房屋建筑结构加固设计及加固施工技术的应用

浦绍武

（云南省建筑科学研究院，昆明650223）

1 加固设计方法的选择

1.1 增大截面法

增大截面法主要在原有混凝土构件的基础上通过外浇新混凝土的方式对增加的构件配筋进行加固，从而加大原构件的截面，提高构件的承载力。采用该加固方法前，应对轴心受压混凝土构件、小偏心受压混凝土构件等结构进行计算。

1.1.1 轴心受压混凝土构件和计算过程

正截面承载力应按照式（1）计算得出：

式中，N为构建加固之后的轴向压力设计值；φ为构件稳定系数；Aco和Ac分别为构件加固前混凝土界面面积和加固后新增部分混凝土截面面积；αcs为修正系数；fco为旧混凝土轴心抗压强度设计值；f′yo为钢筋的抗压强度设计值；f′y为纵向钢筋的抗压强度设计值；fc为新加混凝土的抗压强度设计值；A′so为原构件受压较大边纵向钢筋截面面积；A′s为新加混凝土和纵向钢筋的截面面积。

在采用增大截面加固轴心受压构件时，正截面受压承载力需要满足以上规定，并对纵向钢筋的强度利用系数α进行分析。若新加的混凝土和钢筋应力为σc1和σs1，采用式（2）和式（3）计算新加混凝土强度的利用系数：

式中，αc为新加混凝土强度的利用系数；f′y1为纵向钢筋的抗压强度设计值；σ′s1为离轴向力较远一侧旧钢筋的应力。

然后，根据迭加原理以及中心受压混凝土的应变关系公式，算出新增加部位混凝土的强度利用系数和强度，得出加固施工时原混凝土构件的极限应变值：

式中，εc为加固施工时原构件混凝土的应变值；εco为极限压应变。

β为原构件混凝土主要应力水平指标，可根据式（5）计算：

当β在0～1时，αc为1～0，根据新加部分混凝土的强度利用系数公式，得出不同的系数。

由以上的计算可以得知，在加固过程中，为了充分利用混凝土强度利用效率，可以通过卸荷的方式环节超荷载问题。

1.1.2小偏心受压混凝土构件和计算过程

一般情况下，钢筋在小偏心受压混凝土构件中，如果在远离轴向力的一侧插入钢筋时，无法达到钢筋屈服强度，计算双侧加固时，需要按照式（5）计算其正截面承载力：

式中，fcm1为旧混凝土弯曲抗压强度的设计值；fcm为新混凝土弯曲抗压强度的设计值；b为原构件截面的宽度；b1为新加部分的截面宽度；h1为受压侧新加混凝土的截面厚度；A1为受拉区纵向钢筋的截面面积；A′为受压区纵向钢筋的截面面积；A2为新加受拉区纵向钢筋的截面面积；f′y1为新受拉区纵向钢筋的抗压强度设计值。σs、σs1均为离轴向力较远的一侧应力，σs应根据GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》做如下计算：

式中，ξ为混凝土构件的相对受压区高度；ξb为相对界限受压区高度；fy为纵向钢筋的抗压强度设计值。

1.2 外粘型钢加固法的计算过程

对房屋建筑结构加固时，可以采用型钢外包原构件，能够发挥加固作用，提高房屋建筑结构的承载力。这种加固方法主要是将角钢包在构件截面的4个角，再运用一些螺丝或者膨胀螺栓等将角钢与混凝土结构进行连接，从而使角钢与混凝土成为整体，提高结构的整体强度。采用型钢外包的方法不仅能对柱结构进行加固，还能对梁结构以及不同形状的截面结构进行加固。但是无论哪种结构加固，其都需要对结构横向设置或者应用角钢等焊成箍套。当外包钢设置在梁的受拉边侧，需要按照式进行计算正截面承载力：

式中，As为纵向钢筋的截面面积；h01为原构件截面有效高度；x为混凝土受压区高度；fa为新加型钢抗拉强度设计值；Aa为全部受拉肢型钢截面面积；M为轴向压力设计值

计算时，还需要考虑型钢的受拉和受压强度，按照相关规范，计算后，对其进行折减，其中我国规范规定其系数为0.9。

1.3 外粘纤维复合材料加固法

采用该方法进行加固能够提高房屋建筑结构的承载力、抗震性能以及耐久性。该方法主要是将树脂胶结合碳纤维布（板）粘贴在原建筑结构表面进行加固。这些材料的质量较轻、黏合强度较大，加之碳纤维材料的成本较低，施工难度不大，采用此方法对建筑进行加固后，建筑结构很少发生腐蚀现象，因此，成为建筑结构加固中的常用方法。需要注意的是，碳纤维材料的耐高温性能较差，因此，使用这种方法进行加固时，对温度的要求相对较高，一般需要将环境温度控制在60℃以下，如果超出范围，则需要采用保护措施。

1.4 预应力加固法

利用预应力钢拉杆、型钢等构件提高建筑结构承载能力的方法称为预应力加固法。预应力加固方法主要是采用外加预应力钢拉杆或者型钢撑杆对结构构件进行加固的一种方法。采用该方法后，可以在提高构件的抗弯能力的同时，减小构件的挠度，有效控制建筑结构产生的变形[1]。

2 加固施工技术分析

为保证加固的构件具备相应承载能力，应对加固施工技术的应用要点和实施的方法加以重视，从而达到预期的效果，主要包括以下3方面：（1）先对待加固建筑进行全面的分析与调查，包括对原有构件的实地考察、见证取样以及试验检测等，并由具备资质的质量检测机构或实验室对取样的原材料和新材料等进行试验分析，以保障评估后出具的报告更加真实准确。采购后期所使用的辅材时，特别要对焊条的规格和焊接技术等予以高度重视。（2）加固施工技术应用前，对钢材等原材料表面上的氧化物、杂质等进行清理，掌握原构件结构损坏情况，为之后开展加固设计工作提供重要保障和依据。（3）设计人员对原结构进行计算并加以讨论后，应结合理论计算数据，把握房屋建筑的承载能力，进一步完善加固方案。为满足施工需要，在加固施工实施前，还应明确加固施工的原材料和设备，使其工艺技术更符合专业技术规范，全面提高质量和质量施工效率。此外，在加固过程中，还需要灵活应对出现的问题，在加强监督和检查的力度基础上及时对出现的问题予以调整和改进，并提出更加全面的解决对策，提高房屋建筑结构加固的质量。

3 结语

通过剖析不同的加固方法，探讨加固施工技术，可以为之后开展房屋建筑加固工作提供计算依据。同时，房屋建筑结构进行加固和改造能够有效提升房屋建筑结构的承载能力，通过借助这些加固方法能够进一步提升整体构件的刚度，为促进房屋建筑行业的可持续发展提供了重要保障。