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建筑結(jié)構(gòu)需要加固的原因有很多種,主要是由于結(jié)構(gòu)的承載力、剛度、抗震性能等不能滿足安全使用的需要。雖然建筑結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)階段都經(jīng)過嚴(yán)格計(jì)算,建筑結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、耐久性肯定是滿足規(guī)范要求。但是由于施工缺陷、或者設(shè)計(jì)考慮不周全、現(xiàn)行設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)提高等原因,造成建筑結(jié)構(gòu)的承載力不足,安全儲備降低,有的甚至產(chǎn)生一些安全隱患;建筑物在使用過程中,其使用功能可能產(chǎn)生改變,從而導(dǎo)致現(xiàn)在的荷載分布與設(shè)計(jì)不相符,從而導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度不能滿足使用功能的要求;遭受地震、火災(zāi)、洪水、冰雪、狂風(fēng)等自然災(zāi)害的摧殘,造成建筑結(jié)構(gòu)不同程度的損壞;建筑物長時間的使用,部分建筑材料老化、一些質(zhì)量通病的擴(kuò)展,從而導(dǎo)致了結(jié)構(gòu)的承載力下降等。這些,都是造成建筑結(jié)構(gòu)需要加固的因素。
一、根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)加固方式及其加固補(bǔ)強(qiáng)的作用,混凝土結(jié)構(gòu)的加固補(bǔ)強(qiáng)方法可以分為直接加固法與間接加固法。直接加固法包括加大截面法、外層包鋼法、增加預(yù)應(yīng)力法、外貼鋼板法等;間接加固法包括增加支點(diǎn)法、增加支撐體系法、剪力墻加固法等。
1 加大截面加固法
顧名思義,加大截面法就是在混凝土構(gòu)件的四周再包筑一層混凝土,增大結(jié)構(gòu)的受力截面積,從而提高結(jié)構(gòu)的承載力。該法,應(yīng)用十分的廣泛,施工工藝簡單成熟,適應(yīng)范圍廣,可應(yīng)用于柱、梁、墻、板等混凝土構(gòu)件。但是,增大截面法現(xiàn)場是作業(yè)量大,混凝土養(yǎng)護(hù)期長,而且構(gòu)件的截面尺寸加大后會影響房屋的空間及美觀。
增大截面法又可以分為以增大截面尺寸為主和以增大截面配筋為主兩種形式。前者,為了確保后補(bǔ)澆筑的混凝土正常的工作性能,必須配置適當(dāng)?shù)臉?gòu)造鋼筋;后者,為**后增加鋼筋的工作性能,必須澆筑一定厚度的保護(hù)層。增大截面法加固通常是采用普通混凝土,若外包層比較薄,鋼筋較密集,應(yīng)該采用細(xì)石混凝土,確保混凝土的密實(shí)度;增大配筋法可采用鋼筋,也可以采用型鋼等。
2 外包鋼加固法
外包鋼加固法是在建筑結(jié)構(gòu)的四角用角鋼進(jìn)行包裹,提高構(gòu)件的承載力。該加固法有干、濕兩種形式,前者,外包型鋼與原有構(gòu)件間因?yàn)闆]有實(shí)質(zhì)性的粘結(jié),二者不能共同受力,因而其承載力提高效果較差;后者,外包角鋼與原有構(gòu)件采用乳膠水泥或者環(huán)氧樹脂等粘結(jié)為一體,二者可以共同工作受力,其加固效果良好。
外包鋼加固法施工簡單,工作量不大,結(jié)構(gòu)受力也比較可靠,適用不允許加大結(jié)構(gòu)的截面,又可以較大幅度的增大承載力的構(gòu)件加固,一般用于梁、柱、桁架弦桿等構(gòu)件的加固。
3 預(yù)應(yīng)力加固法
在原構(gòu)件體外增設(shè)預(yù)應(yīng)力鋼筋,通過對其施加預(yù)應(yīng)力的方法,改變原結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布狀態(tài),以達(dá)到提高結(jié)構(gòu)承載力的目的。增設(shè)的預(yù)應(yīng)力桿、撐與原結(jié)構(gòu)有良好的共同工作性能,其承載力提高的幅度也比較大。
該法適用于大跨度結(jié)構(gòu)以及采用一般方法無法加固或加固效果很不理想的較高應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)下的大型結(jié)構(gòu)加固,但此法不宜用于處在高濕度環(huán)境下的混凝土結(jié)構(gòu)或混凝土收縮徐變較大的混凝土結(jié)構(gòu)的加固。
4 增設(shè)支點(diǎn)加固法
增設(shè)支點(diǎn)加固是增設(shè)支點(diǎn)從而使得結(jié)構(gòu)的計(jì)算跨徑減少,以此改變結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布,從而提高結(jié)構(gòu)的承載力。比如,在梁、板等結(jié)構(gòu)物的中間增加一個支撐點(diǎn),增加了結(jié)構(gòu)的跨數(shù)、減少了跨徑,因此,結(jié)構(gòu)的承載力大大的增加,而且可以增大結(jié)構(gòu)的剛度,減少結(jié)構(gòu)的撓度。這種方法對于空間要求不高的大跨度結(jié)構(gòu)中的梁、板、桁架等水平結(jié)構(gòu)的加固,其效果非常顯著。該法一的缺點(diǎn)就是增設(shè)支點(diǎn)后,建筑結(jié)構(gòu)的使用空間受影響較大。
5 粘貼鋼板加固法
粘貼鋼板加固法是將特制的鋼板用建筑結(jié)構(gòu)膠粘于需要加固構(gòu)件的表面,讓二者共同工作受力,從而提高結(jié)構(gòu)的承載力。其實(shí),該法也就是一種體外配筋,增大其配筋率,以此提高結(jié)構(gòu)的剛度、強(qiáng)度等。粘貼鋼板加固法對粘接的膠水要求非常高,粘貼膠水必須具有強(qiáng)度高、粘接能力強(qiáng)、不易老化、受環(huán)境影響小、溫度變形量小等特性。
粘貼鋼板加固法具有快捷、簡單、對結(jié)構(gòu)的外觀、空間影響甚小,其施工過程不影響建筑物的正常使用,因此,在建筑結(jié)構(gòu)加固中應(yīng)用十分廣泛。
6 粘貼碳纖維材料加固
粘貼碳纖維材料加固是一種新的加固方法,纖維增強(qiáng)復(fù)合材料也是建筑工程建設(shè)者積極研究探索的新材料。纖維材料通常具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、抗腐蝕性強(qiáng)、非磁性等優(yōu)點(diǎn)。近年來,隨著科技的發(fā)展和產(chǎn)量的提高,纖維及其復(fù)合材料在土木工程中得到了越來越多的應(yīng)用,尤其是應(yīng)用于結(jié)構(gòu)物的修補(bǔ)和加固中。
以上是建筑結(jié)構(gòu)加固常用的幾種方法,每種方法都有其優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn),各自有其適用范圍,因此在選擇確定加固方法時,應(yīng)該根據(jù)可靠性鑒定結(jié)果以及影響結(jié)構(gòu)承載力降低的原因,并結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),綜合考慮安全性、經(jīng)濟(jì)性、適用性等,擇優(yōu)選用。
加固方法必須注意以下四點(diǎn):靜力加固必須考慮二次受力要求;抗震加固必須考慮結(jié)構(gòu)延性和整體剛度要求;必須考慮施工的可行性;必須綜合考慮加固效果和經(jīng)濟(jì)指標(biāo),綜合分析確定。
二、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算方面的問題?
1.設(shè)計(jì)構(gòu)造方面的問題?
①框架節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)箍筋配置應(yīng)滿足要求對于規(guī)范中規(guī)定的框架柱箍筋加密區(qū)的箍筋較小體積配箍率的要求，絕大部分設(shè)計(jì)人員都能給予足夠的重視，但對于《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）中規(guī)定的“一、二、三級框架節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)配箍特征值分別不宜小于0.12、0.10、0.08且體積配箍率分別不宜小于0.6％、0.5％，0.4％。”設(shè)計(jì)中經(jīng)常被忽視，尤其是柱軸壓比不大時，常常不滿足要求。這一規(guī)定是**節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)延性的重要構(gòu)造措施，應(yīng)嚴(yán)格遵守。?
②底層框架柱箍筋加密區(qū)范圍應(yīng)滿足要求《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）中規(guī)定：“底層柱的下端不小于柱凈高的1/3”，設(shè)計(jì)中應(yīng)重點(diǎn)說明?
③框架梁的縱向配筋率應(yīng)注意?
《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）中規(guī)定：“當(dāng)框架梁梁端縱向受拉鋼筋配筋率大于2%時，梁箍筋較小直徑的數(shù)值應(yīng)比表6.3.3中規(guī)定的數(shù)值增大2mm。”在目前設(shè)計(jì)中，這一規(guī)定常被忽視，造成梁端延性不足。?
2.計(jì)算方面的問題?
①設(shè)計(jì)基本地震加速度值?
《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）中規(guī)定：抗震設(shè)防烈度為7度時，設(shè)計(jì)基本地震加速度值分別為0.1g和0.15g兩種，抗震設(shè)防烈度為8度時，設(shè)計(jì)基本地震加速度值分別為0.2g和0.3g兩種。?
②梁剛度放大系數(shù)?
SATWE或TAT等計(jì)算軟件的梁輸入模型均為矩形截面，造成結(jié)構(gòu)的實(shí)際剛度大于計(jì)算剛度，算出的地震剪力偏小，使結(jié)構(gòu)偏于不安全。因此計(jì)算時應(yīng)將梁剛度進(jìn)行放大，放大系數(shù)中梁取2.0、邊梁取1.5為宜。?
③獨(dú)立梁箍筋計(jì)算結(jié)果需復(fù)核?
《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2010）中規(guī)定：對集中荷載作用下的獨(dú)立梁，應(yīng)按公式進(jìn)行計(jì)算，且集中荷載作用點(diǎn)至支座間的箍筋，應(yīng)均勻配置。但SATWE軟件計(jì)算梁箍筋時，未考慮獨(dú)立梁這一情況，都按公式進(jìn)行計(jì)算，有時會造成計(jì)算結(jié)果偏小，設(shè)計(jì)中若遇到有獨(dú)立梁存在的情況，應(yīng)對梁箍筋的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行手算復(fù)核。

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