探讨建筑结构的加固及修复技术

摘要：本文阐释了常规建筑加固与修复的主要特点、适用范围和施工重点。结合工程体会，指出了在建筑结构加固与修复中，需要注意的一些问题。探讨了国内常用的直接加固和间接加固修复技术。

关键词：建筑结构；检测；加固；修复

伴随城市规模的扩大，人口的急剧增长，日益严重的环境破坏，各类资源的匮乏，导致人类的生活条件和质量不断恶化。同时，过度集中和无序的建筑建设，使建筑与环境的矛盾日益显著。控制建筑物的数量与合理规划，成为现代建设必须重视的问题，同时，提高现存建筑寿命及功能，则成为当务之急的使命。

一、结构加固的现状

自上世纪70年代末实行改革开放以后，我国各类房屋建筑以及城市设施快速增加。据相关部门统计，我国现存的各类建筑总面积远远大于100亿m2，其中以混凝土及砌体结构占主流。

新中国建立初期，大量工业与民用建筑的服役期几乎都超过50年，存在安全隐患。由于勘察、设计和施工中的技术和管理问题，一些新修建的工程项目在初期就存在安全隐患。如果不及时采取措施，将导致严重的事故。因此，每年国家投入大量资金用于建筑的加固修复，形成巨大的市场空间。

在功能上，一些现有建筑采取旧的结构设计已不能满足需求，促进了建筑加固修复专业的发展壮大。特别是，随着我国经济发展和人民生活水平的不断提高，旧城改造已成为各大、中城市的共同热点课题。为建筑加固修复业带来了史无前例的机会。

二、结构加固的传统方法及特点

通常情况下，由于灾害（如火灾、腐蚀、冻害）或施工质量问题或功能改变等因素，会出现须加固结构承载能力不足的现象。多数是从提高结构的有效受力面积出发（如加大载面法）减小截面的应力，或者直接改变结构的受力体系，改变其传力途径（如增加支撑法等）从而降低结构构件的受力，最终达到加固的目的。a）混凝土结构加固方法，b）砌体结构加固方法，c）钢结构加固方法。根据实际条件与要求，选择合适的结构加固方法。

目前，土建结构常用的几种传统加固方法，主要是以下几种：

1.预应力加固法

指在原结构上增加预应力构件，来承担原结构上所受的相应负载，从而提高原结构的承载能力的方法。目前使用较多的主要是体外预应力加固法。

预应力法加固效果好，能较大幅度地提高结构整体承载力。但加固后对原结构外观有一定影响；比较适用于大跨度或重型结构的加固以及处于高应力、高应变状态下的混凝土构件的加固。但不适合混凝土收缩变大的结构，此外，加固后需要观测预应力钢筋的防腐问题。

2.增大截面加固法

通常用于受弯构件，是指在原构件的上部或下部浇一层新的混凝土和补加相应的钢筋，从而达到提高原构件承载能力的目的。

归属较为传统的结构加固法，具有成熟的设计和丰富的施工经验；工程成本相对较低，可用于梁、板、柱、墙和一般构造物等多种混凝土结构的加固。其主要缺陷是现场施工的湿作业时间长，而且会带来建筑净空的明显减少。

3.改变受力体系加固法

包括在梁的中间部分增设支点（刚性支点或弹性支点），将多跨简支梁变为连续梁等方法。改变结构的受力体系能大幅度降低计算弯矩，提高结构和构件的承载力，达到加强原结构的目的。

此法简单，且效果可靠。但加固量较大，易损害建筑物的原貌和使用功能，通常还会减小建筑的使用空间。由于所增加的支撑构件一般需要将荷载传递到基础上，适用于整个建筑的加固。

4.粘钢加固法

通过在构件外侧粘贴钢板，钢板运用胶粘剂与原构件共同作用，从而增强结构的抗弯和抗剪力，提高结构安全性能。目前，发展最快的一种加固方法是承受静力作用且处于正常湿度环境中的受弯构件的加固。

特点是施工便捷，仅卸荷和按要求除锈后即可施工。现场湿作业量少，加固后全天即可使用，且加固后对原结构自重、外观尺寸和原有净空无明显影响，可明显提高构件的刚度和承载力，且价格低廉；但加固質量很大程度上取决于胶粘剂质量和施工的水平，特别是粘钢后一旦发现空鼓，进行补救比较困难。

5.外包钢加固法

以角钢外包于原构件四角，角钢间用扁钢焊接形成整体钢构套的加固方法，提高构件的承载力和延性。

一般是在要求不显著增大构件截面，同时又可以大幅度提高结构承载能力的情况下采用，特别是结构柱周围裹钢，结构受力比较可靠，同时现场的工作量也较小，结构截面增加也不大。主要缺点是较大的钢材用量，加大工程成本；在节点处理上有难度。

三、结构加固的新方法及发展

由于自身的局限性，并不能满足具体某种程度的耐久性和美观需求，或受施工条件的限制而无法实施。全新的加固技术，如粘贴纤维复合材料加固法、钢丝网水泥砂浆加固法、纤维材料的嵌入式加固法等，这些技术从一开始引进和在国内普遍应用，以其优异的性能、特点和加固效果取得工程界的广泛认可。以下重点说明粘贴纤维复合材料加固法：

八十年代末到九十年代初，在发达国家兴起的纤维材料（FRP）加固修补土建结构技术，因优点多，效果显著，已成为广泛使用的一项技术，并彻底产业化。

根据纤维材料的差异，分为玻璃纤维材料、碳纤维材料和阿拉米德材料。其中，又以碳纤维材料CFRP最具代表性，其性能特点主要有以下几个方面：

（1）性能优良的物理力学：其抗拉强度为普通钢材的10倍以上，弹性模量相当于普通钢材的1.1～2.4倍；而且纤维片材重量轻，比重仅为钢材的1/4；厚度小，一般片材增强层厚度在0.1mm～0.2mm之间，因此基本上不增加结构截面尺寸和自重。

（2）现场施工方便：没有湿作业和明火施工，占用场地小，也无需大型施工机具，因此施工方便、工效高、施工质量容易得到保障。

（3）使用范围广：可用于梁、板、柱及桥梁、隧道、烟囱等多种结构的加固补强。特别是在曲面壳体和复杂节点的加固中，具有其它加固方式无法比拟的优势，与混凝土的有效接触面积可达100%。

（4）良好的耐久性和耐腐蚀、抗磁性等性能特点。

该材料技术始于上世纪80年代中期的土建结构加固。1991年欧洲首先用CFRP完成了国际第一座桥梁加固后，该项技术在世界上迅速推广，特别是在上世纪90年代中期日本阪神大地震后的重建过程中，该项技术得到大量的应用。

四、结语

目前，重大的任务是土建结构的加固改造。伴随建筑业的迅猛发展，其加固、维修、改造的应用领域和范围也逾广，各类全新的加固技术将取得长远发展。建筑结构的加固是建筑工程质量安全保障体系的重要组成部分。严格遵循规范要求是建筑工程加固的前提。