建筑结构检测与加固技术概述

占罗龙，揭建刚，陶武金 （丰和营造集团股份有限公司，江西 南昌 330000）

1 引言

随着现代建筑业的日益发展，建筑工程结构的检测与加固已经成为建筑科学的重要工作。当今涌现了许多新型材料及新型结构，这使得高层、超高层、大跨度建筑项目日益增多。建筑结构一般采用钢筋混凝土和钢材，在使用过程中钢筋混凝土结构耐久性不足会引起结构性能的劣化[1]，钢结构会锈化腐蚀，防火涂料也会脱落，也会引起钢结构不同程度的劣化[2]。对具有剪力墙的高层结构，剪力墙工作过程中的偏移、刚度下降，会影响整个建筑结构稳定性。建筑结构在使用过程中由于外荷载、沉降以及人为等因素会使得结构不再具有原有的工作能力，这时就需要对结构进行安全检测评定，对一些破坏严重或者不能继续工作的结构就需要采取加固措施。Hai-qing等[3]在结构加强检测中采用了光纤光栅传感原理；Giurgiutiu等[4]在用FRP材料对混凝土结构加固检测中采用压电晶片活跃传感器技术；M.Saafi[5]采用压电换能器对结构健康进行检测。我国的检测与加固技术起步比较晚，这些技术经历了从无到有、从简单到全面、从局部构建到整体结构的发展过程，这也使得检测技术和加固技术在不断更新，以便满足现代建筑质量的新要求。我国20世纪50年代兴建的房屋、码头等建筑已经进入老龄服役期[6]，结构检测与加固技术对保证建筑质量安全起到了积极的作用，也为节约社会成本及资源起到了一定的作用。

2 建筑结构检测与加固的目的

建筑物是日常生活和社会发展不可或缺的部分，它应满足在规定时间内，在正常设计、正常施工、正常使用和维修的条件下，应满足安全性、适用性、耐久性的要求。当建筑在使用的过程中，不能满足上述要求或对上述要求产生疑惑时，就应该及时对建筑结构进行检测。因此，建筑结构检测的目的就是了解建筑结构的安全性、适用性、耐久性是否满足相应要求，以便为日后结构维修加固提供依据，以便延长建筑的使用寿命。

2.1 建筑结构检测的主要任务

在了解检测依据、标准及相应技术资料的情况下，对结构构件材料的强度及材料的工作性能进行检测，还应将结构设计文献对结构进行合理对照，检测建筑结构是否按照设计文献进行施工的。对建筑整体或部分结构的位移、变形进行检测，同时也要对结构的刚度、强度及稳定性进行相关检测，从而对建筑的结构有一个整体认识。已建成建筑及结构设计文件是否一致，人为因素的不利影响，施工中的缺陷及程度。

我国大批工业厂房、公共建筑和民用建筑，已经进入中老寿命期，加固改造任务已提上日程。上述检测的延续工作就是结构的维修加固，建筑结构维修加固的目的主要是提高结构的强度、刚度、稳定性及耐久性，并满足结构的使用功能和安全性，降低事故发生的概率，延长结构的使用寿命。此外，结构加固也是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。在保障建筑延续使用、国家财产安全和人民生命财产安全方面起到了积极的作用。

2.2 建筑结构检测的主要任务

检测对象按结构类型可分为钢筋混凝土结构检测、砌体结构检测、钢结构检测、木结构检测等[7]。钢筋混凝土结构检测可采用混凝土强度回弹法（采用洛氏硬度为60±2的刚钻上）、取芯法、超声波法、超声回弹综合法。砌体结构检测可采用原位单剪法、轴压法、原位单砖双剪法、筒压法。钢结构检测可采用表面硬度法、超声波无损检测法、结构性能实荷检测与动测、射线检测、涡流检测、结构静力实荷试验法（不适用于冷弯型钢、压型钢板、钢——混组合、普通抗弯疲劳检测）。木结构检测可采用木材抗弯强度试验法、木材含水率测定法。对于有些需测定建筑结构整体受力性能，则可进行结构的整体使用性能、承载力、破坏性的静力实荷检验。其中，使用性能的检测主要用于验证结构在规定荷载的作用下不出现过大的变形和损伤。承载力检验主要验证结构设计的承载力是否达标。破坏性检验主要用于确定结构的实际承载力。此外，还有对建筑结构挠度检测、结构倾斜检测、结构不均匀沉降检测、裂缝检测。

2.3 建筑结构加固的任务

校正结构变形后的位移及变形并尽可能恢复结构原有的工作特性。对有损伤或不满足现有工作能力的结构构件采用加固技术维修；整体结构和局部结构加固应尽量保证结构的实际工作特性；原有建筑物使用功能和要求的改变，需要对其进行改造与加固[8]。

2.4 常用结构加固技术

近10年来结构维修加固飞速发展，逐渐发展成为一门新的学科，许多加固技术逐渐走向成熟。目前，我国采用的传统加固技术[9]如下。

加大截面法。加大截面加固技术（也称外包混凝土加固技术），此方法是加大构件（同种材料）的截面面积，以提高结构构件的强度、刚度、稳定性和抗裂性，从而达到提高结构构件承载力的目的。加大截面法在我国是一种传统的加固方法，可广泛用于混凝土、砖混结构的梁、板、柱、墙等构件的加固。此加固方法的优点是可靠性强，工艺简单，缺点是现场湿作业工作量很大，养护期较长，对生产和生活有很大影响，对原有结构的外形和房屋使用空间会造成一定影响。根据不同的加固目的和要求，此技术又分为加大断面为主的加固和加配筋为主的加固，或者两者兼备的加固。

体外预应力加固技法。体外预应力加固法（也称无粘结预应力加固法），就是在混凝土体外设置拉杆或撑杆对混凝土结构施加预应力。这样对结构强制施加力后，改变了原结构的内力分布、降低结构原有的应力水平，使得结构加固中所特有的应力应变滞后现象得到很好的消除。这种加固方法具有加固、卸载、改变结构内力的效果，主要用于大跨度结构加固或者采用一般方法无法加固（或加固不是很理想）的较高应力应变状态下的大型结构加固。其有施工方便、经济可靠，预应力束可以单独防腐或可以更换等优点。

外包钢加固法。外包钢加固（也称粘结外包型钢加固法）是以型钢（一般为角钢、扁钢）外包构件四角或两角的加固方法。分为湿式和干式两种情况，外包型钢与构件之间是采用乳胶水泥粘贴或环氧树脂化学灌浆等方法粘结，使型钢与原结构共同受力称为湿式外包钢加固法。外包型钢与构件之间没有任何粘接，外包型钢与元构件不能共同工作，只能单独受力称为干式外包钢加固法。外包钢加固方法受力比较可靠、施工简便，适用于柱、梁及高层建筑加固。但是，这种方法用钢量较大，二次维修费用较高。

托梁拔柱加固技术。托梁拔柱是托屋架拔柱、托梁拆墙及托梁拔柱的统称，是在不拆或少拆上部结构的情况下实施拆除中部柱或墙的一项综合性技术[3]。还包括相关结构加固技术、上部结构顶升技术、断柱技术及预应力技术。主要适用于一些因生活及生产需要改变平面布局、使用空间的老房屋和老厂房的改造工程。这比传统去顶盖改造相比，具有改造时间短、对生活和生产影响小、费用较低等优点，其缺点是技术要求较高，安全措施要相当严格。

增设支点加固法。增设支点加固法是通过增加支撑点来减少受弯结构的计算跨度，达到减少结构内力和提高结构的承载水平的加固方法。该方法简单可靠，但容易损害原建筑使用空间，需根据实际工程情况采用此方法。分为刚性支点和弹性支点两种情况。

粘贴纤维复合材料加固法。这种加固方法类似于外包钢加固法，只是把钢材换成纤维材料。近10年来，随着对纤维材料的不断研究，纤维材料用于建筑结构加固技术也日渐成熟。最具代表性就是复合高强纤维材料（Fiber Reinforced Polymer，简称 FRP），其应用较广，技术也比较成熟，FRP在加固混凝土结构中主要有三种破坏形式[10]：片端剥离（张开型破坏）、纯弯段剥离（滑移型破坏）、弯剪段剥离（混合型破坏）。除此之外还有玻璃纤维（GFRP）、碳纤维（CFRP）、芳纶纤维（AFRP）等加固材料。相比于传统加固材料，纤维材料具有强度高、耐腐蚀、不改变原有结构的自重和外形、施工简便，适用于很多类型结构的加固，不过这种加固方法成本较高，有些关键性技术还有待突破。

3 我国在建筑结构检测与加固领域存在的问题

①建筑结构检测与加固整个体系还不完善。我国在这方面起步比较晚，理论基础较薄弱。随着建筑行业不断发展，建筑结构检测与加固工程逐渐趋向成熟，并向学科化、专业化迈进。但是整个体系还不够完善，有待进一步加强提高相关细部的粘合度。建立结构检测与加固准则、标准及建立较为完善的数据库，这些都有待进一步的研究和探索。

②建筑结构检测与加固采用的设备也相对陈旧老化，以至于不能很好地满足现代结构检测与加固的需求。质量好、精度高、性能稳定、操作方便的仪器是高质量检测与加固工作的保证。在这方面，我们国家与一些发达国家有着明显的差距，特别是在数字化检测仪器设备方面。加大对建筑结构检测与加固的投入显得很有必要。

③我国结构或构件的承载力验算仍在沿用设计规范，在拟建结构和既有结构的分项系数及组合系数选择上存在很大不同，这直接影响到结构的工作能力。因此，对既有结构构件的极限状态准则应考虑既有结构的工作特点，并进行新的模拟分析和理论研究。一些旧的设计理论与标准不再适用于现在的建筑设计中，亟待修订。

④建筑结构检测与加固相关的资料很缺乏。在结构检测与加固技术相关的资料文献相对较少，没有明确的划分领域。现在可查的一些资料也相对较为陈旧，技术在不断地更新，建立该领域完善的资料库是一个值得探讨的问题。

⑤加快对新型材料的研究与运用。国外在对混凝土结构裂缝检测过程中采用纤维感应技术，这些仿生材料的发展前景很广。现在用的FRP加固材料，很难测得其在混凝土表面加固端破坏的类型，FRP-混凝土界面的破坏的模型有待改进。我国生产的一些新型加固材料在质量方面也有很多不足，特别是强度得不到保证。

4 结语

目前，我国加大了对建筑结构检测与加固工程的投入，这会刺激其相关技术领域的发展与突破。建筑结构检测与加固是建筑工程领域中重要的一个分支，也是维护结构正常工作、延续建筑使用寿命的重要手段。应对我国的现状，提高建筑结构检测与加固水平，并在此基础上不断完善既有建筑结构的检测与加固规范，形成一个有理论深度、实质数据齐全、可用性高的完善体系是很有必要的。