基于結構設計的民用建筑加固改造
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摘要：本文針對民用建筑的特點，在綜合考慮結構設計與加固改造的基礎上，討論了對民用建筑進行加固改造應遵循的原則，并探討了進行加固改造的步驟、方法以及應注意的問題等。
關鍵詞：民用建筑；加固改造；結構設計
民用建筑是一種特殊的商品，使用壽命長達幾十年之久，甚至能夠長久的保存下去。隨著社會的發展，人們對民用建筑的功能要求也逐漸發生變化，因此對民用建筑的加固改造項目逐年增加。目前，我國的建筑業已經向民用建筑的加固改造傾斜，新建與維修改造并重，建設的重點已經逐漸向建筑物的改造、維修、加固方面轉移。對于民用建筑的改造，有的是改變其使用功能，有的則是改變其外裝修以跟進潮流滿足城市規劃和人們生活新要求，而更多的則是因由于使用年限已到而存在質量隱患。
一、民用建筑結構加固改造的特點和原則
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對民用建筑結構的加固改造，比新建工程還要復雜，這是由于民用建筑結構加固改造的施工和設計方案有其特殊性。首先，加固改造方案受客觀條件的制約，必須針對已建的民用建筑的結構等具體條件來進行結構加固改造設計和施工；其次，加固改造工程要求工期短，施工速度要快，要盡量在少停產甚至是在不停產的條件下施工；第三，民用建筑結構加固改造的施工現場往往比較狹窄，大型的施工機械常常受管道、生產設備以及原有構件、結構等制約而難以發揮其作用；第四，對民用建筑結構的加固改造施工階段往往會受到各種干擾而中斷，導致施工要分期分段進行；第五，加固改造工程復雜而繁瑣，常常會因為拆除以及清理工作巨大而存在許多不安全因素。
（二）民用建筑結構加固改造的原則
對于民用建筑結構的加固和改造，從總體要遵循先整體后局部的原則，具體來說，應重點遵循以下兩個原則
?。?）總體效應的原則。在對民用建筑物制定加固改造方案時，我們不僅要考慮委托方提出的加固改造的內容，更要考慮建筑物在加固改造后的總體效應以及可靠性鑒定結論，要盡最大可能使加固改造措施能夠發揮綜合效應，提高加固改造的效率，確保整個建筑物結構體系的安全。在結構加固改造方案確定之前，要全面了解民用建筑物原有的結構材料和結構體系，全面了解已有的結構構造和體系、材料性能以及結構存在的缺陷、損傷等結構信息。分析需改造加固的民用建筑物結構現有的持力水平和受力現狀，為加固改造方案的確定奠定基礎。總而言之，應根據需改造的民用建筑物結構特點、材料情況、施工條件以及使用要求等綜合考慮進行加固改造設計。
?。?）承載力驗算原則。在承載力驗算時，常常根據結構的實際尺寸和實際受力狀況來確定結構的計算簡圖。構件的有效截面面積應考慮結構的缺陷、損傷、銹蝕等各種不利因素的影響，即應采用實際的有效截面面積。驗算時不僅要考慮實際荷載的結構變形、偏心、局部損傷以及溫度作用等造成的附加內力，而且還要考慮原結構與加固部分協同工作的程度，以及結構在加固時的實際受力程度及加固部分的應力滯后特點，并對加固部分的材料強度設計值進行適當的折減。
二、民用建筑加固改造的步驟
對民用建筑的結構加固改造，要遵循改造鑒定的標準，并以我國現有的這方面的規范規程為依據，按照一定的步驟逐步進行。
目前，對民用建筑物的改造鑒定的標準和依據主要有：《建筑抗震設計規范》《建筑結構荷載規范》《混凝土結構設計規范》《鋼結構設計規范》《砌體結構設計規范》《混凝土結構加固技術規程》《鋼結構加固技術規程》《多層磚房結構加層技術規范》等。
對民用建筑的加固改造，主要遵循以下步驟：首先，收集資料。要調查了解加固改造項目的現狀，包括設計圖紙、竣工資料、使用維護日志、使用環境等;接著要準備需要加固改造的內容，如使用功能、條件等；其次，現場調查、測試。在施工現場收集需改造加固的民用建筑的材料資料和建筑結構資料；第三，根據項目的實際情況和要求加固改造方案進行結構驗算分析，以及進行相應的構件或模型試驗，對加固改造方案進行驗證；最后，由于加固改造項目一般由具備相應資質并有經驗的單位來施工完成，在這期間，設計、監理單位應嚴格審查施工方案，并配合相關部門做好質檢工作。
三、民用建筑結構加固改造的方法
民用建筑加固改造的方法很多，在此列舉比較典型的幾種做介紹。
（一）混凝土結構加固改造。
(1)加大截面法。特點:采用原結構材料加大構件截面以提高承載立。使用范圍:梁、柱、板、墻等一般構件。
(2)外包鋼加固法。特點:在混凝土構件四周包以型鋼使其與混凝土協同工作,提高承載力。做法有干式和濕式兩種。使用范圍:構件截面增大受限制或需要大幅度提高承載力。當采用化學灌漿外包鋼時, 型鋼表面溫度不應高于60℃,當環境具有腐蝕性介質時還應有可靠的防護措施。
(3)預應力加固法。特點:采用預應力的鋼拉桿或撐桿對原結構進行加固, 使原結構承受的荷載部分轉移到加固結構上。使用范圍: 可有效提高承載力、剛度和抗裂性。同時加固占用空間小,主要適用于梁、板、屋架等。不適用于溫度高于60℃的環境和混凝土收縮徐變大的結構。
(4)增設支點法。特點:增加支點以減少構件的計算長度和變形,提高承載力。有剛性和彈性支點兩類。使用范圍:適用于凈空不受限的梁、板、桁架等。
(5)粘貼鋼板法。特點:在混凝土表面粘貼鋼板以提高承載力。使用范圍:適用于受彎、受拉構件(梁、板)。不適用于溫度高于60℃的環境,當環境具有腐蝕性介質時還應有可靠的防護措施。
(6)繞絲法。特點:在混凝土構件四周包以鋼絲使其與混凝土協同工作,提高承載力。使用范圍: 適用于混凝土結構構件斜截面承載力不足的加固, 或需對受壓構件施加橫向約束力的場合。
(7)碳纖維織物加固。特點:在混凝土表面粘貼碳纖維織物以提高承載力。使用范圍:除具有粘貼鋼板相似的優點外, 還具有耐腐蝕、耐潮濕、幾乎不增加結構自重、耐用、維護費用較低等優點, 但需要專門的防火處理。
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(1)對于磚砌體,主要問題可能是磚砌體承載力和穩定性不足, 主要加固方法是扶壁柱法和鋼筋網水泥法。
(2)磚柱對應的加固方法主要有增大截面法和外包型鋼法。磚砌體結構中常見的裂縫需要根據情況具體分析處理。由于溫度原因造成的裂縫,可采取填縫封閉和加筋錨固方法;對裂縫較細又數量較多的, 待裂縫發展穩定后可采用灌漿補強的方法; 而由于結構原因造成的裂縫則需先對承載力或穩定性不足的問題進行加固處理后再處理裂縫問題。
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(1)改變結構計算簡圖的加固方式。如:增加支撐系統變一榀一榀的排架結構為空間結構; 增設支撐改變構件長細比以提高穩定性和承載力;變鉸接為剛接增加約束,減少構件計算長度等。
(2)加大構件截面的加固方式。鋼梁和鋼柱均可采用焊接或高強度螺栓連接來實施加固。需注意是在負荷狀態下的加固計算。在綜合考慮施工條件、加固構件應力重分布時的應力滯后情況以及焊接加固帶來的殘余應力和變形對加固折減系數K (軸心受力的實腹構件:K=0.8;偏心受力和受彎構件以及格構式構件:K=0.9)
四、民用建筑加固改造中應注意的問題
在加固改造工程中界面處理好壞,將直接影響加固設計效果,如果出現空鼓、脫落、“兩層皮”等質量問題,這將關系到結構改造的安全性問題。為此設計的構造措施、施工過程中應對此加以重視, 適當增大安全儲備。針對新舊混凝土、新加混凝土與舊磚墻等不同界面,采用植筋、增設暗銷或抗剪件、結構膠等系列界面處理技術,務必使加固面結合接觸緊密,達到設計要求。加固改造工程中屋頂改造、加層等往往會加大基礎荷載,在設計時應根據實際情況對地基基礎采取加固措施,注意減輕構件自重和調整受力體系。對于增加荷載不大的情況可考慮利用
剩余的地基容許承載力。事實上地基在長期荷載作用下,其容許承載力相應也會提高。根據相關資料,提高系數K可依據改造前后基底應力之比(p1/p2)參考選用。
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