浅析建筑结构设计中的加固改造设计

江涛

（中机十院国际工程有限公司河南洛阳471000）

摘要：如今，人们对建筑物进行加固的需求不断增长，建筑加固技术也伴随着社会科技的进步蓬勃发展。我们已经能够通过对建筑进行加固改造设计，使之满足我们对建筑物新的使用需求。经加固改造后的建筑物，其构件承载能力、耐久性等指标已符合设计规范规定。本文浅谈如何对建筑物进行加固改造设计。

关键词：建筑加固；加固改造设计；

引言

以往的建筑加固改造侧重点是加固，一般是建筑物耐久性出现了问题，如梁、墙等构件出现细微裂缝，需对建筑物表面进行处理，如灌注环氧树脂等材料将裂缝封闭起来。这种形式的加固，使用的材料简单，加固方法单一。随着建筑材料科技的迅速发展，建筑加固技术也不断创新。我们可以预先通过加固改造设计，运用新型建筑材料，在原建筑物中新增结构构件或对原有结构构件进行改造，使建筑物在承受新使用荷载时变得安全、可靠，并达到预期的经济效益。

1、房屋建筑进行结构加固改造设计的目的

1.1、建筑结构的安全性

待加固改造的建筑物，其整体或局部构件无法满足实际使用中的受力要求。加固改造设计可以运用现有技术，科学地分析建筑物改造前、后各构件的受力情况，判别出不满足要求的构件，以确定建筑物的加固范围，也可以计算新增构件的尺寸及配筋，作为构件的设计依据。加固改造设计有助于实现建筑加固有理有据进行，从根本上保证了加固改造的安全性。

1.2、建筑结构改造的经济效益

建筑材料有其自身特点，砌体材料有耐压的特点，钢筋混凝土材料有耐久性好以及可塑性强等特点。建筑物出现的问题，主要是某构件的安全性和稳定性已不满足使用要求。建筑物一旦出现裂缝，不代表我们只能将之弃置不用或推倒重建。如果对其及时进行合理的加固改造，不仅能消除这些隐患，满足人们新的使用要求，还能节省大量的建造资金，体现出极大的经济效益。而进行加固改造设计，更能对建筑物有针对性地进行加固改造，避免出现一处改造整体加固等粗放式的加固现象，实现更优的经济效益。

1.3、指导建筑结构加固改造的施工

建筑的加固改造是在原有建筑物基础上进行的，对施工人员的技术水平要求高。科学合理地进行结构加固改造施工，能提高施工质量，缩短工期，实现更优的建造目标。加固改造设计为科学施工提供了依据和前提，可以规范、指导施工，确保其有序进行。而且，进行加固改造设计使加固技术进一步得到应用，有助于结构加固技术的改进，最终带动管理优化、经济发展和社会进步，实现建筑行业的稳步发展。

2、建筑结构加固设计的原则

2.1、先鉴定后加固设计的原则

在确定具体的建筑结构加固方案之前，需要专业人员对已有结构进行检测，通常用概率鉴定法和经验法对构件可靠性进行鉴定分析，必要时应对构件材料强度等参数进行现场实验，出具建筑现状评估、鉴定报告，并以此作为加固设计的依据。设计人员进行加固设计前，现场查看十分重要，对于已有的建筑物来说，施工状况是要考虑的重要因素之一。加固设计并不单单是比照已有图纸，进行重新计算，更要深入了解结构的受力现状和各构件承载力限值，综合考虑建筑物各方面的情况，提出科学、合理、实用的加固设计方案。

2.2、结构总体考虑原则

一般情况下，加固主要针对已存在问题的构件。建筑物的受力情况在加固前后无变化时，加固对其余构件的影响可忽略。但在对建筑物的改造过程中，如果原有建筑物受力体系或局部构件受力大小发生了变化，我们就不光要对直接受力构件进行加固，我们还要考虑加固对整体结构的影响，因为传力途径的变化还会影响其他构件受力计算的结果。

2.3、材料参数按测试结果取值原则

在建筑结构加固改造设计中，应实地对材料强度进行测量和评定，当实际结构材料种类和性能与原图纸相符的情况下，加固设计时原构件材料强度可按照原图纸取值。当不符时，应按照实地测定的具体数值取值。在施工过程中，受到当时施工技术的影响，施工材料的最终强度可能会有所不同，因此当进行加固设计时，应遵循一切按实地测定的数据计算的原则。但当检测结果有较大出入时，可采取更精密的测试方法进行判定。如：当采用回弹法测定长时间浇筑的混凝土强度等级时，可能会出现测试结果不准确的情况。此时，应采取钻芯取样法辅助判断，其结果更为准确。

2.4、优化选用加固方案的原则

建筑物进行加固改造设计时，往往有多种方案可供选择，这就需要综合考虑已有结构现状及加固后结构的受力特点，分析建筑结构的整体计算结果，选择结构加固后有较高安全性和可靠性的方案。在实际设计过程中，要将综合经济指标、施工技术要求相结合，选用传力更直接，加固效果更好，施工更方便，施工后对实际使用影响更小的加固方案。

2.5、与抗震设防要求相结合的原则

随着社会的快速发展，建筑物抗震性能的要求在不断提高。而待加固的建筑物一般采用老旧设计规范进行建造，有些地方已不满足现行规范的要求。在加固设计时，我们应尽量符合现行规范的要求，对不满足的地方一并进行加固处理。

3、建筑结构加固改造设计存在的问题

3.1、建筑物加固设计没有结合后期施工

通过对建筑物进行加固计算，我们可以获得初步加固方案，对各个构件采用的加固方式已基本确定。但是，当采用某些加固方式加固时，会出现现场无法施工的情况，如采用外包钢法加固柱时，梁、柱外边缘对齐。此时，若采取传统方法进行加固，则要凿断梁柱交接处的部分混凝土，会对结构产生更加不利的影响。施工时只能将与梁平面冲突的翼缘切掉，采用设等代钢板的方式对柱进行加固。因此，要采用特殊加固节点做法与传统加固做法相结合的方式进行设计，才能达到最优的加固效果。

3.2、受力构件的构造无法满足现行规范要求

建筑物建造时采用的设计规范与现行规范存在一定差异，如某些抗震构造措施无法满足现行规范的要求。因此，加固时只能对某些重点部位构造加强。但是，需要加强的部位及做法尚无具体要求，只能依靠设计人员的加固经验进行判别和设计。

3.3、建筑物加固设计过于依赖计算结果。

建筑物通过采取加固措施后，一般均能满足新的受力要求，但是各加固方法有其自身的局限性，无法无限制提高构件的承载力。用碳纤维加固和粘钢加固的方法只能提高原构件承载力的40%，超过此限值后，只能采取加大截面的加固方法。所以，不能仅仅依靠计算结果确定构件需要加固的材料用量，应考虑各材料加固限值的限制。

3.4、建筑物经加固改造后的使用年限

建筑物加固后的使用年限，是由业主与设计单位共同商定的，加固改造设计也是根据这一时限要求进行的。建筑使用年限主要受加固材料及加固效果等因素制约。当加固材料中含有合成树脂或其他聚合物成分时，其结构加固后的使用年限宜按30年考虑，也就是此构件的设计使用年限是30年。但为了实现加固构件与建筑物其它构件达到同使用周期，设计时应对所用材料的性能有特殊要求，即材料要符合相应的耐候性要求。构件进行加固后，应对其进行长期监测，以确定其加固的效果，从而进一步确定此构件的安全使用年限。

4、建筑结构加固改造设计常用方法

4.1、混凝土构件表面裂缝的修补

一般采用压力注入环氧脂类的密封剂加上粘合剂的方法修补混凝土表面的裂缝。此类材料为黏稠液体或低熔点固体，具有粘接性好、抗弯、耐水、耐化学药品、坚韧、耐冲击等优异性能，能够在压力作用下流到构件的各角落空隙中，加固效果好，且便于现场施工。

4.2、梁、柱构件的加固

一般采用外粘碳纤维材料加固法、外粘型钢加固法、加大截面加固法对梁、柱构件进行加固。外粘碳纤维材料加固是运用强度高、质量轻、耐腐蚀性好的碳纤维布或碳纤维板配合树脂胶粘贴于受力构件表面，从而提升构件承载力的方法。其便于施工，在结构加固设计中极为常用。外粘型钢加固法主要是在原构件的三个主要部分（表面、四角以及两侧）外粘钢板以提高构件承载力、提升构件稳定性的方法。外粘型钢加固法的使用也较为广泛，施工也较为方便。加大截面加固法是在经过处理的构件表层浇灌新的混凝土层，内配钢筋，通过构造措施使新、旧钢筋混凝土共同受力，从而提升构件承载力的方法。它是通过直接增大构件受压区域面积和增加受力钢筋的原理，大幅度提升构件的承载力，且提升幅度不受40%的限制。但其对施工技术的要求较高，施工难度较大。预应力加固法是通过在构件外增加预应力钢构件，并通过对其施加预应力，使原有结构内力的分布形态发生改变，从而提升承载力的方法。它的优势是对原构件承载力没有太大的要求，而且在加固后不会占用额外空间。但是其对施工的要求极高，对构件后期使用环境的要求也高。

4.2、基础的加固

一般采用外包基础加大尺寸的方法对基础进行加固。在原基础外侧外包一定厚度的钢筋混凝土层，直接加大原基础的尺寸，并通过在原基础中植入分布钢筋实现新、旧混凝土层共同受力，达到加固基础的目的。其施工也较为方便。

4.3、设置托换构件

设置托换构件，一般是指设置托梁接柱、托梁换柱以及托梁拆柱。此方法主要用于有特殊空间使用要求的建筑物改造中。此方法有施工时间较短、施工给正常运营影响较小、加固费用低廉的优点。其作为一种综合性的加固方法，风险性最大，对设计、施工的要求最高。设计时一般遵循以下布置原则：应设置传力直接的托转构件，应采取构造措施保证与原构件紧密连接，应采取措施保证托换构件的平面稳定性。

4.4、增加结构支座

采用增加支座的方法加固，主要是通过在建筑物内增设支点，调节其荷载分布形式，使其受荷均匀，从而提升建筑物整体承载力。建筑物中增设的支点一般选在梁、板之间，但是施工时要结合现场情况，判断是否能够形成有效的施工操作面。增设结构支座后可能会减少建筑下部使用空间，设计时要综合考虑建筑的空间要求。

4.5、非主要受力构件的加强。

当要加固的构件为非受力构件时，一般采取构造措施保证其稳定性。如：采用砂浆面层加固墙体，增强其整体性，用砌体压力灌浆法加固门顶过梁，用墙体增设构造柱法，墙体增设拉结筋法加强墙体与楼板的连接等。

5、结语

人们越来越关注住宅、公用建筑的使用功能，对其加固改造的需求也越来越多，而房屋建筑的安全性更关系到人们的切身利益。在当前建筑技术的快速发展下，虽然我们已可采用多种方式对建筑物进行加固改造，但是我们应该谨慎选择加固方案，进一步优化加固方案，并严格按既定方案施工，杜绝一切安全隐患。在做好加固设计的同时，我们还要重视建筑加固技术的创新和发展，不断解决好建筑加固改造中的各种问题，为人们提供更好的居住环境。

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