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　　摘要：改造工程具有節約投資,短期收效的優點，已發展成了一項新興產業。本文從混凝土結構和砌體結構的加固原因、加固設計原則等方面分析了加固設計應注意的問題，同時針對不同的改造目的、受力體系、結構自身的損傷及缺陷情況提出了混凝土結構和砌體結構的不同加固方法和使用范圍，分析了每種加固方法需要注意的事項及相應特點。

　　關鍵詞：優化設計,加固,混凝土結構,砌體結構

　　0概述

　　隨著我國經濟的迅猛發展，許多原有建筑已不能滿足現在的使用功能要求，于是舊房改造工程愈來愈多，已發展成了一項新興產業。已建鋼筋混凝土結構和砌體結構由于種種原因需要加固，以保證其使用安全，延長使用年限或者改變使用用途。合理選擇加固方案是關鍵，加固方案的優劣，不僅影響資金的投入，更重要的是影響加固工程的質量。對于需要加固的結構，由于結構的構成(包括結構型式、結構布置、構件的尺寸及連接構造等)、材料(包括材料組成、力學性能等)、結構的損傷及缺陷(、包括程度、原因和范圍等)和作用歷史情況及結構上的作用等因素的影響，所用的加固方案就不能一概而論，所以針對不同的工程采用較合理的加固方案一直是工程人員所努力的。因而對加固方案進行優化設計就顯得尤為重要。

　　1．加固原因

　　已建成的房屋結構常由于下述原因出現損傷、缺陷或隱含不安全因素，往往不能滿足結構安全性，適用性、耐久性的要求，需要進行鑒定和加固：①結構設計有人為錯誤或材料選擇不當，使結構建成后，發現有不安全隱患；②未嚴格控制施工質量，出現裂縫等損傷、缺陷；③結構長期受環境作用，使用、維護不當，結構性能老化或出現損傷；④結構變更使用性能，如加層、使用荷載發生改變等；⑤重要結構的超期服役。對于具有文物價值的工程需要通過加固盡可年能延長其壽命。⑥結構遭受突然災害，如火災、風災、震災、爆炸等。只有確定結構加固的原因，才能對癥下藥進行相應的加固設計。

　　2．加固設計原則

　　在現有結構的維修、加固設計中，首先應保證原有結構的性能得到有效的改善和提高，滿足可靠度要求，同時還應考慮施工條件、施工工期、使用要求、加固成本等因素，設計步驟一般包括問題分析、方案擬定、可行性論證、加固后的力學分析和校核、詳細設計等。為了使結構的維修加固最終取得良好的綜合效益，設計中應遵守以下原則：

　　2.1加固方案制定的總體效應原則

　　在制定建筑物的加固方案時，除考慮可靠性鑒定結論和委托方提出的加固內容及項目外，還應考慮加固后建筑物的總體效應，盡可能使加固措施發揮綜合效應，同時還應注意盡可能減小設計方案的負面效應，充分考慮加固措施對結構體系、未加固構件、地基等可能造成的不利影響。

　　2.2荷載設計原則

　　對加固結構承受的荷載，應作實地調查和取值。一般情況下，建筑物一經鑒定確定需要加固，則加固驗算應按現行的《建筑結構荷載規范》(GB50009—2012)規定取值。對于現行的《建筑結構荷荷載規范》(GB50009—2012)中規定的永久荷載，可根據情況進行抽樣實測確定。對于工藝荷載和吊車荷載等，應根據使用單位提供的數據取值。

　　2.3承載力驗算原則

　　在承載力驗算時，結構的計算簡圖應根據結構實際受力狀況和結構的實際尺寸確定。構件的截面面積應采用實際有效截面面積，即應考慮結構的損傷、缺陷、銹蝕等不利影響。驗算時，應考慮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，以及加固部分與原結構協同工作的程度，并對加固部分的材料強度設計值進行適當的折減；還應考慮實際荷載偏心、結構變形、局部損傷、溫度作用等造成的附加內力。當折減后使結構的重量增大時，尚應對相關結構及建筑物的基礎進行驗算。

　　2.4與抗震設防結合的原則

　　我國是一個多地震的國家，為了使建筑物遇地震時具有相應的安全儲備，制定承載能力和耐久性加固、處理方案時，應與抗震加固方案結合提出。

　　2.5其他原則

　　結構的加固應綜合考慮其經濟性，盡量不損傷原結構，并保留其有利用價值的結構構件，發揮原結構的潛力，避免不必要的構件拆除或更換；盡可能減小對建筑物使用功能的影響。對于民用建筑，應盡可能避免降低房屋的凈高，縮小使用空間，影響房屋的采光、通風、保溫隔熱等性能；對于工業建筑，盡可能避免對生產工藝、生產流程、物料運輸等造成的不利影響。

　　3現有常用加固方法的適用范圍和特點

　　房屋結構加固方法多種多樣，既有使用已久的傳統方法，也有才開發出來的新型加固技術。這里總結分析了在當前加固實踐中應用最為廣泛、最為成熟的一些加固方法。

　　3.1混凝土結構改造加固方法

　　3.1.1加大截面加固法

　　加大截面法，也稱為外包混凝土加固法，是用增大混凝土結構或構筑物的截面面積和配筋進行加固的一種方法。它可以提高被加固構件的承載能力，還可加大其截面剛度、穩定性和抗裂性，使正常使用階段的性能在某種程度上得到改善。這種加固方法廣泛用于加固混凝土結構中的梁、板、柱、屋架等。該方法的優點是工藝簡單，技術要求不高，適用面廣。

　　3.1.2外包鋼加固法

　　外包鋼加固法是一種在混凝土結構構件四周包以型鋼進行加固的方法，分干式外包鋼和濕式外包鋼兩種形式。這種方法適用于使用上不允許過大地增大構件截面尺寸，而又需要大幅度提高承載力、增大延性和剛度的混凝土結構的加固。一般用于混凝土柱、梁、屋架，特別是大型結構和大跨度結構的加固。該方法的優點是施工方便，現場工作量少，工期短，受力可靠，對房屋外觀和凈空影響小。

　　3.1.3預應力加固法

　　預應力加固法是采用外加預應力的鋼拉桿(分水平拉桿、下撐式拉桿和組合式拉桿)或型鋼撐桿，對結構進行加固的方法，適用于要求提高承載力、剛度和抗裂性及加固后所占用空間小的混凝土承重結構。該法特別適用于高應力狀態下的結構，尤其是大型結構的加固。預應力加固法幾乎可不縮小使用空間，不僅可提高構件的承載力，而且可減小原構件的撓度，縮小原構件的裂縫寬度甚至可使裂縫完全閉合。所施加的孔、應力能消除或減緩后加桿件的應力滯后現象，使后加桿件的材料強度得到充分利用。預應力加固法是一種加固效果好而經濟的加固方法，并且可以基本不影響正常的生產生活。

　　3.1.4改變結構傳力途徑加固法

　　改變結構傳力途徑加固法是通過增設支點(柱或托架)或采用托梁拔柱的辦法去改變結構的受力體系(即計算簡圖)的加固方法。增設支點可以減少結構構件的計算跨度，降低計算彎矩，大幅度提高結構構件的承載力，減小撓度，縮小裂縫寬度。該法適用于梁、板、析架等水平構件的加固，其施工簡單、受力可靠，但較多地影響了使用空間。

　　3.1.5外部粘鋼加固法

　　外部粘鋼加固法是一種用膠粘劑把鋼板粘貼在構件外部，以提高承載力的加固方法。該方法的優點是被加固構件基本不受損傷，可以充分發揮原構件的作用；加固后幾乎不改變構件的外形且不影響建筑功能；施工關鍵工序較多，施工工期短。

　　3.1.6外部粘碳纖維布加固法

　　外部粘碳纖維布加固法一種用膠粘劑把碳纖維布粘貼在構件外部，以提高承載力加固方法，適用于各種受力性質的混凝土結構構件和一般構筑物。該方法具有粘貼鋼板相似的優點外，還具有耐化學腐蝕、耐久性好、維護費用較低等優點，施工質量易保證，即使被加固的結構表面不是非常平整也基本可以達到很高的有效粘貼率。

　　以上各加固方法各有其優缺點和適用范圍，不能簡單地評定其優劣，應根據具體情況予以靈活的應用。

　　3.2砌體結構改造加固方法

　　3.2.1墻體承載力不足時的加固方法

　　3.2.1.1墻體置換法

　　對強度過低的原墻體可拆除重砌；重砌的材料可采用磚或砌塊，也可采用現澆鋼筋混凝土。墻體拆除要制定墻體拆除方案，應對原構件加以有效的支頂，拆除時保證保留的墻端為馬牙槎形，新砌的墻與原墻馬牙槎砌成一個整體。

　　3.2.1.2砌體裂縫修補和灌漿法

　　在進行裂縫修補前，應根據砌體構件的受力狀態和裂縫的特征等因素，確定造成砌體裂縫的原因，以便有針對性地進行裂縫修補或采用相應的加固措施。

　　3.2.1.3面層和板墻加固法

　　面層和板墻加固是指在墻體的一側或兩側采用水泥砂漿面層、鋼筋網砂漿面層或現澆鋼筋混凝土板墻加固。這種方法不僅可用于加固抗壓承載力不足的砌體，還可以用于加固抗震能力不足的砌體。

　　3.2.2.結構整體性和抗震性不能滿足要求時的加固方法

　　3.2.2.1外加柱加固法

　　改造工程中橫墻的抗震能力不足時，采用外加鋼筋混凝土柱是個較好的加固方法。外加柱一般布置在內外橫墻交接處、房屋四角、樓梯間和不規則平面的轉角處；外加柱應由底層設起，并應沿房屋高度貫通，不得錯位。

　　3.2.2.2增設砌體抗震墻加固法

　　當增設砌體抗震墻加固房屋時，抗震墻的材料和構造應符合下列要求：砌筑砂漿的強度等級應比原墻體的砂漿強度等級高一級，且不應低于M2.5；墻厚不應小于190mm；墻體中沿墻體高度每隔0.7~1.0m可設置與墻等寬的細石混凝土現澆帶，其縱向鋼筋可采用3φ6，橫向系筋可采用φ6，其間距宜為200mm；當墻厚為240mm或370mm時，可沿墻體高度每隔300~700mm設置一層焊接鋼筋網片，鋼筋網片的縱向鋼筋可采用3φ4，橫向系筋可采用φ4，其間距宜為150mm；墻頂應設置與墻等寬的現澆鋼筋混凝土壓頂梁，并與樓、屋蓋的梁（板）可靠連接，可每隔500~700mm設置12的錨筋或M12的脹管螺栓連接；壓頂梁高不應小于120mm，縱筋可采用4φ12，箍筋可采用φ6，其間距宜為150mm；抗震墻應與原有墻體可靠連接，可沿墻體高度每隔500~600mm設置2根直徑為6mm且長度不小于1m的鋼筋與原有墻體用螺栓或錨筋連接；當墻體內有混凝土帶或鋼筋網片時，可在相應位置處加2根直徑12mm拉筋，錨入混凝土帶內長度不宜小于500mm，另一端錨在原墻體或外加柱內，亦可在新砌墻與原墻間加現澆鋼筋混凝土內柱，柱頂與壓頂梁連接，柱與原墻應采用錨筋、銷鍵或螺栓連接；抗震墻應設基礎，基礎埋深宜與相鄰抗震墻相同，寬度不應小于計算確定的寬度的1.15倍。

　　3.2.2.3增設圈梁、鋼拉桿加固法

　　當圈梁設置不符合鑒定要求時，應增設圈梁；外墻圈梁宜采用現澆鋼筋混凝土，內墻圈梁可用鋼拉桿或在進深梁端加錨桿代替。

　　4結構加固方案的優選

　　結構加固方案優選的目的在于從眾多初步可行方案中選擇出一個最佳加固方案。為達到這一目的，應該實現結構加固所要求的一系列目標，這些基本目標可概括為：技術可行、效果可靠、經濟合理、施工簡便和確保質量的要求。為實現這些基本目標，應分析與之相關的基本要素，把基本目標分解為一些具體的期待達到的結果。結合結構加固的特點和技術要求，具體分析基本目標的影響因素，可概括出影響結構加固方案選擇的影響因素如下所示。

　　4.1結構加固方案的效果可靠性主要是分析加固方案所達到的加固效果是否能滿足要求。每一種加固方案都有其一定的適用范圍，以滿足某種加固需要，其適用范圍主要是由可靠性鑒定結果、結構功能降低情況及其它加固原因，結合結構特點、當地具體條件，尤其是對加固后結構的功能要求來決定的。所以，為保證加固方案效果可靠，就必須要求加固方案達到如下目標：采用該加固方案滿足加固后結構的功能要求，包括強度、剛度、穩定性等:該加固方案能否適應新、舊結構的協調工作要求:該方案能否盡量少地對原構件產生不利影響。

　　4.2結構加固方案的經濟合理性主要是指所采用的結構加固方案的造價和工期應該在滿足加固效果可靠的前提下，能夠做到造價低、工期合適。同時，加固設計應盡量保留和利用有價值的原結構，避免不必要的拆除。因此，其子目標為造價低、工期合理，對原結構的利用程度好和加固后可能花費的維修費用少。

　　4.3結構加固方案的技術可行性指以下幾個方面：所采用的加固方案是否技術先進；所選方案經過了豐富的工程實踐檢驗，證明其技術是成熟的；所選加固方案與被加固結構、構件的特點相適應；所選加固方案與導致結構加固的原因相適應；所選結構加固方案應與結構所在地的具體條件相適應。

　　4.4結構加固方案的施工是否簡單方便取決于三方面的制約因素：結構加固方案本身的技術復雜程度；客觀條件的制約；施工單位水平的高低。眾所周知，由于不同加固方案所采用的施工方法、施工程序、施工設備等不一樣，其施工的難易程度顯然不同。而結構加固施工場地條件的區別、結構類型的不同對施工的進展也有明顯的影響。

　　4.5所采用的結構加固方案應能避免或盡量少地對周圍結構、構件產生不利影響，包括引起其內力、剛度的不利變化，可把之視為不產生不利的整體效應(把相鄰的結構、構件看作一種環境)。

　　按照以上的討論，本文明確了結構加固方案優選的總目標、分目標和子目標，它們構成了層次分明、次序明確的目標樹。

　　5小結

　　目前，在房屋結構加固設計中，對于加固方案的選擇，主要是依靠專業人員的經驗進行決策，因而不免帶有一定的主觀性，而且由于加固設計涉及到新、舊兩類材料，受到多種因素、條件的影響，要使加固后結構的綜合效應最佳是非常困難的。目前對于建筑物加固方案優化問題，沒有完整的理論著述。還需要從理論上進行針對性的系統研究，從工程上進行大量的實踐，建立更加完善的優化模型，結合計算智能技術，使建筑物加固方案優化走上智能化的道路。

　　參考文獻

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