查的时间间隔可由设计单位确定,但第一次检查时间不应迟于10年。

4)当为局部加固时,应考虑原建筑物剩余设计使用年限对结构加固后使用年限的影响。

3.2.2 在抗震鉴定规范中,提出如下确定后续使用年限的原则

1)在20世纪70年代及以前建造经耐久性鉴定可继续使用的现有建筑,其后续使用年限不应少于30年；在20世纪80年代建造的现有建筑,宜采用40年或更长,且不得少于30年。

2)在20世纪90年代(按当时施行的抗震设计规范系列设计)建造的现有建筑,后续使用年限不宜少于40年,条件许可时应采用50年。

3)在2001年以后(按当时施行的抗震设计规范系列设计)建造的现有建筑,后续使用年限宜采用50年。

对比加固设计规范和抗震鉴定规范,两者对加固设计使用年限,即后续使用年限,存在一定的区别。

设计使用年限是对建筑继续使用所约定的一个时期,在这个时期 ,建筑只需进行正常维护而不需要进行大修就能按预期目的使用，完成预定的功能。设计使用年限的限定,主要考虑的应该是耐久性问题。其次,是安全性、经济性和合理性的问题。最后,还涉及荷载取值、构造要求等方面的问题。

抗震鉴定规范确定后续使用年限的方法是具有技术可能、经济可能和科学性的。

要注意抗震鉴定规范的用词,对于30年的年限,是使用了“不应”和“不得”。其余40年和50年的年限,是使用了“宜”和“条件许可时应”。

3.2.3 结合加固设计规范,按如下原则确定加固设计(后续)使用年限

1)对于绝大多数的加固改造工程,可按照设计使用年限为30年确定;

2)对于已经按2001规范执行的工程加固改造,加固设计使用年限,定为40年为宜;

3)50年的设计使用年限,建议只有在新建工程的加固改造时使用为宜。

因为按30年的设计使用年限,已经满足了加固设计规范和抗震鉴定规范的基本要求。

对于加固改造中,存在大量的局部构件的加固改造,这些构件的设计使用年限应考虑原建筑物剩余设计使用年限对结构加固后使用年限的影响。如果它们的设计使用年限提得过大的话,对原结构可能存在安全性和耐久性方面的隐患。

对于加固改造工程,原结构的混凝土强度、砌体强度和砂浆强度,普遍存在偏低的问题。它们在加固改造后的耐久性如何,还需要时间的检验。

所以,加固设计使用年限,建议一般采用30年较好。而且对于这类工程,应加强监测和定期检测,以便确保加固改造工程的安全性和耐久性。当然,若业主认为其房屋极具保存价值,而加固费用也不成问题,则可商定一个较长的设计使用年限。这在技术上都是能够做到的,但毕竟很费财力,所以不应在业主无特殊要求的情况下,误导他们这么做。

3.3 提高抗震标准的对策

全国很多地方的抗震标准将有质的提高,特别是对于从不抗震设防,提高为6度抗震设防的；从6度抗震设防,提高为7度抗震设防的。这些地区结构抗震加固改造的难度非常大。

房屋的抗震设计包括抗震验算和抗震措施两个方面。多遇地震的抗震验算是实现第一水准设防目标的保证，罕遇地震的弹塑性变形验算是实现第三水准设防目标的保证，而概念设计和抗震措施是三个水准目标的基本保证。

对于新建工程的抗震设计,实现三水准设防目标的做法是在构件层次同时满足抗震验算和抗震措施两方面的要求。然而,对于现有建筑而言,如果要做到每个构件的承载力和构造措施都达到规范规定的要求是不现实的,其结果势必会造成逐个构件的加固。这样不仅加固工作量大,而且对原有结构的伤害也大,甚至还会因加固措施不当而产生新薄弱楼层，导致结构倒塌。

这时,采用“综合抗震能力”是一种经济合理的方式。所谓综合抗震能力，是指整个建筑结构综合考虑其构造和承载力等因素所具有的抵抗地震作用的能力。

实际上,结构在地震作用下的性能实现的途径有两个：一是承载能力达到了要求,与目标曲线形成一个交点；二是虽然承载能力未能达到预定的要求,但结构具有足够的变形能力,因此同样也能与目标曲线形成一个交点。

在现有建筑的抗震加固中,也可借用上述原理,针对现有结构的特点：可以采用通过提高结构承载力的方式加固,使之达到规定的目标要求；也可能采用不提高结构承载力而是提高结构延性功能的加固方式,同样使之达到规定的设防目标的要求。

再按照上面加固设计使用年限的确定原则,如果采用30年的话,其抗震验算系数比现行设计规范有所下降,较容易满足抗震加固规范的要求。只有对新建工程的设计使用年限采用50年,这时的抗震加固改造也可以满足抗震加固规范的要求。另外,在加固改造中,普遍使用了结构胶,而胶的使用年限和耐久性能能否满足40年或者50年的要求,这也是建议使用加固设计使用年限为30年为主的一大原因。

在条件允许的情况下,适当地使用消能减震技术,是提高综合抗震能力的有效手段。