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建筑结构维修加固改造的程序与原则

建筑结构的维修加固改造是指既有建筑在全寿命使用期内,在科学的检测鉴定基础上,采取合理的维修加固措施,或通过结构改造,以提高结构的安全性和耐久性,满足建筑物的正常使用功能,保证建筑节能与环保,延长建筑物安全使用寿命。其中既包括了对既有建筑达到设计使用年限后的加固,也包括了对既有建筑的性能维护,还包括部分新建筑的使用功能改造以及设计、施工造成的损害补救等等,对此开展研究,有利于落实党中央提出的科学发展观、建设节约型社会,符合建筑“四节”即节能、节地、节水、节材工作的要求。

1.建筑结构维修加固改造行业的发展前景

据初步统计,我国既有建筑物的总量(包括城镇房屋建筑、工业建筑等)约400多亿平方米。一些专家估计,约有30~50%的建筑物出现安全性失效或进入功能退化期,既有建筑物的加固是一新兴的学科与行业,具有令人瞩目的发展前景和潜力,上世纪末美国劳工部门预测,建筑维修加固改造业在21世纪仍是世界各国最受欢迎的九大行业之一。目前,美国维修加固改造现有建筑物的费用已高达近六万亿美元,1980年美国建筑维修改造工程已占其全部工程的三分之一。丹麦用于维修加固改造与新建工程投资比例为6:1。1983年,瑞典用于维修改造的投资占建筑业总投资的50%,中国比上述发达国家发展晚,同济大学朱伯龙教授预言:“对建筑业来说,21世纪将是建筑改造的世纪”。

随着人们生活水平的提高,对房屋建筑提出了更高的要求,土地是不可再生的资源,建设节约型社会不允许无限度地铺摊子占用大量耕地搞建设。旧城改造、旧建筑物的维修加固、拓展应用是城市建设的必然选择之一。通过对建筑物的加固改造来增层、扩建、改变用途,使旧建筑焕发新活力。工程中的缺陷可能源自于劣质的材料或施工中的疏忽,甚至是设计的错误、有害环境的侵蚀或混凝土等材料的老化,这些缺陷的处理需要结构维修和加固,对旧建筑不符合抗震设防要求的也需要进行结构的抗震加固。

作为新兴行业,其发展的障碍主要是技术储备不足而新手众多,迫切需要开展研究与实践工作,以提供可以借鉴的经验

2.建筑结构维修加固改造的程序

通过本课题的研究,结合不同工程实际,总结一般建筑结构维修加固的程序如下.按照科学的程序进行,可以保证建筑结构的维修加固改造不走弯路,避免漏项,制定合理的方案,取得较好的效益。

2.1 收集维修加固改造建筑结构相关资料

收集被维修加固改造建筑结构的相关资料,主要包括设计资料和施工资料、设计施工变更资料、建筑用材料资料、竣工和验收资料、使用过程的有关情况、发现的质量问题、业主新的使用要求等。

2.2 建筑结构和构件的质量鉴定、材料性能的检测

对建筑结构进行完损性和安全性鉴定,从而为维修加固改造提供依据。完损性主要是指建筑结构目前的破损状态,以外观检查为主;安全性主要是指构件和结构的安全程度,以内力分析和截面验算为主;在地震区,对旧建筑结构尚应进行抗震性能鉴定。 对结构或构件所用材料有怀疑时,应进行结构材料的有关性能检测,以获得材料的实际强度等性能的指标数据。

检测和鉴定应由具备相应资质的检测机构和鉴定单位完成,并出具检测报告和鉴定意见书,检测报告和鉴定意见书做为建筑结构维修加固改造的依据之一。

2.3 制定建筑结构维修加固改造的方案

制定建筑结构维修加固改造方案应综合考虑各种相关因素,主要依据是建筑结构的使用功能要求,有关的国家行业技术规范和标准,可能实施的维修加固改造施工条件等。

维修加固改造方案的制定是一项高技术的系统工作,应进行方案的对比和优化,选择产出投入比较高、简便易行、质量易于保证、环境效益较好的方案实施。

2.4 建筑结构维修加固改造的设计

根据建筑结构维修加固改造方案进行施工图设计,此时应注意的问题主要是新旧建筑结构的连接及协同工作,应考虑施工的可行性,尽量详细地提出施工注意事项和施工先后顺序。

2.5 建筑结构维修加固改造的施工

施工应由具备相应专项施工资质的队伍完成,施工前应制定详细的施工组织设计和安全措施,切实保证施工期间人员和建筑物的安全,在施工过程中发现与原设计不符情况和安全异常情况应及时通知业主和设计单位,采取处理措施。

2.6 建筑结构维修加固改造过程的质量监督和竣工验收

施工过程应委托有相关经验的监理单位进行监理,设计人员也应经常去施工现场了解施工情况,解决施工中存在的问题,并参加相关部位的分部分项验收和竣工验收,对重要工程或工程的关键重要部位应在加固施工完成后进行一些现场检测。

竣工后应提醒业主定期对加固改造部位检查工作状态,第一次检查时间不大于10年。平时使用过程中若发现异常情况及时采取措施。

3.建筑结构维修加固改造设计的基本原则

3.1 建筑结构的维修加固改造设计应由专业人士承担

建筑结构是否需要加固,应经结构可靠性鉴定,专家依据有关规范规程标准提出鉴定意见书。鉴定意见书可以做为结构维修加固改造设计的依据之一。由于建筑结构加固设计所面临的不确定因素远比新建工程多而复杂,况且还要考虑业主的种种要求,因此,承担维修加固改造设计的人员除具有较强的结构理论、明晰的结构概念外,还应具备较为丰富的工程经验才能够全面系统地分析问题,提出较为合理的结构加固设计方案。

3.2 维修加固改造设计应处理好构件与结构、局部与整体、临时与永久的关系

当某些构件不满足要求时必须进行加固,但结构体系的加固往往会被忽视,加固设计人员应从整个结构体系安全的角度来考虑。当个别构件加固不影响整体结构体系的受力性能时,

可进行局部加固;结构整体不满足要求时,应对结构进行整体加固。临时加固的要求可以适当降低一些。

一般而言,结构经局部加固或部分构件加固后,并不意味着该结构整体承载能力就一定提高或是安全的,其安全性还取决于原结构方案及其布置是否合理、构件之间的连接是否可靠、原有的构造措施是否得当与有效等,这些就是结构整体性或结构整体牢固性的内涵,因此,结构工程师在承担混凝土结构的加固设计时,应对结构的整体性进行检查与评估,以研究是否需作相应的加强,而不能仅仅关注结构的局部或部分构件。

建筑结构的维修加固改造应尽量少停产,在不影响或少影响工作和生活的条件下进行。尽量保留原有结构的构件,减少拆除的工作量,保留的部分应有足够的安全性和耐久性,并具有利用价值。加固设计时应考虑施工场地、各种管线、相邻建筑、相邻道路等的影响,考虑施工的可行性与方便。

3.3 维修加固改造的实施必须有科学的先后顺序

通常应先治理后加固,由高温、高湿、冻融、冷脆、腐蚀、振动、温度应力、收缩应力、地基不均匀沉降等原因造成的结构损坏,在加固时,应采取有效的治理对策,从源头上消除或限制其有害作用,正确确定加固处理时机,使之不致对加固后的结构重新造成损坏。

结构加固一般应先卸载或部分卸载,卸载后按一定顺序实施加固。一般而言,应先加固后拆除;先加固后开洞;先基础后柱、梁和板;先重要构件,后次要构件,最后做好保护与防护。

3.4 加固改造设计还应注意复核建筑结构的抗震能力,做好抗震加固设计

地震区的结构构件加固,除应满足承载力要求外,还应复核其抗震性能。结构加固后不应存在因局部加强或刚度突变而形成新的薄弱部位,同时还应考虑结构刚度增大或变化而导致地震作用效应增大或变化的影响。

在进行抗震加固设计时还注意以下一些问题:结构的刚度和强度的分布要均匀,避免出现新的薄弱层;竖向构件要连续,保证传力途径明晰;增加构件或加固原有构件,均要考虑减少整个结构扭转效应的可能性;加强薄弱部位的抗震构造;要使结构的受力状态更加合理,防止构件发生脆性破坏,消除不利于抗震的强梁弱柱、强构件弱节点等不良受力状态;考虑建设场地的影响,加固后的结构要选择地震反应力小的结构体系;对原有的不合理结构体系、

传力途径等应尽量进行改良。

3.5 应采用成熟的结构维修加固改造技术,这些技术也正是本课题组研究的主要内容

在结构加固改造设计时,要注意选用新材料、新工艺、应用成熟的新技术。但此时应注意,要采用经过正式鉴定的技术和产品,并根据具体情况确定采用新技术的可行性;

对于其它一些新产品和新技术应经过慎重研究和试验确定可靠后方可采用。

加固方法的选择应根据可靠性鉴定结果,结构功能降低及加固原因(如完好情况下的加固及受损状态下的加固)结合结构特点、当地具体条件、新的功能要求等,并按加固效果可靠、施工简便、经济合理原则,综合分析确定。特别注意,静力加固必须考虑结构的二次受力问题,加固重点侧重于承载力的提高;抗震加固一般不考虑二次受力,加固重点侧重于结构的延性和整体性。

3.6 消除加固结构的应力、应变滞后现象

为适应加固结构应力应变滞后现象而较为充分地发挥后加部分的潜力,加固结构所用钢材,一般应选用比例极限变形较小的低强度(I、II级)钢材;为提高二次组合结构结合面的粘结性能,保证新旧两部分能整体工作共同受力,加固结构所用水泥及混凝土要求收缩性小, 最好微膨胀,与原构件的粘结性好,早期强度高。对加固结构所用化学灌浆材料及胶粘剂,要求粘结强度高,可灌性好收缩性小,耐老化,无毒或低毒。

加固结构的新加部分,因应力、应变滞后而不能充分发挥其效能,尤其是当结构工作的应变应力值较高时,对于受压构件和受剪构件,往往会出现原结构与后加部分先后破坏的各个击破现象,致使结构加固效果很不理想或根本不起作用,相反,加固时若进行卸荷,情况则不同。卸载加固,由于应力、应变滞后现象得以降低乃至消失,破坏时新旧两部分就可同时进入各自的极限状态,结构总的承载力可显著提高。

卸荷加固结构的截面承载力计算,原则上仍按二次受力结构进行,但当卸荷达到一定程度,可近似简化按一次受力组合结构计算,特别是以钢筋为主要承力的受拉、受弯及大偏心受压构件。

卸荷可以是直接卸荷,也可以是间接卸荷。直接卸荷,是全部或部分地直接搬走作用于原结构上的可卸荷载;间接卸荷,用反向力施加于原结构,以抵消或降低原有作用效应。直接卸荷直观、准确,但可卸荷载量有限,一般只限于活荷载;间接卸荷量值无限,甚至可以使作用效应出现负值。间接卸荷有楔升卸荷和顶升卸荷,前者以变形控制,后者以力控制。预应力加固法与卸荷合而为一,是将结构所受荷载,通过预应力手段部分地转移到新加结构的一种方法。

4.国际《混凝土结构加固设计规范》GB50367—2013的主要内容

4.1 国家工程建筑标准化协会于1990年发布了协会标准《混凝土结构加固技术规范》CECS25:90(以下称旧规范),该规范执行了十多年,对我国混凝土结构的加固设计与施工起到了很好的技术指导作用,促进了混凝土结构加固技术的发展。在此基础上,国家建设部把旧规范经过修订,扩充新内容,上升为国家标准GB50367—2013(以下称新规范)并于2013年起执行。

4.2 新规范提出了七种加固方法和三种配套使用的加固技术,分别是“加大截面加固法”、“置换混凝土加固法”、“外加预应力加固法”、“外粘型钢加固法”、“粘贴纤维复合材料加固法”、“粘贴钢板加固法”、“增设支点加固法”、和“植筋技术、锚栓技术、裂缝修补技术”。

另在附录中还推荐了“钢丝绳网片-聚合物砂浆加层加固法”、“绕丝加固法”两种加固方法和“已有混凝土结构钢筋阻锈方法”一种加固技术。

4.3 新规范进一步明确了加固设计一般规定、设计计算原则以及加固方法及配套使用的技术。特别应该强调的是:混凝土结构加固设计的使用年限应由业主和设计单位共同商定,一般情况下宜按30年考虑。使用胶粘方法或掺有聚合物加固的结构、构件,应定期检查其工作状态。

来源:本站   编辑:普通管理员
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