建筑结构加固改造设计的深入探讨

王璊璊

（广东省电信规划设计院有限公司，广东广州 510000）

0 引言

随着城市化建设的高速发展，已有很大一部分建筑失去了使用价值，并且其现状不具备新的使用功能，所以,城市中产生了许多闲置建筑物，这并不利于我国经济的可持续发展。为解决这一问题，必须提出专业的方案，以赋予这些闲置建筑物新的价值，这对建筑结构的加固改造提出了新的要求，即既要保障人们的安全，又要提高建筑结构的耐久性，还要改变建筑结构的使用要求。本文提出以通过更新、更好、更适宜的结构加固改造技术，选择合适的加固材料，并将工程目标与市场经济目标相结合，制定具体的解决方案并根据实际情况进行结构加固改造。

1 建筑结构加固改造的意义和原则

1.1 建筑物结构加固改造的意义

随着时间的推移，既有建筑物在使用过程中其使用功能会逐渐退化，或者由于使用功能的变化和技术条件的缺陷，丧失了使用的价值。但是，如果能结合既有建筑自身的特点科学合理的分析，找到既适应市场经济，又适合建筑物特点的用途，并对建筑物实施有效的加固措施，就可以延长建筑物的使用寿命。因此，对于闲置的既有建筑物，有必要进行安全检测和市场调研分析，以科学准确地评估既有建筑物的可用性、安全性和耐久性，进而做出最适用、最经济的加固设计方案。

1.2 建筑物结构加固改造的原则

1.2.1 统一性原则

建筑结构加固改造设计方案首先要考虑建筑结构的完整性，因为建筑物的结构构件会影响建筑物整体的稳定性，如果对某些存在问题的结构构件进行加固和改善，就会影响建筑物整体的抗震性能，改变其周围构件的受力。因此，建筑物的结构加固改造应考虑对整个建筑物的影响，在设计阶段对建筑结构进行全面分析，避免工程出现质量问题。

1.2.2 合理性原则

建筑结构加固改造设计不仅要考虑其完整性，还要考虑其在工程建设中的合理性。科学合理的设计方案可以保证加固改造工程的质量和安全性。另外，设计阶段还要控制施工成本，最大限度地保证工程施工的性价比。

1.2.3 必要性原则

为提高建筑结构的加固改造效果，应该在工程设计阶段分析结构加固改造的必要性。建筑物在长期使用的过程中，其结构因受到日常老化、自然灾害等因素的影响，常有裂缝、表面剥落等情况出现。若要对存在这些问题的建筑结构进行加固改造，应该分析必要性。对于损坏程度较低的部分结构，可以根据具体情况进行局部修补[1]。

1.2.4 安全原则

为了保证建筑结构、设计和改造的有效性，必须将安全原则贯穿于建筑结构改造的全过程。加固设计工作应委托原设计单位或具有相关资质的设计单位，而且不仅要保证建筑物加固后的安全可靠性，也要考虑加固施工过程的安全性。为了有效地保护施工人员，建筑物内的各个环节都采用了施工保护措施[2]，如图1所示。

图1 建筑物结构加固改造

2 建筑结构加固改造的技术

随着建筑业的不断发展，建筑改造技术水平也在不断提高，但发展时间仍较短，整体处于开发阶段，还没有现行相对稳定的市场秩序，也没有相应的标准规范经营活动原则。并且我国的建筑加固改造工作一般集中在设计院、高校科研院所和高校科研机构，没有可代替承担的生产工作产业。

对于因建筑使用功能变化而导致的负荷增加，需要对结构整体及局部加强计算分析，不同部位、不同的受力特点选择不同的加固方式。对于悬臂等关键部位，应考虑加强安全储备。

混凝土结构常用的加固方法有加大截面法、外包型钢法、置换混凝土法、增加支点法、粘贴碳纤维布法等加固技术。每种方法都有优缺点，一个加固工程可以根据建筑空间的使用功能、施工的便利性和造价等因素选择一种或多种加固技术。

2.1 加大截面法加固技术

加大截面法加固技术是建筑结构加固改造设计中最常用的技术，施工难度较低。加大截面法的主要技术手段是使用大于原结构构件强度的混凝土来扩大现有建筑结构构件的截面。使用加大截面加固技术可以有效地增强建筑物的承载力。另外，在加固现有建筑结构的过程中，需配置锚栓或采用植筋的方式将旧部件和新部件连接起来，并对新旧构件交接的界面进行处理，以达到整体截面计算的要求，显著提高了其承载力、刚度、稳定性，或改变其自振频率[3]。

2.2 外包型钢法加固技术

外包型钢法加固技术的原理是通过黏结技术将型钢或扁钢加固到混凝土结构的外层，型钢或偏钢与混凝土结构使用结构胶粘剂连接。

与加大截面法加固技术相比，外包型钢法加固技术的可靠性更高，因为它占用的建筑空间更少，施工技术更成熟。但也存在不足之处，例如，钢构件性能易受高温、腐蚀等因素的影响。

2.3 置换混凝土法加固技术

置换混凝土法加固技术用高强度、高性能的混凝土替换有缺陷、强度低、性能差的原有混凝土。该技术的原理是使原构件的承载力得到恢复，以符合工程设计要求的一种直接加固法。该技术在工程施工的过程中比较容易操作，常用于混凝土柱、混凝土梁的缺陷部位，施工中造价低，但施工周期长，并且对结构支撑技术和结构卸载技术的要求较高。

2.4 增加支点法加固技术

增加支点法加固技术是通过增加建筑结构内部的支承点以减小建筑结构的位移和跨度，从而有效提高建筑结构的承载力的技术。该技术是比较传统的间接加固技术。通常用于冲击较小的构件，如梁、板等。由于建筑构件和支承结构差异很大，原构件存在二次受力的情况，需根据实际情况，有选择地使用弹性支承加固技术和刚性支承加固技术。

2.5 粘贴碳纤维布法加固技术

粘贴碳纤维布法加固技术具有非常良好的效果，是建筑结构加固改造的重要手段之一，主要采用碳布黏结剂将碳纤维布贴于原构件的混凝土表面，使之成为具有整体性的复合截面，从而达到为原构件提供承载力和延性的一种直接加固方法。粘贴碳纤维布法加固技术有很多优点，例如，轻质高强，施工简便，可以用在曲面或转角部位，既不增加原构件重量，也不影响建筑外形等，在我国建筑结构改造产业中有很好的发展前景[4]。

3 建筑结构加固改造设计在实际工程中的应用

为推动“十四五”期间档案事业的高质量发展，党的十九届五中全会和《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》指出了档案工作目前存在的问题、发展目标和规划。可见，档案库房的建设任务刻不容缓。

现有一座闲置建筑物，其建于20世纪90年代，建筑面积约为8000 m2，原用作仓库，柱网、层高与荷载情况都与档案库房相近，并设有垂直升降梯。根据检测单位提供的鉴定报告、原结构图纸和多次的实地考察的结果，初步认定该仓库经加固改造后可满足档案库房的使用条件。初步方案是将对外服务用房、档案业务的技术用房、办公室用房等主要功能用房布置在建筑物的1层，2~5层主要为档案库房。改造后档案库房使用面积约为6000 m2，可库存的档案数量约为400万卷。

此闲置仓库为5层现浇框架结构，抗震设防类别为标准设防类（丙类），首层层高为8.0 m，2~5层层高均为3.6 m，外观较为陈旧。原基础采用φ400和φ500直径的预应力混凝土管桩，φ400径单桩承载力设计值为1300 kN，φ500径单桩承载力设计值为1800 kN。建筑物总高约22.4m，平面形状为矩形，总平面尺寸为76 m×21 m。柱网较规则，尺寸为7.6 m×10.5 m，采用主次梁梁板结构。1层层高为8.0 m，2~5层层高均为3.6 m。原2层的设计活荷载标准值为10.0 kN/m2，3~5层活荷载标准值为6.0 kN/m2。

本项目参照乙级档案管的标准建设。根据《建筑抗震设防分类标准》（GB 50223—2008）及《档案馆建筑设计规范》（JGJ 25—2010）的规定，乙级档案馆建筑物的抗震设防类型应不低于丙类。根据国家档案局《机关档案管理规定》第十八条，档案库房楼面均布活荷载标准值为8.0 kN/m2，楼梯、走廊、门厅楼面均布活荷载标准值为3.5 kN/m2。

根据建筑布局、原始资料、鉴定报告、机关档案、库房的荷载要求及楼房的现状初步计算分析确定仓库具备加固条件。基础局部加固、柱子整体加固、2层梁板局部加固、3~5层梁板整体加固、天面梁局部加固改造后，满足作为机关档案库房的承载力要求。

加固改造设计具体实施方案如下。

（1）基础采用微型钢管桩局部加固，扩大原有承台，新、旧承台采用植筋的技术连接。

（2）首层原有地面拆除，重新浇捣地骨。

（3）1~5层柱采用加大截面法加固，2层局部框架梁采用粘贴钢板法加固，3～5层梁采用加大截面法结合粘贴碳纤维布法或粘贴钢板法加固，天面层局部框架梁采用粘贴钢板法加固。

（4）2层楼板局部采用粘贴碳纤维布法加固，3～5层楼板板面新增叠合板加固，板底采用粘贴碳纤维布法加固。

4 结语

建筑结构加固改造工程设计的重点是根据建筑的实际使用功能、施工和经济情况设计最合理的改造方案和加固方法。根据工程经验，笔者对结构加固改造设计提出了以下4点建议。

（1）原有结构的鉴定和检查是加固改造设计的先决条件，必须严格按照现行规范和标准执行。不能为了降低成本而忽视原始结构的鉴定和检查过程，也不得将鉴定结果直接用于施工。

（2）由于改造项目的特殊性，现有建筑物往往与原施工图不一致。除施工原因外，施工过程中缺少变更说明和公开记录。因此，设计师在设计过程中需要对施工图进行多次现场检查，以确保结构设计的准确性。

（3）加固工程数量暴增，施工队伍的质量和材料市场也参差不齐。设计时要对加固材料的性能提出严格的要求，由具备加固资格的专业队伍进行施工。必要时要安排人员在现场指导施工，确保节点的可操作性，禁止野蛮施工。同时必须了解各种加固材料的材料性能，预付由于对材料的认识不足而导致的设计错误。例如，强化塑料不能承受高温，化学注入后焊接会影响材料性能，因此需要采取必要的冷却措施。

（4）要保证新构件与原有结构连接的可靠性，充分考虑新旧界面的抗剪承载力、构件的整体性。