钢筋混凝土建筑结构加固改造技术及其在工程中的应用

2023-02-05彭小龙四川省西南建科建筑工程技术有限公司四川成都610000

砖瓦 2023年1期

彭小龙（四川省西南建科建筑工程技术有限公司，四川成都 610000）

在建筑工程加固改造施工中，为了保证施工质量、节约工程施工成本，通常会采用钢筋混凝土结构进行建筑的加固改造设计。此种加固结构具有如下优点：能够有效降低施工成本；能够保证建筑结构安全，避免由于建筑体系结构失稳造成的安全事故[1]。钢筋混凝土结构加固改造技术应用在我国建筑工程中有着广阔发展前景，随着人们生活水平的不断提高，对钢筋混凝土建筑结构加固改造技术也提出了更高的要求[2]。与此同时，人们对建筑安全意识越来越强，越来越多的建筑开始以钢筋混凝土技术作为支撑，下述将以某建筑工程为例，对其加固改造施工方法的应用展开设计研究。

1 工程实例

所选的建筑工程项目为某地区大型办公建筑，针对此建筑的扩建施工，扩建方案设计中，业主方提出了对新建结构形式的优化设计，即提出了将建筑一楼改为大厅，因此，需要增加此部分结构的层高，并根据设计需求对其进行封闭处理[3]。为确保设计后该建筑具有足够的稳定性与安全性，需要在此部分结构使用框架柱进行增层加固。加固前，对既有建筑工程结构的概况进行分析，见表1。

表1 既有建筑工程结构概况

由于本项目是在一个新项目即将竣工时实施的，且业主的使用需求发生变化，致使原有结构无法达到强度要求，因此，需要对其进行加筋加固。

2 钢筋混凝土建筑结构加固改造

2.1 增加建筑结构横截面加固面积

为实现对钢筋混凝土建筑结构的加固处理，采用增加截面加固面积的方式实现。通过增加结构构件的配筋率，在原有钢筋混凝土建筑结构的基础上，外叠浇新的钢筋混凝土材料，以此扩大原有结构的截面面积，进一步提升结构承载力，同时，也能够进一步降低结构长细比[4]。由于其施工工艺简单，这种加固方法可以广泛应用于梁、柱等各种钢筋混凝土结构构件的加固环节。根据工程实际情况，以及钢筋混凝土结构的受力特点、薄弱环节、加强目标等特点和需要，可以设计成一侧、两侧、三侧或四面同时增加[5]。除此之外，还可采用单边或两边加大的受力或受压边加强的偏心受力混凝土柱子，采用四边外包法进行加固。在加固中，以增加截面为主的构件还应配置合适的结构筋，以满足扩大截面的正常使用要求。同时，为提高混凝土配筋的耐久性和使用性能，还应加强以增筋为主的结构，并根据新增钢筋的间隔和保护层等构造措施，在原有构件的断面上适当增大[6]。在结构补强工程中，新旧钢筋和混凝土应采用牢固的连接和黏结措施，新建的结构通常采用强度在C20以上的普通混凝土，如有需要，可采用钢板、型钢等替代。

轴向受压混凝土构件的失效主要是因为旧构件的混凝土在压缩变形极限时出现开裂，而新添加的混凝土承担了所有的荷载，但新添加的混凝土由于自身的承载力有限，后期容易出现开裂[7]。在这种情况下，新添加的钢筋和水泥不能充分发挥其强度，而原有的钢筋和混凝土的强度都达到设计要求，当加固后的构件处于极限状态时，新加的混凝土和钢筋的应力将会受到很大的影响。

2.2 增设外粘型钢加固结构

在增加建筑结构横截面加固面积后，还可通过增设外粘型钢加固结构的方式实现加固。图1 为针对三种不同截面的外粘型钢加固结构增设形式。

图1 针对三种不同截面的外粘型钢加固结构增设形式

采用外粘型钢加固方法，在不改变原结构截面尺寸的情况下，其承载力和延性得到了明显的改善。同时，这种加固方式由于潮湿作业少、工期短、施工简单等优点，可广泛应用于各种钢筋混凝土结构，如梁、柱等。一般情况下，干式外包钢是在原有的部件外面直接用型钢包裹，或者在里面填充水泥砂浆，但是剪切力不能通过黏合表面进行有效的传递[8]。由原有结构和干式外包钢架各自承担不同的荷载，所以在进行结构加固时，应先将原构件与外包钢结构的受力比例分配，然后再对其进行强度校核，最后再进行钢架结构的设计。尽管干式外包钢的加固方法相对于湿式法更加简单，但其加固效果不如湿法。湿式外包钢补强是指在原有构件和型钢之间留出一定的空间，并填入能有效传递剪切力的填料，如灌环氧砂浆、乳胶水泥浆、细石粉等，从而将两者结合在一起，确保两者共同发挥作用，实现对钢筋混凝土结构的加固。

2.3 钢筋植入

针对钢筋混凝土结构的受力特性，对需要植筋的混凝土构件进行定位，然后通过钻孔、清孔、注入钢筋胶、插入钢筋等工序，使钢筋与混凝土牢固地结合，从而达到整体的受力效果。图2 为钢筋植入的基本流程图。

图2 钢筋植入的基本流程图

在混凝土结构上植筋，只需在植筋部位进行钻孔，无须进行大量的开挖作业。同时，采用化学锚固剂可以确保钢筋与混凝土的黏结，减少了对原有构件的损伤，减少了结构加固的工作量。植筋胶对钢筋的锚固是依靠其黏结材料的锚固力，而非通过与基材的摩擦和胀压产生的力，从而使锚杆与底板间的锚固是有效的，而在加强后，则是由植筋所引起的黏结强度及机械咬合力来承受。随着钢筋埋入深度和较高的混凝土强度，边距减小对承载力降低的作用较小。

3 实例分析

严格控制建筑质量可以有效减少安全事故隐患，随着建筑行业的规模不断扩大，在建筑行业中使用钢筋混凝土工程结构材料越来越多。以上述工程项目为例，建筑加固立面图如图3所示。

图3 建筑加固立面

在本文提出加固技术的基础上，设计施工中，使用粘贴纤维增强复合材料的方式进行结构的进一步加固设计。通过将此材料与钢筋混凝土技术融合的方式，提高结构的抗弯承载力和抗剪承载力，从而达到加固建筑物的目的。

在此项目进行加固改造之前，根据该建筑的用途与功能，结合既有建筑的施工进展，并经过多次的计算、核定和经济等多方面的对比，设计如下所述的工程施工方案：使用粘贴碳纤维布进行建筑结构加固，在一层框架柱上应用外包钢的方式进行加固。

在建筑加层设计中，如果采用钢筋混凝土梁、板，虽然比玻璃幕轻钢结构成本更低，但由于自身重量和结构荷载的整体增大，所以按照规范核定不能满足设计要求，而且采用混凝土梁、板加层施工周期过长。此外，业主对建筑的自然光线有更高的要求，希望建筑在投入使用后可以尽可能地利用自然光线。因此，在目前的基础承载力条件下，采用玻璃幕轻钢结构进行框架柱抬升加固，既是一种更合理的方案，又能充分满足业主的使用需求。

在建设初期，对场地的位置进行分析，结果表明，场地内的地质构造具有较好的均匀度，因而具有较高的承载力。整个加固方案的要点是：在加固区域内，基础的对称宽度要增大300mm，而台阶的高度也要相应提高。在实际拓宽过程中，还应加强基础层的地基建设，加强后的加强部位及扩展区域的钢筋结构应进行焊接。

在加固和改建时，应将柱身的纵筋插入基础的锚固中，同时，对应立柱的纵向钢筋必须插入到地基的锚固中，其上端通常要贯穿于地面，与柱腿相连，确保结构形成一个相对稳定的整体。

按照规范完成此工程的加固施工后，在加固作业面进行承载力检测，以证明按照本文设计的方案进行建筑结构加固改造施工后，该工程具有较高的稳定性与安全性。对比加固前后作业面测点的承载力，其结果见表2。