既改项目中结构加固的探索 与管理

刘韵孜

针对既有建筑的改建项目类别，其结构加固的原因及必要性分析，根据这类建筑的特性，列举了几种适合于此类项目的加固工法，分析其优缺点并根据项目实例及结构特点，对相应工法进行实际应用，总结几种工法的使用效果，为今后该类项目实施结构改造提供了可参考的实例。

一、城市更新课题中结构改造的原因

1.建筑自然老化带来的连锁反应

根据相关部门统计，我国城镇住房总量接近300亿平方米，城镇人均居住建筑面积37平方米，而按照设计基准期50年来看，其中相当大一部分房屋已经进入房屋使用寿命的“中后期”，在房屋结构的使用过程中，外部环境也在时刻侵蚀房屋材料本身，使结构逐步失去原有的设计功能，材料逐步劣化退减。

2.不可抗力带来的损伤

由于自然因素引起的不可逆转的损伤，根据相应规范的要求，推荐使用相应的技术和相关工艺进行加固和修复，以满足现行规范对结构安全性的要求。

3.结构功能性变化导致原设计荷载产生变化需要加固的

当既有建筑的使用功能发生变化的，导致原设计荷载已无法满足新的建筑方案布置要求和结构荷载要求，则需要进行局部或整体加固，该类加固建筑常出现在商业或工厂用房中。

4.规范标准的提高

设计规范和相应的施工标准不断推陈出新，近年来国家相关各部委及地方标准规范制定的水准一直在提高，在既有建筑改造项目中就会不可避免的带来原有的设计规范不能满足新规范和标准的要求，导致结构变更，但是某些具有特殊意义的建筑不适宜大规模改造，特别是在闹市区的标志性建筑，这就会导致项目可能在竣工上存在一定问题，这都是需要在既有建筑改造项目中要重点考虑的问题。

二、常用的结构加固形式

1.增大截面法

作为最为常用的结构加固工法，增大截面法施工简便，见效快，能够显著提高被加固结构的质量，将混凝土直接浇筑在钢筋混凝土的受压面上，通过植筋作为连接件传力杆，使新浇筑的混凝土和既有结构结合，以达到共同受力的目的，进而提高构件的截面面积和受力高度，明显提高构件的抗压能力和受力强度、结构刚度。

但该种加固工法增大了结构的截面面积，侵占了建筑的使用面积，适用于面积较大、对建筑面积要求不高的建筑单体，在如今的规划管理和商办住宅类建筑中一般不单独采用增大截面法加固工法来对构件进行加固。

2.外包钢加固法

又叫粘钢加固法、贴钢加固法，这种方式可以有效提升原构件的抵抗剪切的性能、抵抗开裂的能力和抵抗弯曲的能力，在大多数情况下，可以与增大截面法相互取代，具体看设计和施工工况的要求。这种加固工法施工方便、技术难度低，易于操作，基本不占用建筑面积，粘结剂固化时间短，强度提升快，适用于对工期要求很高的工程或者抢险救灾工程。但该工法对粘结剂和材料要求高，粘结材料的质量直接影响到结构加固后构件的质量。

3.碳纤维加固法

碳纤维加固法运用化工材料碳纤维布，材料重量轻、抗酸碱腐蚀、使用灵活、外观平整、占用面积小、抗拉强度能够＞4000兆帕，目前主要应用于桥梁、房屋、大坝、隧道的改造加固中，应用范围非常广泛，且随着材料国产化的推进，价格也逐渐下调，可实施性很强。但是这种工法存在一个致命的缺陷，那就是碳纤维布与结构的连接是采用粘结胶进行施工的，该种胶不耐高温，即如遇高温其结构抗剪切强度会随着温度的升高而迅速降低，在防火措施不足的前提下，碳纤维布的耐火性能很差，并且会对结构受力造成较为严重的后果。

4.置换混凝土加固法

置换法能够从根本上提升结构的强度以及刚度。其原理与加大截面法类似，但施工持续时间较长，如有条件进行该工法的施工，能够有效保障结构的稳定性和安全性。这种方式的最大缺点是对施工环境和工况有所要求，因为其本质是推倒重做，也就是说将重新施工混凝土结构物，这样就会造成湿作业面很大，工期会较长，而如何在既有建筑中大规模“推倒重做”所涉及的重难点更多，对工程目标整体控制不利。

三、工程实例

本文结合teamLab Borderless上海世博园展馆改造工程中对结构加固方面的施工及设计过程，以及分析应用在本工程中的结构加固工法的施工实操及过程控制要点，通过实际案例来总结和提炼结构加固技术在城市更新既有建筑改造课题中的必要性和关键性，为今后承接类似项目做好技术积累和经验总结。

1.工程概况

本工程选址上海市黄埔区半淞园路388号，改造原世博园C2展馆6600平方米的双层（1F和2F两层）框架式的钢结构厂房。初设计于2008年8月，原作为公共服务设施用房使用，上部结构形式为钢框架结构（环装密集布置钢柱），楼板为钢板上铺设细石混凝土面层。基础形式为桩基础+圆弧形承台，桩采用预应力混凝土管桩。

该房屋于2016年11月已整体改造为餐厅，大部分圆形构筑物仅保留三根或四根钢柱（其余钢柱采用机械切割拆除），上一轮改造所保留下来的钢柱采用了增大截面法进行加固，加固以后的截面尺寸为50cm＊50cm。原设计中圆弧形的主梁则采用粘钢法进行的加固，加固后的尺寸为45cm＊70cm。楼板新增混凝土现浇楼板；基础新设基础梁。

本次建筑改造方案主要用途为展厅，根据新建筑方案资料和要求，针对原结构荷载改变以及所提供的的建筑方案，满足正常使用条件下的承载力要求。

2.工程内容

本项目所涉及的结构加固内容主要有以下几个方面：

①1F及2F弧形主梁截面增大加固。

②首层部分区域地坪凿除及新做基础

③部分弧形钢梁加固

④1F静压预制桩施工

3.结构加固技术在本工程中的应用

（1）植筋

植筋是一种钢筋的后生跟技术。在本工程中，梁截面加大时需要以植筋的方法将钢筋植入原有构件中，新增梁板的受力钢筋也需植入原梁、柱中。设计及相关施工规范要求，植筋长度＞15倍钢筋直径，且必须满足植筋工艺的相关要求。

①材料要求

1）植筋胶要求：A级。

2）钢筋要求：同设计图纸等级一致。

3）混凝土强度要求：≥C30。

②施工工序

植筋工程排在其他工序之前，植筋没有完成就会造成其他工序无法展开。所以当施工人员进场后，及时根据图纸要求优先进行植筋施工。

（2）灌浆料增大截面法

本项目采用灌浆料进行增大截面法的施工。基底为水泥灌浆料，无收缩自流平。

外包混凝土结构加固施工要点：

①对于需要凿除的混凝土结构部分，在凿除前采用施加顶撑的支撑措施，严禁破坏预保留部分的砼，且凿除之前应该根据原结构的施工工艺和施工顺序，精确确定预凿除砼的位置，以免保留部分产生混凝土裂缝，而导致多打多补等问题出现。且凿打的梁板钢筋不得在交接处切断，而应该隔一根留出搭接长度或设置机械连接。

②欲进行加大截面工法进行加固的部分，应该在施工之前在砼界面经过整修并暴露出骨料断面后，应用机械（如花锤、砂轮机等）辅以高压射水的方式进行凿毛，清除浮浆，并形成凿槽。

③新旧砼交界面应该采用高一标号的水泥砂浆接浆。

④在灌浆完成后的12小时进行养护，养护可采用覆盖塑料薄膜法或在终凝后洒水养护。

⑤灌浆完成后如有需要凿除的部分应该在灌浆完成后的4小时后进行。

⑥灌浆施工过程中严禁再加固施工层进行振动较大的施工，以免破坏灌浆层。

原则上来说，新增的框架柱应位于弧形梁跨中区域（扰度最大），但结合相关建筑方案及建筑分割平面位置，部分新增的框架柱并未位于弧形梁跨中区域，会有相应的偏移，经过结构设计复算，对应增加的面积应该满足相关设计要求。

（3）钢梁加固工程

弧形槽钢制作：

现场部分钢梁梁底需进行槽钢加固。

根据设计要求采用弧形槽钢拼接，本工程采用钢板现场加工下料进行现场制作安装。

（4）静压预制桩施工工程

压桩工艺施工控制要点：

在正式施工静压桩之前应该按照设计和规范的要求先行施工试桩，通过试桩确定各类施工参数。

一根静压桩的施工应该连续不得中断，并达到设计值200KN。施工过程中应该做好相关记录，静力压桩的过程控制应该以压力控制为主控因素，桩长压入度为辅助控制因素。根据试桩确定本工程项目静力压桩应在达到设计荷载后稳压10min。

四、结语

本项目基于异形结构而开发的加固技术，对于加固工程的广泛应用具有开拓性的作用，可以有效指导该类型结构加固工程的施工和设计，该场馆目前已正常投产2年，各项指标良好。