城镇老楼室内改造加固技术研究与应用

杨江龙 王珍槐 吴衍辉 耿攀炜

摘要：本文对建筑结构加固改造技术重要性进行了分析，并对国内外建筑加固行业发展现状做了综合阐述，指出了我国工程建设中的现状，存在的问题及面临的挑战。通过对需要加固建筑的原因进行分析，找出从勘测及使用上各方面潜在的问题，并从根源上提了实际可行的建议，针对我国的具体国情合实际管理体系提出具体的改进方案。同时文章对建筑结构加固的基本方法做了系统的介绍，并分析了各种方法的适用范围。对于建筑纠偏本文亦有一定篇幅的讨论，最后对建筑结构加固改造技术的发展趋势做出展望。

关键词：建筑检测;建筑加固;结构改造;加固应用;纠偏

1.建筑结构加固改造的意义

1.1建筑结构加固改造的重要性

国内外结构工程的发展过程表明，当工程建设进行到一定阶段后，工程结构的维修改造将成为主要建设方式。我国的工程结构，因为特殊的历史和发展方式，在许多方面更需要对既有建筑物进行加固与维修改造。建筑物加固与维修改造的前提是对其进行鉴定。然后根据鉴定结果采用相应的加固处理措施。由于城市化进程加快，设计施工合管理使用存在先天不足，同时由于地震、火灾等灾害的影像，建筑结构鉴定与加固改造已成为我国基本建设急需解决的重大问题、当前国内发展生产，提高生产力的重心，已从建筑工业企业转移到对已有企业的技术改造，以取得更大的投资效益。同样，对民用建筑进行改造的要求，在我国也日益迫切。

1.2实际工程中建筑需要加固改造的原因

随着经济、社会和科技的发展，越来越多的建筑物会出现变更用途，改变业主，工业建筑的更新改造等，还有如建筑的质量问题或者使用环境恶化，接近或超过使用年限，这些都是建筑物需要进行加固改造的原因

1.2.1建筑物接近或超出其设计年限

据1986年国家统计局和建设部的调查，我国城镇民用建筑面积达到46.76亿㎡，使用期限超过20年的约占64%，工业建筑13.5亿㎡，使用期限超过30年的约占65%，越来越多的建筑物进入老龄化。

1.2.2.2设计引起的缺陷

设计人员在设计建筑物时，虽然尽量考虑了影像建筑结构安全和使用的各种各样的因素，然而在建筑物竣工使用后，每个结构实际上都有自己的特性，塔不可能完全被设计事采用数字模型所描述。原先的设计构思总是与实际使用中发生的情况有一定距离。尽管建筑技术有了很大的进步和发展，但结构仍然有可能由于先天不足而出现各种缺陷。同时我国建筑结构设计冗余度较低，为其安全使用留下隐患。

1.2.2.3施工造成的缺陷

结构的先天不足还来源于施工，造成这类隐患的原因虽然很多，但当前最引人们关注的是低素质队伍施工所造成的建筑物低质量现状，众所周知，随着建筑队伍的迅速发展，特别是建筑队伍的迅猛扩大，建筑队伍的技术和管理素质普遍下降，在管理方面也存在混乱和违纪问题，这些都给建筑物正常使用留下大量隐患。

1.2.2.4使用不当及环境劣化

建筑物的缺陷还来自恶劣的使用环境：如高温、重载、腐蚀、粉尘、疲劳、潮湿等，以及由于缺乏对建筑物正确的管理、检查、维修、保护和加固的常识所造成的对建筑物管理和使用不当，致使不少建筑物出现不应有的早衰。如建筑物使用过程中，为经鉴定而增加荷载，装修时增加荷载，增设设备等，未经相关单位鉴定或加固就拆除承重构件，造成周围或上不构件承载力不足等。

1.2.3自然灾害

我国是一个自然灾害多发的国家，历经地震都在不同程度上对建筑物造成损坏，而且风灾、水灾年年不断，仅风灾平均每年损坏房屋30万间，经济损失十多亿元，每年水灾损失更难以准确统计，另外，随着我国国民经济的发展和城市化进程的加速，人口和建筑群的进一步密集，建筑物的火灾概率大大增加，这些以外的灾害，使不少建筑物受到严重损伤或者提前夭折。

综上所述，不论是对建筑先天不足，还是后天管理不善，使用不当，不论是为抗御灾害所需进行的加固，还是为灾后所需进行的修复，不论是为适应新的使用要求，而对建筑物实施的改造，还是为建筑物进入中老年期而进行的正常诊断，处理，都需要对建筑物进行检查和鉴定，以对其可靠性做出科学的评估，都需要对建筑物实施正确的管理维护和改造加固，已延长其使用寿命，由此可见，建筑物鉴定与加固改造的任务，不仅量大而广，而且任重道远，对国力薄弱的我国讲有着极其重要的现实意义。

2.建筑结构鉴定与加固改造技术在国内外的发展

2.1建筑结构加固改造技术在国内的发展

在我国，由于战争和其他历史原因，大规模的基建建设比世界晚了几十年，建国年以来，我国经历了三个建设高潮期：一是解放初期的50年代;二是改革开放后的80年代、90年代;三是进入新世纪以来，我国同样也遵循了新建、新建与维修加固、改造并重的样一个发展道路。

建筑结构检测鉴定行业从个别从业者率先进行鉴定加固和改造工作，到队伍越来越大，渐成规模;从无章可循，到各种标准对检测、鉴定、加固各个阶段越来越规范;从依赖专家经验的“传统经验法”，到专家经验与现场实测数据、复核鉴定相结合并原则性采用统计概率的“实用鉴定法”;从注重可靠性（安全性、正常使用性）鉴定，到可靠性、耐久性评价并重;加固技术从注重单个构件的加固，到注重结构整体加固效果，发展的过程同样充满曲折。

3.建筑结构检測方法及加固改造技术

对建筑结构的调查和检测时进行加固改造的基础，其目的在于了了解结构的使用历史、使用环境、对各类荷载分布、结构的几何参数和工作性能以及损伤、变形和裂缝所造成缺陷和损坏的原因，做出贴切的分析，并进行加固计算，提出加固设计方案，进行施工，最终达到使用要求

3.1检测技术

建筑结构检测技术主要可分为材料强度、缺陷、损伤和变形、钢筋位置等检测技术，对于不同的结构材料及连接技术，可采用不同的强度检测技术，对于不同的结构材料，其缺陷和损伤检测的项目有所不同，对于缺陷和损伤，应确定其原因，检测其损伤深度、面积等指标，一般尚应进行变形（倾斜、饶度）、尺寸偏差、构造等其他项目的检测，对于混凝土结构、应检测钢筋位置（保护层）、锈蚀等项目的检测;钢筋位置可采用电磁法、混凝土雷达等进行检测;钢筋锈蚀可采用电位差法进行检测

3.2加固技术

加固施工及加固方案的制定十分重要，应根据构筑物的不同情况制定不同的加固方案，方案的确定要遵循安全、经济、快速、施工方便的原则，以达到良好的设备效益和经济效益，对于建筑物维修和加固改造，有不同的改造思路和实施方案，在具体进行维修加固时，应结合建筑物结构的特点、当地的具体条件等因素综合判断。此外，现有加固应与结构和构件性能要求相结合，不同结构。构件应采用不同性能水平的加固方法和加固深度，应在充分进行经济性，技术性和可靠性等多方面分析比较后，选择出满足多目标（不同性能目标）、多水准（不同性能水平）要求的合理加固方法和加固程度。

3.2.1混凝土结构加固

3.2.1.1增大截面积加固法

增大原构件截面积或增配钢筋，以提高其承载力和刚度3.2.1.2置换混凝土加固法

用高强度等级的混凝土置换原结构中受压区强度偏低或局部有严重缺陷的混凝土的一种加固方法

3.2.1.3外加预应力加固法

通过施加体外预应力、使原结构、构件的受力得到改善或调整的一种间接加固法，原来主要采用普通钢筋施加体外预应力，近些年无粘钢绞线在体外预应力加固中得到了应用。

3.2.1.4外粘型钢加固法

对钢筋混凝土梁、柱外包型钢、扁钢焊成构架并灌注结构胶粘剂，以达到整体受力、共同约束原构件要求的加固方法。

3.2.1.5粘贴纤维复合材加固法

通过粘贴主要承担拉应力作用的纤维复合材料（如碳纤维、玻璃纤维等）对钢筋混凝土受弯、受拉构件、大偏心受压构件等的加固

3.2.1.6粘贴钢板加固法

在钢筋混凝土受弯、大偏心受压和受拉构件等的表面通过粘贴钢板进行加固的一种加固方法

综上所述结合现场实际本论文主要阐述外粘型钢加固方法

4.外粘型钢施工流程及操作要点

4.1施工工艺流程

材料进场检验→混凝土梁基面定位放线→混凝土梁卸荷→混凝土梁基层处理打磨→混凝土梁裂缝修补与封闭→钻孔→清孔→丙酮擦拭粘结面待用。

材料进场检验→钢板、螺栓、钢筋、U型箍的制作与裁剪→除锈打磨→钢板钻孔→胶粘剂配置待用。

涂胶→粘钢板→粘U型箍并固定→固定加压→固化加压→固化养护→加强螺栓与钢板连接→卸压检验→防腐粉刷。

4.2操作要点

4.2.1加强材料的制作加工

1、加固用的钢板按设计要求的型号、尺寸进行裁割，裁割时要冷切，不可热割，以防止钢件变形及产生内应力。如钢件长度和宽度不能满足设计要求时，可采用焊接，但焊接后的钢件应在平台或较平滑的地面上进行找平和整形。

2、U型箍板按设计尺寸在与梁上侧加固用的钢板相交处做锚固焊接处理。

3、負弯矩加强筋按照设计要求的规格、尺寸进行截割，锚固螺杆采用成品全丝螺杆，进场后按设计尺寸进行截割。

4、按设计尺寸和位置在钢板和U型箍板上进行打孔，孔径符和设计要求。

4.2.2除锈，打磨

1、钢板、U型箍板应根据其锈蚀情况，用砂轮机打磨进行除锈和粗糙处理，使钢板出现金属光泽、粗糙度越大越好，打磨纹路尽量与受力方向垂直。用脱脂棉蘸丙酮拭净表面，待完全干燥后备用。

2、加固用加强筋及螺杆根据设计要求在相应位置做上标记，标示好除锈清理的长度范围，用磨光机或钢丝刷将除锈清理长度范围内的钢筋表面打磨出金属光泽为止，用脱脂棉蘸丙酮，将除锈清理长度范围内的钢筋表面擦拭干净。

4.2.3卸荷

1、为减轻和消除后粘贴钢板应力、应变滞后现象，在结构加固前宜对混凝土梁进行适量卸载。

2、卸荷方式

1）对老建筑采用拆除原有的吊顶、墙面装饰、地面面层、设备等方法，以达到卸静荷的目的。

2）卸除活荷载。

3）对一些不能卸静荷的构件，可采用千斤顶顶升的方式卸荷。

4.2.4混凝土构件基层处理

1、若混凝土表层出现空鼓、剥落、蜂窝、腐蚀等现象，应将该部位予以凿除，凹陷处用环氧砂浆修补平整。钢筋保护层脱落处，应凿除保护层，露出钢筋，对钢筋进行除锈，用环氧砂浆修补、找平。

2、将加固区域内的梁基面不平整处用角磨机进行磨平处理，除去表层浮浆、油污等杂质，直至完全露出结构新面，并用空气压缩机将粉尘吹干净，直至用手触摸不粘灰为止。转角粘贴处要进行倒角处理打磨成圆弧状，圆弧半径不应小于20mm。

3、将混凝土表面清理干净，保持混凝土表面光洁、平整。在粘结钢板部位用脱脂棉蘸丙酮擦拭干净，待粘贴面完全干燥后备用。

4.2.5钢板粘结

1、结构胶调制与涂刷：ZGJ型建筑粘钢胶是由改性环氧树脂，化学助

剂，固化剂及填充料组成，是双组份室温固化的高分子化学材料。A组份为稠膏状粘合剂，B组份为固化剂，A、B组份按重量比3：1（严格按产品说明书要求）比例配制并搅拌均匀。使用时按上述比例将A、B两种组份混合在一起，用转速100-300r/min的搅拌器进行搅拌，当色泽均匀，无单组份条块时即可涂胶使用。一般情况下，每平方米粘贴面积用胶量为5-7kg。由于胶粘剂固化速度较快，故每次加固时需准确核算配胶量。涂胶前，将钢板和混凝土粘贴表面再次用丙酮擦干净，并先做好预贴试验，以防发生涂胶后两贴合面不合，预埋螺栓与孔尺寸不符等情况。预贴试验合格后，钢件和混凝土表面都要涂，胶层厚度约2-3mm左右，胶粘剂分布要均匀，以胶层内稍厚，周边稍薄为宜。ZGJ型建筑粘钢胶的工作温度宜为25℃，混合后的胶粘剂随环境温度的升高，固化速度将加快，环境温度过低或雨天湿度过大时不宜进行涂胶施工。

2、钢板粘贴与加压：钢板粘好后，应立即用特制U形夹具夹紧，并适当加压，以使胶液刚从钢板边缘挤出为度。待U形箍粘贴完毕后将预先植入的螺栓加螺母拧紧作为钢板的永久附加锚固措施。

3、固化：结构胶粘剂常温下固化，24h可达到强度值的90%以上，此时可拆除夹具或支撑，72h可固化完全，可受力使用，若气温低于5℃，应采取人工加温，一般用红外线灯或电热毯加热保温，固化期中不得对钢板有任何扰动。

5.检测鉴定技术

各种结构材料强度的无损检测技术，譬如超声检测技术，红外成像检测技术将是发展的方向。砌体结构因组成成分、砌筑质量的离散性等，目前的检测手段尚需改进。钢结构焊缝新型探伤技术。钢材在负荷条件下测定力学性能的技术，地下连续墙无损检测、砌体非破损测强、测定材料腐蚀程度新技术等需进一步研究。随着《建筑结构可靠度设计统一标准）G850068-2001的发布施行，将结构可靠度定义为：“结构在规定的时间内，在规定的条件下。完成预定功能的概率[9]”，这是结构设计的一个重要演进，使长期沿用的定值概念，转变为非定值概念，这也必将对已有建筑物可靠性鉴定与加固设计的基础理论产生深远的影响。对已有建筑物的鉴定，用什么样方法确定其可靠指标，又如何确定各级建筑物的目标可靠指标，它与设计的目标可靠指标，究竟有怎样的内在关系，用什么样的数学模型进行表达尤其怎样表达与使用时间和使用史的函数关系，现在的研究还是非常初级的。结构的设计基准期与结构的寿命的联系还需进一步研究。

6.加固理论和加固改造技术研究

目前，结构加固设计计算方法较为混乱，不少设计人员沿用新设计的结构概念来处理，而忽视了已有结构加固的特点，如加固结构属二次受力结构，新田结构两部分存在应变滞后和应力超前问题，新加部分的潜力一般不能得到充分发挥。同时，应继续加强加固计算、绘图实用软件的研究，减少加网设计的简单工作量，使加固设计人员把主要精力从简单重复的工作中解放出来。

碳纤维加固方法、耐久性加因方法、地基加因方法、边坡加因方法、裂缝加固修补方法、抗震加固方法（减震隔震）、聚合物砂浆加固法等需进一步深入研究。建筑物增层、改扩建、抽柱托换、砌体结构承重墙托换等方面的技术改造以及建筑物整体移位、纠倾技术，虽已进行长期的研究，亦完成了大量的工程，但缺乏系統的研究，应对改建、扩建工程的合理结构体系和结构方案进行更深入的研究。

参考文献：

[1]田邸小坛。周燕旧建筑物的检测加固与维护[M]北京地震出版社1992

[2]梁坦建筑物可靠性鉴定与加固改造的进展[]四川建筑科学研究，1994.

[3]GB/T50344-2004，建筑结构检测技术标准[S]北京：中国建筑工业出版社2004.

[4]张有才，段经民建筑物的检测、鉴定、加固与改造[M].北京：冶金工业出版社1997

[5]GB50367-2006，混凝土结构加固设计规范[S].北京中国建筑工业出版社，2006.

[6]张有才，段经民建筑物的检测、鉴定、加固与改造[M].北京：冶金工业出版社1997

[7]CECS7796，钢结构加固技术规范[S].北京：中国计划出版社，1996.[8]周罗才松，黄卖辉古建筑木结构的加固维修方法述评[J]福建建筑

1995

[9]G50068-2001.建筑结构可靠度设计统一标准[S].2002.