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如何給武漢結構加固?這些方法很重要! 

 

武漢結構加固是指對原有受力結構進行加固補強,從而滿足新的使用要求及安全性,并節約成本,減少投資。

武漢結構加固的發展歷史

興起

世界城市的發展已有5千多年,在今天的發達國家中,城市化的程度大多在70%-80%以上。據聯合國人居中心預測,到2050年,世界城市化水平將達到61%,21世紀將成為真正的城市化世紀。我國目前的城市化進程也已步入快速發展期,預計到2020年,我國的城市化水平將由現在的50%達到60%。

城市的蓬勃發展代表著人類文明取得的輝煌成就。然而隨著城市規模的擴大,人口的急劇增長,環境的破壞變得日益嚴重,自然恩賜給人類的資源日益匱乏,人們的生活條件和質量不斷惡化。

與此同時,建筑的過度集中和無序建設,使建筑與環境的矛盾日益突出??刂平ㄖ锏慕ㄔO數量與合理規劃成為現代建設者必須重視的問題,同時,提高現存建筑物的使用壽命及功能則成為當務之急的使命,完成這一使命的方法,便是對現存建筑物進行的修復與加固。

 

現狀

在歐美發達國家中,目前用于建筑加固改造的投資已占國家建筑業總投資的1/2以上,美國勞工部門在20世紀末的一項產業預測報告中曾經預言:建筑維修加固業將是21世紀最為熱門的行業之一。

我國自建國以來,特別是自上世紀70 年代末實行改革開放以后,各種房屋建筑以及城市設施數量急劇增加。據有關部門統計,目前我國現存的各種建(構)筑物的總面積至少在100億m2以上,其中絕大多數是混凝土及砌體結構建國初期建造的大量的工業與民用建筑,服役期大都超過50年,存在各種安全隱患。

一些新建成的工程項目中,由于勘察、設計和施工中的技術和管理問題,導致工程在建成初期就出現各種質量安全隱患。對于這些建筑物,如果不及時采取加固措施,就有可能導致重大的安全事故。為此,國家每年要投入大量資金用于建筑的加固修復,促進了建筑加固修復業的發展,形成了一個巨大的市場空間。

同時,一些現有建筑中,舊的結構設計在功能上不能滿足當前使用的需求,這也刺激了建筑加固修復專業的迅速發展。特別是隨著我國經濟發展和人民生活水平的不斷提高,近年來舊城改造幾乎成了各大、中城市的共同課題。這為建筑加固修復業帶來了空前的發展機遇。

 

前景

我國建筑市場巨大,當前土建結構的加固改造是我們面臨的一項意義重大的任務。隨著建筑業的蓬勃發展,建筑物的加固、維修、改造的應用領域和范圍也將越來越廣,各種新的加固技術必將不斷地涌現,結構的加固技術也必將取得更長足的發展。

武漢結構加固流程

武漢加固工作流程: 已有建筑物可靠性鑒定——加固(改造)方案的選擇——加固(改造)設計——加固工程的施工組織設計——施工——工程驗收

1.可靠性鑒定

可靠性鑒定是已有建筑物加固或改造工作的基礎。 必須全面了解建筑的結構性能及安全隱患(如材料強度、構造措施、裂縫、變形及使用條件等),并對結構的可靠性做出全面的評定。

2.鑒定的步驟如下:

(1)對建筑物進行宏觀調查。

(2)根據現狀及用戶的要求,確定鑒定的項目和內容。

(3)實地檢測,實地檢測的內容包括:結構形式,截面尺寸,受力狀況、計算簡圖、材料強度、變形(撓度)、裂縫、鋼筋的配置和構造、鋼筋銹蝕、混凝土碳化、地基沉降等。

(4)根據實測強度進行理論分析計算,確定結構的實際承載能力和耐久性等級。

(5)根據各分項指標及評定標準,得出建筑物的可靠性鑒定結論。

3.武漢加固方案的選擇

已有建筑物加固方案的選擇十分重要。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質量。 如,對于承載力不足而實際配筋已達超筋的結構構件,繼續在受拉區增配鋼筋是起不到加固作用的。合理的加固方案應達到下列要求:加固效果好,對使用功能影響小,技術可靠,施工簡便,經濟合理,外觀整齊。

4.武漢加固設計

武漢加固設計,包括被加固構件的承載力驗算、構造處理和繪制施工圖三部分。

三部分中對承載力計算,應特別注意新加部分與原結構構件的協同工作。一般來說,新加部分的應力滯后于原結構。

武漢加固結構的構造處理不僅應滿足新加構件自身的構造要求,還應考慮其與原結構構件的連接。做到新、舊構件共同受理工作。

5.施工組織設計

武漢加固工程的施工組織設計應充分考慮下列情況:

(1)施工現場狹窄、場地擁擠、場所的正常營業。

(2)受生產設備、管道和原有結構、構件的制約;

(3)須在不影響或盡量少影響使用的條件下進行加固施工;

(4)施工時,拆除和清理的工作量較大,施工需分段、分期進行。 由于加固工程的施工大多是在負荷或部分負荷的情況下進行,因此施工時的安全非常重要。其措施之一是:施工前,盡可能卸除一部分外載,并施加預應力頂撐,以減小原構件中的應力。

6.施工

武漢加固施工前,拆除或清理原有構件時,應特別注意觀察是否有與原檢測鑒定情況不符的地方。工程技術人員應親臨現場,隨時觀察有無意外情況發生。如有意外,應立即停止施工,并采

妥善的處理措施。施工時,應注意新舊構件結合部位的連接質量。

建筑物的加固施工應速戰速決,盡可能少地影響使用和避免發生意外。

7.工程驗收

武漢加固工程竣工后,應由使用單位或其主管部門組織專業技術人員,嚴格按照有關加固工程施工或驗收規范(規程)進行驗收。

 

武漢建筑結構加固原則

1.結構體系總體效應原則

盡管加固只需針對危險構件進行,但同時要考慮加固后對整體結構體系的影響。因此,在制定加固方案時,應對建筑物總體考慮。結構加固方案確定前,必須對已有結構進行檢查和可靠性鑒定分析,分析結構的受力現狀,為加固方案確定奠定基礎。

2.材料的選用和取值原則

原結構的材料強度應按規定取用,如原結構材料種類和性能與原設計一致,按原設計(或規范)值取用;當原結構無材料強度資料時,可通過實測評定材料強度等級,再按現行規范取值。

3.加固方案的優化原則

建筑結構加固方案的選擇應充分考慮已有結構實際現狀和加固后結構的受力特點,對建筑結構整體進行分析,保證加固后結構具有較高的安全性和可靠度。此外,要考慮綜合經濟指標、施工特點和技術水平,在加固方法的設計和施工組織上采取有效措施,減少對使用環境和相鄰建筑結構的影響,縮短施工周期。

 

武漢加固設計原則

1.混凝土結構的修復加固設計應由富有經驗的專業人士承擔

混凝土結構是否需要修復加固,應經結構可靠性鑒定,專家依據有關規范規程標準提出鑒定,鑒定意見書可作為混凝土結構加固設計的依據之一。

由于混凝土結構修復加固設計所面臨的不確定因素遠比新建工程多而復雜,況且還要考慮業主的種種要求,因此,承擔修復加固設計的人員除具有較強的結構理論、明晰的結構概念外,還應具備較為豐富的工程經驗才能夠全面系統地分析問題,提出較為合理的修復結構加固設計方案,實現修復加固的目的。

并不是一般的結構工程師都能做好加固設計,新建筑設計做的好的工程師,經過一定研究和工程實踐后才有可能做好加固設計。

2.修復加固設計應處理好構件與結構、局部與整體、臨時與較久的關系

當某些構件不滿足要求時必須進行加固,但結構體系的加固往往會被忽視,加固設計人員應從整個結構體系安全的角度考慮.當個別構件加固不影響整體結構體系的受力性能時,可進行局部加固;結構整體不滿足要求時,應對結構進行整體加固;臨時加固的要求可以適當降低一些?;炷两Y構的修復加固應在盡量少停產、不影響或少影響工作和生活的條件下進行。

3.修復加固的實施必須有科學的先后順序

通常應先治理后加固。由高溫、高濕、凍融、冷脆、腐蝕、振動、溫度應力、收縮應力、地基不均勻沉降等原因造成的結構損壞,在加固時,應采取有效的治理對策,從源頭上消除或限制其有害作用,正確確定加固處理時機,使之不致對加固后的結構重新造成損壞。

混凝土結構的修復加固一般應先卸載或部分卸載,卸載后按一定順序實施加固。一般而言,應先加固后拆除;先加固后開洞;先基礎后柱、梁和板;先重要構件,后次要構件,較后做好保護與防護。

4.加固設計還應注意復合混凝土結構的抗震能力,做好抗震加固設計

地震區的結構或構件加固,除應滿足承載力要求外,還應復核其抗震性能結構加固后不應存在因局部加強或剛度突變而形成新的薄弱部位,同時還應考慮結構剛度增大或變化而導致地震作用效應的增大或變化的影響。

在進行抗震加固設計時還注意以下一些問題:結構的剛度和強度的分布要均勻,避免出現新的薄弱層;豎向構件要連續,保證傳力途徑明晰與簡單直接;增強構件或加固原有構件,均要考慮減少整個結構扭轉效應的可能性;加強薄弱部位的抗震構造;要使結構的受力狀態更加合理,防止構件發生脆性破壞,消除不利于抗震的強梁弱柱、強構件弱節點等不良受力狀態;考慮建設場地的影響;加固后的結構要選擇地震反應小的結構體系;對原有的不合理結構體系、傳力途徑等應盡量進行改良。

5.采用成熟的結構修復加固改造方法與技術

在混凝土結構改造或修復加固設計時,要注意選用新材料、新工藝、應用成熟的新技術。應注意,必須采用經過正式鑒定的技術和產品,對于其它一些新產品和新技術應經過慎重研究和試驗確定可靠后方可采用。

6.消除被加固結構的應力、應變滯后現象

為適應被加固結構應力應變滯后現象,較為充分地發揮后加部分的潛力,加固結構所用鋼材,一般應選用比例極限變形較小的低強度(I、II級)鋼材。為提高二次組合結構結合面的粘結性能,保證新舊兩部分能整體工作共同受力,加固結構所用水泥及混凝土要求收縮性小、較好微膨脹、與原構件的粘結性好、早期強度高,對加固結構所用化學灌漿材料及膠粘劑,要求粘結強度高、可灌性好收縮性小、耐老化、無毒或低毒。

從受力情況分析,加固結構的新加部分,因應力、應變滯后而不能充分發揮其效能,尤其是當結構工作的應變應值較高時,受壓構件和受剪構件,往往會出現原結構與后加部分先后破壞的各個擊破現象,致使結構加固效果很不理想或根本不起作用,相反,加固時若進行卸荷,情況則不同,由于應力、應變滯后現象得以降低乃至消失。破壞時新舊兩部分就可同時進入各自的極限狀態,結構總的承載力可顯著提高。

卸荷加固承載力的計算,原則上仍按二次受力進行,但當卸荷達到一定程度,可近似簡化為按一次受力組合結構計算,特別是以鋼筋為主要承力的受拉、受彎及大偏心受壓構件。

卸荷可以是直接卸荷,也可以是間接卸荷。直接卸荷是全部或部分直接搬走作用于原結構上的可卸荷載;間接卸荷是用反向力施加于原結構,以抵消或降低原有作用效應。直接卸荷直觀、準確,但可卸荷載量有限,一般只限于活荷載;間接卸荷量值無限,甚至可以使作用效應出現負值,間接卸荷有楔升卸荷和頂升卸荷,前者以變形控制,后者以應力控制。預應力加固法與卸荷合二為一,是將結構所受荷載,通過預應力手段部分地轉移到新加結構上的一種方法。

7.加固設計與新建筑的結構設計有很大的不同,應區別對待

加固設計計算時,可考慮樓面活荷載的折減,鋼筋混凝土現澆板的梁,核算其受彎承載力時,跨中應考慮現澆板有效受壓翼緣寬度,跨中和梁端受壓區鋼筋的雙筋梁作用框架梁核算端部承載力和裂縫時的彎矩值應取柱邊值而不應取柱中值,各構件混凝土強度應按檢測的實測值換算為設計值取用,采用計算機軟件做整體內力分析后,必須對構件做局部驗算。

8.力求與施工單位進行配合

進行加固設計時,力求與承擔施工的單位進行配合,根據該施工單位的經驗和水平確定更合理的設計實施方案。如果在設計時不能確定施工單位,開工之前應就設計中的構造做法和施工要求與施工單位作交底和討論,必要時進行方案調整和修改設計,以確保工程質量和降低造價。

 

武漢加固方法

1.武漢鋼筋混凝土結構加固

鋼筋混凝土房屋結構體系和抗震承載力不滿足要求時,宜采用的加固方法

(1)單向框架應加固,或改為雙向框架,或采取加強樓、屋蓋整體性且同時增設抗震墻、抗震支撐等抗側力構件的措施。

(2)單跨框架不符合鑒定要求時,應在大于框架-抗震墻結構的抗震墻最大間距且不大于24m的間距內增設抗震墻、翼墻、抗震支撐等抗側力構件或將對應軸線的單跨框架改為多跨框架。

(3)框架梁柱配筋或承載力不符合鑒定要求時,可采用外包型鋼、增大截面法、粘鋼板或粘碳布等加固方法進行加固。

(4)框架柱軸壓比不符合鑒定要求時,可采用增大截面法進行加固。

(5)房屋剛度較弱、明顯不均勻或有明顯的扭轉效應時,可贈送鋼筋混凝土抗震墻或翼墻加固,也可設置支撐加固。

(6)鋼筋混凝土抗震墻配筋不符合鑒定要求時,可加厚原有墻體或增設端柱、墻體等。

(7)樓梯構件不符合鑒定要求時,可采用粘貼鋼板、碳布或增大截面法進行加固。

2.砌體結構加固

對可靠性不足或業主要求提高可靠度的砌體結構及其相關部分采取增強、局部更換或調整其內力等措施,使其具有現行設計規范及業主要求的安全性、耐久性和適用性。

具體加固方法

抗震承載力不滿足時,宜采用的加固方法

(1)拆砌或增設抗震墻

(2)修補和灌漿

(3)面層或板墻加固

(4)外加柱加固

(5)包角或鑲邊加固

(6)支撐或支架加固

整體性不滿足時,宜采用的加固方法

(1)當墻體布置在平面內不閉合時,可增設墻段或在開口處增設現澆鋼筋混凝土框形成閉合。

(2)當縱橫強連接較差時,可采用鋼拉桿、長錨桿、外加柱和外加圈梁等加固。

(3)樓、屋蓋構件支撐長度不滿足要求時,可增設托梁或采取增強樓、屋蓋整體性等的措施;對腐蝕變質的構件應更換;對無下弦的人字屋架應增設下弦拉桿。

(4)當構造柱或芯柱設置不符合鑒定要求時,應增設外加柱;當墻體采用雙面鋼筋網砂漿面層或鋼筋混凝土板墻加固,且在墻體交接處增設互相可靠拉結的配筋加強帶時,可不另設構造柱。

(5)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端加錨桿代替;當采用雙面鋼筋網砂漿面層或鋼筋混凝土板墻加固,且在上下兩端增設配筋加強帶時,可不另設圈梁。

(6)當預制樓、屋不滿足抗震鑒定要求時,可增設鋼筋混凝土現澆層或增設托梁加固樓、屋蓋。

薄弱易倒部位,宜采用的加固方法

(1)窗間墻寬度過小或抗震能力不滿足要求時,可增設鋼筋混凝土窗框或采用鋼筋網砂漿面層、板墻等方法加固。

(2)支撐大梁等的墻段抗震能力不滿足要求時,可增設砌體柱、組合柱、鋼筋混凝土柱或采用鋼筋網砂漿面層、板墻等方法加固。

(3)支撐懸挑構件的墻體不符合鑒定要求時,宜在懸挑構件端部增設鋼筋混凝土柱或砌體組合柱加固。

(4)隔墻無拉結或拉結不牢,可采用鑲邊、埋設鋼夾套、錨筋或鋼拉桿加固;當隔墻過長,過高時,可采用鋼筋網砂漿面層進行加固。

(5)出屋面的樓梯間、電梯間和水箱間不符合鑒定要求時,可采用面層或外加柱加固,其上部應與屋蓋構件有可靠連接,下部應與主體結構的加固措施相連。

(6)出屋面的煙囪、無拉結女兒墻、門臉等超過規定的高度時,宜拆除、降低高度或采用型鋼、鋼拉桿加固。

(7)懸挑構件的錨固長度不滿足要求時,可加拉桿或采取減少懸挑長度的措施。

3.武漢鋼結構加固

鋼結構加固的主要方法有:減輕荷載、改變結構計算圖形、加大原結構構件截面和連接強度、阻止裂紋擴展等。當有成熟經驗時,亦可采用其它加固方法。

改變結構計算圖形

改變結構計算圖形的加固方法是指采用改變荷載分布狀況、傳力途徑、節點性質和邊界條件,增設附加桿件和支撐、施加預應力、考慮空間協同工作等措施對結構進行加固的方法;

改變結構計算圖形的一般加固方法:

(1)對結構可采用下列增加結構或構件的剛度的方法進行加固:

A、增加支撐形成空間結構并按空間結構驗算;

B、加設支撐增加結構剛度,或者調整結構的自振頻率等以提高結構承載力和改善結構動力特性;

C、增設支撐或輔助桿件使結構的長細比減少以提高其穩定性;

D、在排架結構中重點加強某一列柱的剛度,使之承受大部分水平力,以減輕其它柱列負荷;

E、在塔架等結構中設置拉桿或適度張緊的拉索以加強結構的剛度。

(2)對受彎桿件可采用下列改變其截面內力的方法進行加固:

A、改變荷載的分布,例如將一個集中荷載轉化為多個集中荷載;

B、改變端部支承情況,例如變鉸接為鋼結;

C、增加中間支座或將簡支結構端部連接成為連續結構;

D、調整連續結構的支座位置;

E、將結構變為撐桿式結構;

F、施加預應力。

(3)對桁架可采取下列改變其桿件內力的方法進行加固:

A、增設撐桿變桁架為撐桿式結構;

B、加設預應力拉桿。

加大構件截面的加固

采用加大截面加固鋼構件時,所選截面形式應有利于加固技術要求并考慮已有缺陷和損傷的狀況。

連接的加固與加固件的連接

鋼結構連接方法,即焊縫、鉚釘、普通螺栓和高強度螺栓連接方法的選擇,應根據結構需要加固的原因、目的、受力狀況、構造及施工條件,并考慮結構原有的連接方法確定。

鋼結構加固一般宜采用焊縫連接、摩擦型高強度螺栓連接,有依據時亦可采用焊縫和摩擦型高強度螺栓的混合連接。當采用焊縫連接時,應采用經評定認可的焊接工藝及連接材料。

裂紋的修復與加固

結構因荷載反復作用及材料選擇、構造、制造、施工安裝不當等產生具有擴展性或脆斷傾向性裂紋損傷時,應設法修復。在修復前,必須分析產生裂紋的原因及其影響的嚴重性,有針對性地采取改善結構實際工作或進行加固的措施,對不宜采用修復加固的構件,應予拆除更換。

4.武漢木結構古建筑加固常用方法

古建筑主要使用木質材料,但是木質材料在長期載荷作用下,或者是長期受到風雨的洗禮,性能就會下降。木結構的破壞類型很多,常見的有開裂、糟朽以及拔燁等。對木結構進行加固主要從兩個方面進行:整體加固和構件加固。

整體加固

整體加固主要針對的是木結構梁架,加固方式主要有三種:

(1)支頂拔正。在不影響木結構整體框架的前提下:①進行的工作是支頂整體梁架,復位已經扭轉傾斜的構件;②進行的工作木結構的整體加固,同時更換和修補受到嚴重破壞的梁仿和科拱。這種方法主要應用于外閃較為嚴重的建筑物,并且大構件完好無損,只需要更換小構件。

(2)修整加固。修整加固是對木結構進行整體加固,并且保證不能夠對瓦頂和構架造成破壞。這種方法主要應用于沒有出現較大位移和變形較小的木結構。

(3)增大截面法

增大截面法主要用于受壓桿件的加固,也可用于受拉桿件的加固,這種方法既可以用于構件強度的補充也可以用于增加桿件的穩定性?,F在常用的增大截面法主要是用與原構件材料相同的木材進行加固,也可用鋼材和混凝土外包加固。

(4)增設鋼拉桿

增設鋼拉桿主要是用于屋架木制下弦的加固以及其他受拉構件的加固,其作用是利用鋼材抗拉強度高的特點部分或全部頂替受拉木構件的作用。鋼拉桿可以通長設置,亦可分段設置,通長設置亦應間隔一段距離設置U形箍起穩定作用。

(5)構件加固

常見的構件加固方法主要有兩種:鐵件加固和化學加固法。

(6)鐵件加固法。鐵件加固木結構主要使用扁鐵箍緊梁柱等構件,或者是牢固連接梁柱等節點。鐵件加固能夠有效提高木結構梁柱等構件的力學性能,原因在于使用的扁鐵能夠承擔構件應該承擔的部門拉力、壓力和剪力。該方法主要應用于梁柱裂縫較大的木結構。

(7)化學加固法?;瘜W加固法,簡而言之,就是在木結構上使用化學試劑,提高木結構力學性能的一種方法。在木結構中使用的化學試劑可以避免木結構遭受昆蟲以及細菌的侵害。

(8)碳纖維加固

使用碳纖維復合材是指碳纖維配合環氧樹脂結構膠的加固方法。使用碳纖維加固具有以下優點:材料強度高、體積小、重量輕,不增加構件尺寸、耐腐蝕、耐火性能好、安裝簡單、防水性能好。

 

 

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