建筑結(jié)構(gòu)加固改造技術(shù)發(fā)展進程及工程應(yīng)用

精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業(yè)專心---專注---專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業(yè)建筑結(jié)構(gòu)加固改造技術(shù)發(fā)展進程及工程應(yīng)用武漢大學(xué)土木建筑工程學(xué)院工程加固結(jié)課論文摘要：本文對建筑結(jié)構(gòu)加固改造技術(shù)重要性進行了分析，并對國內(nèi)外建筑加固行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀做了綜合闡述，指出了我國工程建設(shè)中的現(xiàn)狀，存在的問題及面臨的挑戰(zhàn)。通過對需要加固改造建筑的原因進行分析，找出從勘測設(shè)計施工及使用上各方面潛在的問題，并從根源上提了實際可行的建議，針對我國的具體國情和實際管理體系提出了具體的改進方案。同時文章對建筑結(jié)構(gòu)加固的基本方法做了系統(tǒng)的介紹，并分析了各種方法的適用范圍，優(yōu)缺點及經(jīng)濟效益。對于建筑糾偏本文亦有一定篇幅的討論。最后對建筑結(jié)構(gòu)加固改造技術(shù)的發(fā)展趨勢做出展望。關(guān)鍵詞：建筑檢測；建筑加固；結(jié)構(gòu)改造；加固應(yīng)用；糾偏；1建筑結(jié)構(gòu)加固改造的意義1.1建筑結(jié)構(gòu)加固改造的重要性國內(nèi)外結(jié)構(gòu)工程的發(fā)展過程表明，當(dāng)工程建設(shè)進行到一定階段后，工程結(jié)構(gòu)的維修改造將成為主要的建設(shè)方式。我國的工程結(jié)構(gòu)，特別是建筑物則因為特殊的歷史和發(fā)展方式，在許多方面更需要對既有建筑物進行加固與維修改造。建筑物加固與維修改造的前提是對其進行鑒定，然后根據(jù)鑒定結(jié)果采取相應(yīng)的加固處理措施。由于城市化進程加快，設(shè)計、施工和管理使用存在先天不足，同時由于地震、火災(zāi)等災(zāi)害的影響，建筑結(jié)構(gòu)鑒定與加固改造已成為我國基本建設(shè)急需解決的重大問題。當(dāng)前國內(nèi)發(fā)展生產(chǎn)，提高生產(chǎn)力的重心，已從新建工業(yè)企業(yè)轉(zhuǎn)移到對已有企業(yè)的技術(shù)改造，以取得更大的投資效益。同樣，對民用建筑進行改造的要求，在我國也日益迫切。1.2實際工程中建筑需要加固改造的原因隨著經(jīng)濟、社會和科技的發(fā)展，越來越多的建筑物會出現(xiàn)變更用途，改變業(yè)主，工業(yè)建筑的更新改造等。還有如建筑的質(zhì)量問題或者使用環(huán)境惡化，接近或超過使用年限，這些都是建筑物需要進行加固改造的原因。1.2.1建筑物接近或超過其設(shè)計年限據(jù)1986年國家統(tǒng)計局和建設(shè)部的調(diào)查，我國城鎮(zhèn)民用建筑面積達46.76億m2，使用期限超過20年的約占64%；工業(yè)建筑13.5億m2，使用期限超過30年的約占65%，越來越多的建筑物進入老齡化。1.2.2先天性缺陷、使用不當(dāng)及環(huán)境劣化建筑物在施工中出現(xiàn)問題造成先天缺陷或者由于使用不當(dāng)及環(huán)境變化都有可能導(dǎo)致建筑物需要經(jīng)過檢測加固改造后方能投入正常使用。1.2.2.1勘察引起的缺陷結(jié)構(gòu)的先天不足首先表現(xiàn)在地質(zhì)勘察不能準(zhǔn)確反映地基土、地下水的真實情況，如勘察布點過稀、鉆孔深度不夠等，造成建筑物施工中、竣工后出現(xiàn)地基沉降等。1.2.2.2設(shè)計引起的缺陷設(shè)計人員在設(shè)計建筑物時，雖然盡量考慮了影響建筑結(jié)構(gòu)安全和使用的各種各樣的因素，然而在建筑物竣工使用后，每個結(jié)構(gòu)實際上都有自己的特性，它不可能完全被設(shè)計時采用的數(shù)學(xué)模型所描述。原先的設(shè)計構(gòu)思總是與實際使用中發(fā)生的情況有一定距離。盡管建筑技術(shù)有了很大的進步和發(fā)展，但結(jié)構(gòu)仍有可能由于先天不足而出現(xiàn)各種缺陷。同時，我國建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計冗余度較低，為其安全使用留下隱患。1.2.2.3施工造成的缺陷結(jié)構(gòu)的先天不足還來源于施工。造成這類隱患的原因雖然很多，但當(dāng)前最引起人們關(guān)注的是低素質(zhì)隊伍施工所造成的建筑物低質(zhì)量的現(xiàn)狀。眾所周知，隨著建筑隊伍的迅速發(fā)展，特別是農(nóng)村建筑隊伍的迅猛擴大，建筑隊伍的技術(shù)和管理素質(zhì)普遍下降，在管理方面也存在混亂和違紀問題，這些都給建筑物正常使用留下大量隱患。1.2.2.4使用不當(dāng)及環(huán)境劣化建筑物的缺陷還來自惡劣的使用環(huán)境：如高溫、重載、腐蝕、粉塵、疲勞、潮濕……，以及由于缺乏對建筑物正確的管理、檢查、鑒定、維修、保護和加固的常識所造成的對建筑物管理和使用不當(dāng)，致使不少建筑物出現(xiàn)不應(yīng)有的早衰。如建筑物使用過程中，未經(jīng)鑒定而增加荷載，裝修時增加荷載，增設(shè)設(shè)備等；未經(jīng)相關(guān)單位鑒定或加固即拆除承重構(gòu)件，造成周圍或上部構(gòu)件承載力不足等。1.2.3自然災(zāi)害我國是一個自然災(zāi)害多發(fā)的國家，歷次地震都在不同程度上對建筑物造成了損壞，而且風(fēng)災(zāi)、水災(zāi)年年不斷，僅風(fēng)災(zāi)平均每年損壞房屋30萬間，經(jīng)濟損失十多億元，每年水災(zāi)損失更難準(zhǔn)確統(tǒng)計。另外，隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和城市化進程的加速，人口和建筑群的進一步密集，建筑物的火災(zāi)概率大大增加。這些意外的災(zāi)害，使不少建筑物受到嚴重損傷或者提前夭折。綜上所述，不論是對建筑物先天不足，還是對后天管理不善、使用不當(dāng)；不論是為抗御災(zāi)害所需進行的加固，還是為災(zāi)后所需進行的修復(fù)，不論是為適應(yīng)新的使用要求，而對建筑物實施的改造，還是為建筑物進入中老年期而進行的正常診斷、處理，都需要對建筑物進行檢查和鑒定，以對其可靠性做出科學(xué)的評估，都需要對建筑物實施正確的管理維護和改造加固，以延長其使用壽命。由此可見，建筑物鑒定與加固改造的任務(wù)，不僅量大面廣，而且任重道遠，對國力薄弱的我國來講有著極其重要的現(xiàn)實意義[1]。2建筑結(jié)構(gòu)鑒定與加固改造技術(shù)在國內(nèi)外的發(fā)展2.1建筑結(jié)構(gòu)鑒定與加固改造技術(shù)在國外的發(fā)展對建筑物進行評估和維修、加固和改造，是伴隨著人類房屋建設(shè)而出現(xiàn)的，但其真正的發(fā)展還是在20世紀中葉以后。20世紀人類歷史上的兩次世界大戰(zhàn)，對建筑物的毀壞是空前的，戰(zhàn)后對房屋建筑的大量需要，刺激了建筑業(yè)的發(fā)展，而其時建造的房屋規(guī)模大、標(biāo)準(zhǔn)低，致使這些建筑在使用不到30年，就不得不進行大修、改造，有了這樣的市場需求，使得鑒定加固行業(yè)迅速發(fā)展起來[2]。同時，科技水平的提高，也為本行業(yè)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。西歐、美國和日本等國以及相關(guān)國際行業(yè)協(xié)會對已有建筑的維修、改造的研究十分重視，已經(jīng)制定了相應(yīng)的法規(guī)，各國投入到建筑物維修改造的資金占房屋建筑投入資金的比例也越來越高。2.2建筑結(jié)構(gòu)加固改造技術(shù)在國內(nèi)的發(fā)展在我國，由于戰(zhàn)爭和其他歷史原因，大規(guī)模的基建建設(shè)比世界晚了幾十年。建國年以來，我國經(jīng)歷了三個建設(shè)高潮期：一是解放初期的50年代；二是改革開放后的80年代、90年代；三是進入新世紀以來。我國同樣也遵循了新建、新建與維修加固、改造并重的這樣一個發(fā)展道路建筑結(jié)構(gòu)檢測鑒定行業(yè)從個別從業(yè)者率先進行鑒定加固和改造工作，到隊伍越來越大，漸成規(guī)模；從無章可循，到各種標(biāo)準(zhǔn)對檢測、鑒定、加固各個階段越來越規(guī)范；從依賴專家經(jīng)驗的“傳統(tǒng)經(jīng)驗法”，到專家經(jīng)驗與現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)、復(fù)核鑒定相結(jié)合并原則性采用統(tǒng)計概率的“實用鑒定法”；從注重可靠性(安全性、正常使用性)鑒定，到可靠性、耐久性評價并重；加固技術(shù)從注重單個構(gòu)件的加固，到注重結(jié)構(gòu)整體加固效果，發(fā)展的過程同樣充滿曲折。3建筑結(jié)構(gòu)檢測方法及加固改造技術(shù)對建筑結(jié)構(gòu)的調(diào)查和檢測是進行加固改造的基礎(chǔ)，其目的在于了解結(jié)構(gòu)的使用歷史、使用環(huán)境、對各類荷載分布、結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)和工作性能以及損傷、變形和裂縫所造成缺陷和損壞的原因，做出貼切的分析，并進行加固計算，提出加固設(shè)計方案，進行施工，最終達到使用要求。3.1檢測技術(shù)建筑結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)主要可分為材料強度、缺陷、損傷和變形、鋼筋位置等檢測技術(shù)[3]。對于不同的結(jié)構(gòu)材料及連接技術(shù)，可采用不同的強度檢測技術(shù)。對于不同的結(jié)構(gòu)材料，其缺陷和損傷檢測的項目有所不同。對于缺陷和損傷，應(yīng)確定其原因，檢測其損傷深度、面積等指標(biāo)。一般尚應(yīng)進行變形(傾斜、撓度)、尺寸偏差、構(gòu)造等其他項目的檢測。對于混凝土結(jié)構(gòu)，應(yīng)檢測鋼筋位置(保護層)、銹蝕等項目的檢測；鋼筋位置可采用電磁法、混凝土雷達等進行檢測；鋼筋銹蝕可采用電位差法進行檢測[4]。3.2加固技術(shù)加固施工及加固方案的制定十分重要，對于需要加固的建筑物，應(yīng)根據(jù)構(gòu)筑物的不同情況制定不同的加固方案。方案的確定要遵循安全、經(jīng)濟、快捷、施工方便的原則，以達到良好的社會效益和經(jīng)濟效益。對于建筑物維修和加固改造，可能有不同的改造思路和實施方案，在具體進行維修加固時，應(yīng)結(jié)合建筑物結(jié)構(gòu)的特點、當(dāng)?shù)氐木唧w條件等因素綜合判斷。此外，現(xiàn)有加固應(yīng)與結(jié)構(gòu)和構(gòu)件性能要求相結(jié)合，不同結(jié)構(gòu)、構(gòu)件應(yīng)采用不同性能水平的加固方法和加固深度，應(yīng)在充分進行經(jīng)濟性、技術(shù)性和可靠性等多方面分析比較后，選擇出滿足多目標(biāo)（不同性能目標(biāo)）、多水準(zhǔn)（不同性能水平）要求的合理加固方法和加固程度。優(yōu)秀的加固方案具體體現(xiàn)在其施工作業(yè)方便、施工技術(shù)先進、經(jīng)濟效果好、加固質(zhì)量高等四方面的特點。3.2.1混凝土結(jié)構(gòu)加固3.2.1.1增大截面加固法增大原構(gòu)件截面面積或增配鋼筋，以提高其承載力和剛度，或改變其自振頻率的一種直接加固法，適用于混凝土受彎、受壓構(gòu)件的加固。3.2.1.2置換混凝土加固法用高強度等級的混凝土置換原結(jié)構(gòu)中受壓區(qū)強度偏低或局部有嚴重缺陷的混凝土的一種加固方法，適用于承重構(gòu)件受壓區(qū)混凝土強度偏低或嚴重缺陷的局部加固。本方法的關(guān)鍵是新舊混凝土結(jié)合面的處理效果必須達到使新舊混凝土協(xié)同工作的要求。3.2.1.3外加預(yù)應(yīng)力加固法通過施加體外預(yù)應(yīng)力，使原結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的受力得到改善或調(diào)整的一種間接加固法。原來主要采用普通鋼筋施加體外預(yù)應(yīng)力，近些年無粘結(jié)鋼絞線在體外預(yù)應(yīng)力加固中得到了應(yīng)用。本方法注意對預(yù)應(yīng)力鋼筋、鋼絞線的防火保護。3.2.1.4外粘型鋼加固法對鋼筋混凝土梁、柱外包型鋼、扁鋼焊成構(gòu)架并灌注結(jié)構(gòu)膠粘劑，以達到整體受力、共同約束原構(gòu)件要求的加固方法，適用于需大幅度提高截面承載力和抗震能力的鋼筋混凝土梁、柱結(jié)構(gòu)的加固。3.2.1.5粘貼纖維復(fù)合材加固法通過粘貼主要承擔(dān)拉應(yīng)力作用的纖維復(fù)合材料(如碳纖維、玻璃纖維等)對鋼筋混凝土受彎、受拉構(gòu)件、大偏心受壓構(gòu)件等的加固。其基材混凝土強度不低于C15，纖維復(fù)合材表面應(yīng)進行防護處理，處于高溫(高于60℃)時或特殊環(huán)境時，可采用無機膠粘結(jié)劑。近些年采用了預(yù)應(yīng)力纖維復(fù)合材進行加固處理的研究和工程實踐，將進入修訂的《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范》。3.2.1.6粘貼鋼板加固法在鋼筋混凝土受彎、大偏心受壓和受拉構(gòu)件等的表面通過粘貼鋼板進行加固的一種加固方法。與粘貼纖維復(fù)合材加固法類似，其基材混凝土強度不低于C15，處于高溫(高于60℃)時或特殊環(huán)境時，可采用無機膠粘結(jié)劑。3.2.1.7增設(shè)支點加固法增設(shè)支點加固法是通過增設(shè)支點以減小被加固結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的跨度或位移，來改變結(jié)構(gòu)不利受力狀態(tài)的一種間接加固方法，是一種傳統(tǒng)的加固方法，廣泛適用于對外觀和使用功能要求不高的梁、板、桁架、網(wǎng)架等的加固。其支點根據(jù)支承結(jié)構(gòu)、構(gòu)件受力變形性能的不同，可分為剛性支點加固法和彈性支點加固法。3.2.1.8其它方法鋼絲繩網(wǎng)片-聚合物砂漿面層加固法、繞絲加固法等[5]。3.2.2砌體結(jié)構(gòu)加固3.2.2.1增設(shè)扶壁柱加固法在原砌體一側(cè)或兩側(cè)增設(shè)磚扶壁柱或混凝土扶壁柱，來提高墻體承載力或改善其構(gòu)造措施，應(yīng)采取措施保證新增扶壁柱與原墻體的共同工作。3.2.2.2鋼筋網(wǎng)水泥砂漿加固法通過敷設(shè)鋼筋(絲)網(wǎng)，外抹水泥砂漿來提高墻體承載力或改善構(gòu)造措施。3.2.2.3增大截面法采用混凝土面層或四周外包混凝土的方法來加固墻體或柱，來提高墻體或柱的承載力或改善其構(gòu)造措施。3.2.2.4外包角鋼在磚柱四周設(shè)置角鋼，角鋼間通過綴板連接，來加固柱的方法。3.2.2.5其它加固方法如采用增加構(gòu)造柱、圈梁等措施的整體性加固；對過梁采取鋼筋磚過梁、增設(shè)角鋼、更換為鋼筋混凝土過梁的加固等[6]。3.2.3鋼結(jié)構(gòu)加固3.2.3.1改變結(jié)構(gòu)計算圖形加固法采用改變荷載分布狀況、傳力途徑、節(jié)點性質(zhì)和邊界條件，增設(shè)附加桿件和支撐、施加預(yù)應(yīng)力、考慮空間協(xié)同工作等措施對結(jié)構(gòu)進行加固。3.2.3.2加大構(gòu)件截面的加固法通過增大鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面寬度、厚度來提高其承載力或改善其構(gòu)造措施。3.2.3.3連接的加固焊縫可通過增加焊縫長度、有效厚度或兩者同時增加的辦法實現(xiàn)[7]。3.2.4木結(jié)構(gòu)加固3.2.4.1下?lián)问嚼瓧U加固梁梁構(gòu)件的撓度超過規(guī)定的限值、承載能力不夠以及發(fā)現(xiàn)有斷裂跡象時，可采用增加下?lián)卫瓧U組成新的受力構(gòu)件。在加固前，要特別注意檢查木梁兩端的材質(zhì)是否腐朽、蟲蛀，只有在材質(zhì)完好的條件下才能保證拉桿固定牢靠。3.2.4.2采用夾接、托接方法加固梁木梁在支承點入墻端易腐朽、蟲蛀等損壞，可采取夾接，或接換梁頭。當(dāng)用于木夾板加固構(gòu)造處理或施工困難時，可采用型鋼托接的方法。3.2.4.3墩接法加固柱當(dāng)柱角腐朽嚴重，但自柱底面向上未超過柱高的1/4時，可采用墩接柱角的方法，墩接材料可采用木材、鋼筋混凝土或石材。3.2.4.4更換構(gòu)件當(dāng)構(gòu)件破損嚴重時，可采用更換構(gòu)件的方法進行處理。3.2.4.5FRP(纖維復(fù)核材料)加固采用FRP可加固木板、木梁、木柱以及節(jié)點連接[8]。3.2.5建筑物糾偏扶正建筑物糾偏扶正方法可分為頂升糾偏、迫降糾偏和綜合糾偏三大類。3.2.5.1頂升糾偏頂升糾偏是采用千斤頂將傾斜的建筑物頂起并扶正，它一般不降低原建筑物的標(biāo)高，對地基的擾動少，適用于建筑物整體沉降較大，或因場地、地基等條件不允許采用迫降法時的傾斜建筑物的糾偏。根據(jù)地基變形穩(wěn)定與否，頂升糾偏又分頂升補償（填縫）法、預(yù)升托換（樁基）法。3.2.5.2迫降糾偏迫降糾偏適用于整體沉降不多，繼續(xù)下沉對建筑物使用功能影響不大的建筑物的糾偏。迫降糾偏包括掏土（抽砂）、加壓、抽水和浸水四種方法。掏土（抽砂）法適用于軟粘土、淤泥質(zhì)土、雜填土和具有砂墊層且地基已基本固結(jié)的建筑物的糾偏；加壓糾偏法適用于有強壓縮性地基的建筑物的糾偏；抽水法適用于建造在地下水位較高的軟粘土、淤泥質(zhì)土上的建筑物的糾偏；浸水法適用于濕陷性黃土地基上的建筑物糾偏。3.2.5.3綜合糾偏法綜合糾偏法是將頂升糾偏和迫降糾偏綜合運用的糾偏方法，這樣可加快糾偏扶正的速度。4建筑結(jié)構(gòu)加固檢測技術(shù)展望經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)檢測、鑒定、加固及改造技術(shù)均取得了十分顯著的進展，但仍有大量的課題希望從事建筑物鑒定與加固工作的廣大科技人員和工程技術(shù)人員共同去開發(fā)、共同去解決。4.1檢測鑒定技術(shù)各種結(jié)構(gòu)材料強度的無損檢測技術(shù)，譬如超聲檢測技術(shù)、紅外成像檢測技術(shù)將是發(fā)展的方向。砌體結(jié)構(gòu)因組成成分、砌筑質(zhì)量的離散性等，目前的檢測手段尚需改進。鋼結(jié)構(gòu)焊縫新型探傷技術(shù)、鋼材在負荷條件下測定力學(xué)性能的技術(shù)、地下連續(xù)墻無損檢測、砌體非破損測強、測定材料腐蝕程度新技術(shù)等需進一步研究。隨著《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB50068-2001的發(fā)布施行，將結(jié)構(gòu)可靠度定義為：“結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的概率[9]”，這是結(jié)構(gòu)設(shè)計的一個重要演進，使長期沿用的定值概念，轉(zhuǎn)變?yōu)榉嵌ㄖ蹈拍?，這也必將對已有建筑物可靠性鑒定與加固設(shè)計的基礎(chǔ)理論產(chǎn)生深遠的影響。對已有建筑物的鑒定，用什么樣方法確定其可靠指標(biāo)，又如何確定各級建筑物的目標(biāo)可靠指標(biāo)，它與設(shè)計的目標(biāo)可靠指標(biāo)，究竟有怎樣的內(nèi)在關(guān)系，用什么樣的數(shù)學(xué)模型進行表達尤其怎樣表達與使用時間和使用史的函數(shù)關(guān)系，現(xiàn)在的研究還是非常初級的。結(jié)構(gòu)的設(shè)計基準(zhǔn)期與結(jié)構(gòu)的壽命的聯(lián)系還需進一步研究。4.2加固理論和加固改造技術(shù)研究目前，結(jié)構(gòu)加固設(shè)計計算方法較為混亂，不少設(shè)計人員沿用新設(shè)計的結(jié)構(gòu)概念來處理，而忽視了已有結(jié)構(gòu)加固的特點，如加固結(jié)構(gòu)屬二次受力結(jié)構(gòu)，新舊結(jié)構(gòu)兩部分存在應(yīng)變滯后和應(yīng)力