旧建筑结构加固方案解析

随着我国经济建设的迅速发展，人们对建筑的要求也越来越高，建筑物的裂损现象不仅美观度降低，严重的话甚至影响着人们的正常生产和生活。建筑物中裂缝的存在预示着结构承载力可能不足，过大的裂缝会促使钢筋生锈而降低结构耐久性，会造成房屋渗漏影响建筑物美观，影响人们生活。
 
哪些建筑物需要进行结构加固
比如上世纪六七十年代建成的教学楼、住宅楼工程，随着运行时间的推移，有些工程设施老化失修，有些工程设施由于受当时客观条件的限制，存在着设计考虑不周、规范标准低的缺陷，所以需要对这些建筑物进行除险加固。
1）质量较差
为对原建筑作结构质量鉴定，在原结构的一些主要受力构件部位凿开部分抹灰层后发现：主要受力构件的砼质量较差，有较多蜂窝、麻面等缺陷，局部位置有露筋且已锈蚀，砼的整体密实度比较松散。因此，必须先对结构进行补强。
2）补强项目多，施工难度大
 
要补强的柱每层有30根，9层共270根，补强要求是从基础处开凿，各楼面柱角凿通，直接到10楼面（原屋面），再与加层结构连接；梁补强主要是对支承新增.台电梯井壁的梁进行补强，经放线后打凿掉新增电梯井位置的楼板砼，保留住该位置的各层间梁，新增电梯井壁座在梁面上，梁经用角铁及扁铁焊接加固后成为新增电梯井壁的支座。
建筑物结构加固的分类和方法
1）基础结构加固
基础结构加固主要是地基承载力的建筑物进行加固，其主要方法有：
1．抬墙梁法。采用预制的钢筋混凝土梁或钢梁穿过原建筑的基础梁下。置于原基础两侧的桩或墩基础上，支承新增结构荷载。抬墙梁的平面位置应避开一层门窗洞口，不能避开时，应对抬墙粱上的门窗洞口采取加强措施，并应验算梁支承处砖墙的局部承压强度。
2．墩式加固法。是直接在基础下分段挖空至持力层浇筑墩式混凝土基础，最后使分段基础联成一整体，承受增层结构荷载。
3．当原建筑基础底面积不足时，可采用基础加宽法。对条形基础可采用一侧加宽或两侧加宽，对柱基可沿基础四边加宽，加宽时可每隔1000～1500mm设置一根钢筋混凝土减荷梁。
2）混凝土结构加固
1．加大截面加固法。
该法施工工艺简单、适应性强，并具有成熟的设计和施工经验；适用于梁、板、柱、墙和一般构造物的混凝土的加固；但现场施工的湿作业时问长，对生产和生活有一定的影响，且加固后的建筑物净空有一定的减小。
2．置换混凝土加固法。
该法的优点与加大截面法相近，且加固后不影响建筑物的净空，但同样存在施工的湿作业时间长的缺点；适用于受压区混凝土强度偏低或有严重缺陷的梁、柱等混凝土承重构件的加固。
3．植筋技术法。
这是一项对混凝土结构较简捷、有效的连接与锚固技术；可植入普通钢筋，也可植入螺栓式锚筋；已广泛应用于已有建筑物的加固改造工程。
4．预应力加固法。
该法能降低被加固构件的应力水平，不仅使加固效果好，而且还能较大幅度地提高结构整体承载力，但加固后对原结构外观有一定影响；适用于大跨度或重型结构的加固以及处于高应力、高应变状态下的混凝土构件的加固，但在无防护的情况下，不宜用于混凝土收缩与变大的结构。
5．裂缝修补技术。
根据混凝土裂缝的起因、性状和大小，采用不同封护方法进行修补，使结构因开裂而降低的使用功能和耐久性得以恢复的一种专门技术；适用于已有建筑物中各类裂缝的处理，但对受力性裂缝，除修补外，尚应采用相应的加固措施。
3）钢结构加固
1．改变钢结构计算图形的加固法。
是指采用改变荷载分布状况、传力途径、节点性质和边界条件，增设附加杆件和支撑、施加预应力、考虑空间协同工作等措施对结构进行加固的方法；改变结构计算图形的一般方法为：增加支撑形成空间结构并按空间结构验算：加设支撑增加结构刚度，或者调整结构的自振频率等，以提高结构承载力和改善结构动力特性；增设支撑或辅助杆件，使结构的长细比减小以提高其稳定性；在排架结构中重点加强某一列柱的刚度，使之承受大部分水平力，以减轻其它柱列负荷。
2．增设支点加固法。
增设支点加固法是通过增设支承点来减小结构计算跨度，改变结构内力分布并提高其承载能力的加固方法。梁、板在跨中增设支点后，减小了跨度，从而能较大幅度地提高承载能力，并能减小和限制梁、板的挠曲变形。适用于房屋净空不受限制的大跨度结构中梁、板、桁架、网架等水平结构的加固。增设支点加固法优点是简单可靠，缺点是使用空间会受到一定影响。
3．有粘结外包型钢加固法。
外包钢加固是把型钢或钢板包在被加固构件的外边，外包钢加固钢筋混凝土梁一般应采用湿式外包法，即采用环氧树脂化灌浆等方法把型钢与被加固构件粘结成一整体，加固后的构件，由于受拉和受压钢截面面积大幅度提高，因此正截面承载力和截面刚度大幅度提高。
4．粘贴纤维增强塑料加固法。
除具有粘结外包型钢加固法相似的优点外，还具有耐腐浊、耐潮湿、几乎不增加结构自重、耐用、维护费用较低等优点，但需要专门的防火处理，适用于各种受力性质的混凝土结构构件和一般构筑物。注意的是，加固工程完成后，应用小锤轻轻敲击粘贴钢板，从响声判断粘接效果或用超声波法探测粘贴密度。如锚固区粘贴面积少于90%，非锚固区粘贴面积少于70%，则此粘贴无效，应剥下重新粘贴。对于重大工程，为真实检验加固效果，尚需抽样进行荷载试验，一般仅作标准使用荷载试验，即将卸去的荷载重新全部加上，其结构的变形和裂缝开展应满足设计使用要求。
加固案例：
全方位加固
某希望小学教学楼加固工程中，项目局部四层，建筑面积1500平方米。工程加固原因是原有施工过程中水泥混凝土的强度不符合设计要求并不能满足使用要求，对原有的教学楼的梁、板、柱进行加固，柱的加固采用增大截面，在原有框架柱四周增加7.5CMC35水泥混凝土，梁的加固采用无粘15.24的结预应力钢绞线（张拉力为0.5），外部再采用黏贴钢丝网粉刷砂浆；板采用黏贴T300的碳纤维。
工程在加固过程中实行全方位、全过程质量管理，确保了工程合格率为100%，优良率80%以上，确保了整体工程竣工验收达到优良标准。
柱的加固
经对原设计图纸复核后得知，原设计基础是按建12层考虑的，当时由于资金问题暂建9层，现经复核基础承载力可满足加建至15层的要求，垂直受力构件（砼柱）经补强后也能满足加建至15层的要求。
柱补强设计：柱身先打凿抹灰层后用角铁L80X80X8包住柱的四角，另用扁铁-60X8@500预留灌浆管后抹1:2水泥砂浆封闭，在水泥砂浆强度达到80%时用环氧树脂进行压力灌浆，使柱的加固材料能与原结构紧密结合，形成整体共同受力。
新增电梯井周边的构件加固
该新增电梯位于旧电梯井旁边，其位置正好有一个长方形房间，只要在一边增设一条梁与原有房间的三条梁即可组成新的电梯间梁结构体系，打穿该位置楼板，再在梁上增建电梯井壁板即可形成新的电梯井。9层以下要与旧电梯井作特殊连接，10层及以上随新增加层施工；新电梯井基础采用人工挖孔桩，桩顶设承台及地梁，按常规施工至首层后，采取以下的流程进行施工：旧楼的柱、电梯井、层间楼面梁作加固处理绑扎、焊接井壁钢筋钢筋验收井壁模板安装浇砼上一层电梯井结构施工。
由于旧梁上增建了电梯井壁板，故旧梁需作补强，补强做法详见图。旧梁加固补强施工工艺如下：首先按轴线及设计要求钻孔安装好各部位的膨胀螺栓，并将梁的扁铁箍焊接，按图所示将各部位角铁、扁铁、钢筋按规范及设计要求焊接牢固。加固材料尺寸需要每层实量，凡与角铁有接触的电梯井砼墙钢筋的端部均要焊接牢固。
加层新、旧柱接头部位处理技术
加层的柱子全部按旧楼柱子位置布置，接头采用钢骨架连接方法，先将九层加固旧柱的柱四角角铁伸出原有天面1000mm，再配以角铁、扁铁和钢筋组成钢骨架接头，然后利用钢骨架接头接驳上层柱子钢筋往上施工加层的砼柱和框架结构。施工前先将旧屋面要加层的部位打凿并清理好原有的构筑物、隔热层等，然后按以下的流程进行施工：凿穿屋面在九楼有柱的四角焊接新增柱的角铁箍柱筋绑扎、焊接钢筋验收柱及楼面梁、板模板安装浇灌柱砼!安装楼面梁、板钢筋浇灌楼面梁、板砼保养及进入上一层结构施工。
加层新、旧柱接头施工工艺如下：
按新加层设计图纸轴线、柱位线放出柱网柱位后凿低柱位80mm安放L80X80X8角铁柱箍，有屋面梁的在柱位部分凿到露出面筋，角铁柱箍先与屋面旧梁面筋焊接，形成新加层10楼面的柱脚箍截面；在加固9楼柱角铁安装的同时，将角铁从柱顶伸出新增10楼（原屋面）1000mm，并与10楼柱脚角铁箍焊接。10楼面的柱筋全部设计为U型柱筋，与伸出的角铁及角铁箍焊接牢固；为加强柱脚的稳固，再用300mm高的U形筋（直径规格与柱中筋相同）与柱中筋焊接，为防止柱头箍筋加密部位难以绑扎，焊接两道扁铁-60X6成十字形与柱筋、角铁焊接。
总之，建筑物结构加固与改造工程是人类历史发展的客观需要。它符合科学发展观所倡导的可持续发展战略。就目前来看，上述结构加固技术还有待在实践中进一步探索，随着建筑科学技术的不断进步，新型建筑材料不断出现，更好的加固方法将会有更大拓展。