民用建筑结构的加固设计改造

2022-02-14王维肖山东建勘集团有限公司山东济南250000

中国房地产业 2022年35期

文／王维肖山东建勘集团有限公司山东济南 250000

惠金深圳招商房地产有限公司广东深圳 518000

肖长青山东建勘集团有限公司山东济南 250000

引言：

国民经济迅速发展背景下，建筑工程规模不断扩大，相应的施工要求也越来越严格。民用建筑属于特殊性质商品，针对其使用寿命具有非常严格的标准规范，随着加固工程数量的不断增多，其实际作用也发生了相应的变化。如电梯、楼层、户型等，对民用建筑进行改造，尽管能够与时俱进，顺应城市发展潮流，但难以避免在工程建设中存在质量问题，导致民用建筑使用寿命大大缩短，所以需要应用科学有效的加固设计改造措施，尽可能延长民用建筑的使用年限，为居民权益提供保障。

1、民用建筑的发展现状

目前，我国各类民用建筑的面积已达150 亿m2，但木材和其它结构的比重还不到40%，而混凝土结构是主要的。近年来，我国钢结构的比重也在逐年上升。混凝土结构中存在着许多使用年限都在20 多年以上的住宅，它们的使用年限较久、建造年代比较久远，存在老化开裂等情况。因为混凝土结构本身抗拉和抗剪能力比较差，因此在民用建筑中应用混凝土很容易导致构件产生裂缝，若地基下沉，很难有效保障构件质量。以往的钢筋处理技术还无法满足现阶段的水准，很容易导致钢筋发生生锈和腐蚀的情况，这会在很大程度上影响钢筋的使用年限。因为钢筋表面很容易被氧化和腐蚀，因此民用建筑中钢结构耐候性与混凝土建筑相比显著匮乏。现阶段我国大多数的民用建筑都是高层结构，因此对于抗震性能方面标准非常高。

2、建筑结构加固设计改造的原则

2.1 选用材料的原则

建筑结构被破坏的原因多种多样，比如腐蚀、振动和高温等都会对其造成不良影响。对于民用建筑结构来说，一般情况下需要针对破坏原因，采取科学有效的加固措施，并在不对原有结构造成破坏的基础上，采取相应的加固手段，最大限度的防止出现替换与拆卸原有结构的情况，为建筑的实用价值提供保障。在对建筑物实施加固设计改造等过程中，还应该遵循相关原理，选取科学有效的材料，大部分材料对其性能以及强度等方面都有着比较严格的标准规范，同时还要求材料质量轻、耐久性好、与原构件具有很好的兼容性。在工程实践中，通常会依据房屋原有构件的性能、强度和类型，选用不同的加固材料。当建筑物原有构件的强度数据不够全面时，应在施工现场对原结构材料进行强度测量，并按强度等级设置一个区间。

2.2 建筑结构加固设计原则

因为建筑物种类的区别，所以建筑结构出现损坏的原因也各不相同，应用的加固设计方案也需要针对相应原因实施设计。在对民用建筑结构进行加固的过程中，为了给建筑工程的安全性以及使用寿命提供保障，需要确保加工设计改造方案制定的科学合理性，同时还需要遵循以下原则进行建筑结构的加固设计：（1）建筑物自身作用增大或变化的情况；（2）建筑工程质量不能保证的建筑物；（3）因恶劣气候造成的建筑物结构损坏。遵循建筑物结构出现损伤的因素，选用有效的加固结构设计改造方案，为建筑物加固之后的安全性提供保障。

3、建筑结构加固设计改造原理

在进行结构加固设计之前，必须对现有建筑物进行全面的检测与评价，以确定加固效果。并结合工程实际情况，提出经济、可行的加固方案。在理论上，对房屋建筑结构进行加固设计改造有很多原理，如基于体系的加固、基于构件的加固等。（1）健全的管控体系与混凝土原料的建筑结构加固。为了提升整体的工程质量，必须建立一个完整的应变结构和应变控制体系，因此需要逐步强化每一处的加固，并在必要的时候，利用测量仪器对整个结构进行监测。同时，要保证混凝土和水泥质量，以保证有关粘合剂和化学灌浆材料的收缩性能，并对其进行系统的控制。另外，在将钢筋连接到混凝土部件时，也应该保证每个接触表面都有很好的粘合程度。（2）根据建筑物的受力特征，制定合理的建筑结构加固设计改造方案；为了提高结构的整体稳定和抗拉强度，必须对结构的受力性能进行全面的研究和系统的分析。需要有关人员基于之前架构与新架构之间，建立一个相对合理的连接，以维持其协调性能。（3）对加强结构二次受力体系的承载力进行系统的研究，确保两种构件之间应变能力和接触面之间的科学控制，根据定值进行系统研究和数据分析。（4）在实际的加固设计过程中，新旧结构的衔接是非常重要的，需要有关工作人员对拉力、剪力以及压力等指标进行全面系统的分析，使全截面共同工作，从而达到建筑整体加固效果提高的目的。

4、民用建筑加固改造特性

与新建工程相比，老旧房屋的加固、更新改造难度更大，因为传统的民用建筑加固改造对加固改造的方案和施工工艺都有很高的要求。（1）每个改造方案都会受到各种客观条件的限制，必须根据现有的建筑结构和现状，对架构的加固与改造进行科学的分析。（2）老旧房屋的加固和改建一般都要求在很短的时间内完成，对于施工也有着较高的标准规范，需要尽量再少停工或者是不停工的情况下完成全部工作；不仅如此，因为传统民用建筑的使用空间比较小，因此对于建筑结构的架构设计改造方案也有着较为严格的标准规范，很多的大型设备都不可以直接抵达施工现场，材料的规格、型号、安装等都会受到很大的限制，这些都是在设计方案的过程中需要给予重点考虑的内容。（3）此类房屋的加固和改建常常需要大量的设计步骤，而且，在施工现场也有潜在的不安全隐患，在施工现场工作的过程中，也会由于多种因素的影响制约施工进度。这些都需要在项目前期规划中进行深入考虑的内容，在设计过程中应尽量避免各种可能发生的问题，或者制定出一套完整的对策，避免出现不可控制的后果。

5、民用建筑加固设计改造流程

科学、合理的工艺过程对于提高整体设计的可靠性而言具有十分重要的作用。（1）对整个建筑的可靠性进行系统的调查和分析，保证其基本功能符合相应的理论参数，并根据相关法规进行深入的分析和研究。（2）完善维修与提升计划，透过相关专业机构的认证与评估，深入探讨与理解工程，制定全面的处置策略，以提升整体工程的整体安全；（3）探讨整体结构设计的内力特征，以确保结构设计能与实际需要相符，并使各施工单位能采取相应的措施，使各施工要求都能得到贯彻落实，从而实现施工质量的优化。（4）要统筹制定施工组织计划，制定切实可行、合理的加固方案，加强施工现场的协调性与配合程度，深入确保工程建设和验收的质量符合相关的要求和标准。特别要注意的是，施工完毕后，必须进行相应的签字验收工作，确保符合资质的施工单位可以利用专业的检测设备，对整个工程项目的可靠性及安全性实施全方面的监测与管控。

6、加固改造在设计当中应该要注意的问题

在民用建筑结构加固设计改造的过程中，界面的处理效果会在很大程度上影响加固设计的效果。脱落、鼓包、“两层皮”等现象都是建筑结构改造过程中存在的安全问题。所以在施工的过程中，需要对这些给予足够重视，提高安全储备能力。对于新旧混凝土以及新加混凝土而言，都需要使用植筋、抗剪件、结构胶等技术进行处理，保障加固面和原来连接的紧密性，从而确保其符合设计的标准规范。不仅如此，还需要对设计人员本身的条件予以重视，现在大部分企业聘请的技术人员并不是专业从事建筑结构加固设计，因此在其思维以及设计方法方面还有很大进步空间。在刚刚开始设计的过程中，设计人员需要对施工现场的情况以及环境，还有材料质量的进行认真仔细的检查。设计人员制定好施工方案之后，应由经验丰富设计人员与有关部门共同商议，将认为不合理的地方进行标注并修正。设计人员需要注重吸取和借鉴其他项目的成功经验，制定出最适合项目的设计方案。

7、民用建筑加固的设计改造方法

7.1 混凝土结构加固改造

7.1.1 加大截面法

在对混凝土受弯构件实施现浇层加盖时，可以科学合理的增大截面高度与面积，进而不断优化受弯构件的承载能力，提高截面的加固效果。在适筋情况下，钢筋面积与其受弯构件承载力呈现正比例的关系，通过科学合理的增大主筋面积，能够优化建筑结构的抗弯性能。进行柱体、板面、墙体等构件的施工中，常采用扩大截面的方法。

7.1.2 预应力加固法

该项方法通过使用钢拉杆或撑杆，在建筑原来的结构上施加预应力，把原有结构承受的荷载地转移到加工设计改造之后的结构上。一般情况下，这种方式可以有效提高构件承载能力和刚度，比如梁、板、屋架等混凝土构件。但是对于温度超过60℃或者混凝土具有收缩再变大结构的情况，则不能够应用这种方法。

7.1.3 外包钢加固法

该方法能够在很大程度上优化混凝土结构承载能力，一般情况下，把型钢包裹在混凝土构件周围，和混凝土一起配合使用，主要有干式与湿式两种，而且工作的温度最好不要超过60℃，在含有腐蚀性物质的环境中，应该采取科学有效的措施进行保护。

7.1.4 碳纤维织物加固法

该技术把碳纤维织物粘附在混凝土表面，能够有效的提高混凝土的承载能力，一般情况下用于耐腐蚀和耐潮湿的建筑结构，维护成本比较小，而且使用寿命很长，但是需要予以重视的是，应用该方法需要增设防火装置。

7.1.5 粘贴钢板法

该方法可将钢板粘结到低承载力的构件区段上，可以有效地改善构件的承载能力。该加固方法施工简便，通常情况下，在没有湿度的条件下进行，不会影响日常的生产和生活，其主要用于梁、板等受弯受拉构件。但是，在实际进行加固的过程中，最后的施工效果与施工人员的水平息息相关，而且时间施工过程中存在很多外界因素，都会在一定程度上影响工程质量，因此通常情况下，该方法应用于承载静力荷载的构件上。

7.1.6 绕丝加固法

绕丝加固法主要是在加固的受压构件上缠绕钢丝，对混凝土产生约束作用，进而在根本上增强构件极限承载能力。加固方法和增大截面法比较来说，优点与缺点都是一样的，因此对于缺乏斜截面承载能力的构件或者适用于横向约束条件的构件而言，该方法同样适用。

7.2 砌体结构加固改造

7.2.1 间接加固法

砌体结构的间接加固方法分为结构构造性修复与加固和预应力撑杆加固。对于砌体结构而言，针对局部开裂的情况或者是墙体垂直裂缝的情况，都可以使用梁垫进行加固，在纵横墙上存在交叉缺陷或不合理的圈梁布置时，可使用圈梁加固的方法，为房屋建筑的稳定性提供保障。预应力撑杆加固的方法能够有效地改变砌体的受力，提高加固作用，特别是对高应力、高应变情况下的砌体进行加固，然而在环境温度超过60℃的情况下不宜使用。

7.2.2 直接加固法

直接将固法分为扶壁柱加固法与钢筋混凝土外加层加固法。第一种是对截面进行加固，具有适应性强、承载力强与施工简便等优势，但其不易经受强烈震动，所以不适用于震区建筑物结构的加固处理。第二种是复合截面加固法，通常情况下，在壁墙和柱等结构的建筑中应用比较广泛，能够显著提高砌体的承载能力，然而施工需要很长时间，最后加固的砌体也会减小建筑物净空。

7.3 钢结构加固改造

7.3.1 改变结构计算图形

钢结构加固方式有增加支承法与增大截面法等。比如转变整个结构的分析简图结构机制，典型的有增加支承法，把一榅一榅形式的台架模式转化为空间形式，加入支撑缩短组件之间的长细比，以提高整体结构的稳定性与承载力。增加支承法可以对荷载分布以及节点等进行有效调节，还可以通过增设支承以及加大预应力的方式对建筑结构实施加固处理，有效提高构件刚性，或集中于某个支柱进行加固处理。此外还可以通过加大构件截面的方法进行加固，改变受弯构件的截面应力，对于连续结构的支撑位置进行调整，从而采取有效措施对桁架的杆件内力实施优化，如预应力拉杆，科学合理的对建筑结构进行加工。

7.3.2 结构连接的加固

通常情况下，应用焊接、螺栓、铆接等方法将钢筋混凝土结构与加固构件进行焊接，螺栓由普通螺栓与高强度螺栓，可按实际情况选择合理的连接形式。实际施工过程中，需要详细分析建筑结构架构的情况，并根据施工场地和结构的特点，综合考虑多种因素，确定最佳的连接形式。在钢结构加固中，最常见的形式有焊缝、高强度螺栓两种连接方式，当对钢结构连接进行特别要求时，应将两种不同的方法结合在一起，同时还要注意焊接工艺的质量，确保所使用的材料达到标准。

7.3.3 钢结构裂纹处理及加固

由于钢结构在承受多个载荷的情况下，在加工、选材、设计等方面出现了一些不合理的问题，造成了结构的损伤、开裂，如果不能及时地进行修复，裂缝就会在荷载的作用下，继续增大裂缝的宽度和长度，从而加重结构的破坏，引起更大的安全隐患。所以，对钢结构裂缝应采取相应的对策。对其产生的原因及可能产生的影响进行深入分析，并据此提出相应的加固措施，以改善结构的稳定性，防止因开裂而引起建筑钢结构不平衡情况，强化建筑钢结构的稳定性，防止因为裂纹而使得建筑物结构失衡，从而给人们的生命和财产带来一定的危害。

8、基于结构设计的民用建筑加固改造的有效措施

8.1 完善结构设计

我国建筑设计方法仍然受到传统建筑模式的制约，因循守旧，未能实现重大突破，与我国目前的发展现状相违背。我国是一个庞大的人口大国，快速上涨的房价造成大部分老百姓的住房困难。民用建筑改造问题的产生，是因为居民希望扩大居住空间。因此，本文提出，在民用建筑结构的改造设计中，要重视新颖、实用的问题，并要充分考虑怎样使建筑的居住面积最大。但这并不意味着要忽视房屋的品质，在进行房屋新颖、实用的设计时，应加强民用建筑结构的安全设计，以防止出现豆腐渣工程。

8.2 注重对原材料质量的管理

我国出现这么多的“豆腐渣”项目，不仅是因为设计上的问题，更是因为产品的质量问题。许多施工单位为了谋取暴利，以低廉的价格购买劣质的装饰和加固材料，以降低工程造价。要想从根本上阻止这种情况发生，就必须要有制度进行支撑。许多施工单位为了谋取暴利而落荒而逃，其主要原因是缺少一套行之有效的监管机制与惩戒手段。由于我国法律法规不多，而且缺乏严厉的惩罚手段，因此违法的代价非常小，所以人们往往会为了获得更大的经济利益，不惜以赔偿的方式达到自己的目的。因此，我国应当加大对建筑施工人员的管理力度，严惩偷工减料、侵犯人们利益的行为，并采取严格的处罚措施来遏制此类现象的蔓延。此外，还应强化监管与强制执行机制。低劣原材料的存在损害了大部分房主的利益。因此，我国相关部门应当加强对这一领域的监管与管理。对销售此类商品的人采取严厉的法律措施进行惩处。从根本上防止此类产品进入建材市场。同时，还要借助群众的力量，举报和奖励那些违法加固改造与销售的房屋，并对这种行为进行奖励，以此来提升人们的信心。

8.3 加强对环境的保护

生活中的很多东西都会对环境造成污染，特别是在装修房子的时候，会产生噪音、废物垃圾等，这些都是难以避免的。因此，在进行房屋加固和改建时，应注意保护环境,针对卧室和起居室等主要功能空间可以选用隔音棉或夹层玻璃这类环保型隔音材料，可达到减少噪音、增加居住舒适度、减少阳光照射等效果。此外，还应加强对自然资源的利用，居民在房屋进行加固和改建的过程中，可以采用加装太阳能设备的方式，来实现对自然资源的充分利用。