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    建筑結構維修加固改造的程序與原則

    建筑結構的維修加固改造是指既有建筑在全壽命使用期內,在科學的檢測鑒定基礎上,采取合理的維修加固措施,或通過結構改造,以提高結構的安全性和耐久性,滿足建筑物的正常使用功能,保證建筑節能與環保,延長建筑物安全使用壽命。其中既包括了對既有建筑達到設計使用年限后的加固,也包括了對既有建筑的性能維護,還包括部分新建筑的使用功能改造以及設計、施工造成的損害補救等等,對此開展研究,有利于落實黨中央提出的科學發展觀、建設節約型社會,符合建筑“四節”即節能、節地、節水、節材工作的要求。

    1.建筑結構維修加固改造行業的發展前景

    據初步統計,我國既有建筑物的總量(包括城鎮房屋建筑、工業建筑等)約400多億平方米。一些專家估計,約有30~50%的建筑物出現安全性失效或進入功能退化期,既有建筑物的加固是一新興的學科與行業,具有令人矚目的發展前景和潛力,上世紀末美國勞工部門預測,建筑維修加固改造業在21世紀仍是世界各國最受歡迎的九大行業之一。目前,美國維修加固改造現有建筑物的費用已高達近六萬億美元,1980年美國建筑維修改造工程已占其全部工程的三分之一。丹麥用于維修加固改造與新建工程投資比例為6:1。1983年,瑞典用于維修改造的投資占建筑業總投資的50%,中國比上述發達國家發展晚,同濟大學朱伯龍教授預言:“對建筑業來說,21世紀將是建筑改造的世紀”。

    隨著人們生活水平的提高,對房屋建筑提出了更高的要求,土地是不可再生的資源,建設節約型社會不允許無限度地鋪攤子占用大量耕地搞建設。舊城改造、舊建筑物的維修加固、拓展應用是城市建設的必然選擇之一。通過對建筑物的加固改造來增層、擴建、改變用途,使舊建筑煥發新活力。工程中的缺陷可能源自于劣質的材料或施工中的疏忽,甚至是設計的錯誤、有害環境的侵蝕或混凝土等材料的老化,這些缺陷的處理需要結構維修和加固,對舊建筑不符合抗震設防要求的也需要進行結構的抗震加固。

    作為新興行業,其發展的障礙主要是技術儲備不足而新手眾多,迫切需要開展研究與實踐工作,以提供可以借鑒的經驗

    2.建筑結構維修加固改造的程序

    通過本課題的研究,結合不同工程實際,總結一般建筑結構維修加固的程序如下.按照科學的程序進行,可以保證建筑結構的維修加固改造不走彎路,避免漏項,制定合理的方案,取得較好的效益。

    2.1 收集維修加固改造建筑結構相關資料

    收集被維修加固改造建筑結構的相關資料,主要包括設計資料和施工資料、設計施工變更資料、建筑用材料資料、竣工和驗收資料、使用過程的有關情況、發現的質量問題、業主新的使用要求等。

    2.2 建筑結構和構件的質量鑒定、材料性能的檢測

    對建筑結構進行完損性和安全性鑒定,從而為維修加固改造提供依據。完損性主要是指建筑結構目前的破損狀態,以外觀檢查為主;安全性主要是指構件和結構的安全程度,以內力分析和截面驗算為主;在地震區,對舊建筑結構尚應進行抗震性能鑒定。 對結構或構件所用材料有懷疑時,應進行結構材料的有關性能檢測,以獲得材料的實際強度等性能的指標數據。

    檢測和鑒定應由具備相應資質的檢測機構和鑒定單位完成,并出具檢測報告和鑒定意見書,檢測報告和鑒定意見書做為建筑結構維修加固改造的依據之一。

    2.3 制定建筑結構維修加固改造的方案

    制定建筑結構維修加固改造方案應綜合考慮各種相關因素,主要依據是建筑結構的使用功能要求,有關的國家行業技術規范和標準,可能實施的維修加固改造施工條件等。

    維修加固改造方案的制定是一項高技術的系統工作,應進行方案的對比和優化,選擇產出投入比較高、簡便易行、質量易于保證、環境效益較好的方案實施。

    2.4 建筑結構維修加固改造的設計

    根據建筑結構維修加固改造方案進行施工圖設計,此時應注意的問題主要是新舊建筑結構的連接及協同工作,應考慮施工的可行性,盡量詳細地提出施工注意事項和施工先后順序。

    2.5 建筑結構維修加固改造的施工

    施工應由具備相應專項施工資質的隊伍完成,施工前應制定詳細的施工組織設計和安全措施,切實保證施工期間人員和建筑物的安全,在施工過程中發現與原設計不符情況和安全異常情況應及時通知業主和設計單位,采取處理措施。

    2.6 建筑結構維修加固改造過程的質量監督和竣工驗收

    施工過程應委托有相關經驗的監理單位進行監理,設計人員也應經常去施工現場了解施工情況,解決施工中存在的問題,并參加相關部位的分部分項驗收和竣工驗收,對重要工程或工程的關鍵重要部位應在加固施工完成后進行一些現場檢測。

    竣工后應提醒業主定期對加固改造部位檢查工作狀態,第一次檢查時間不大于10年。平時使用過程中若發現異常情況及時采取措施。

    3.建筑結構維修加固改造設計的基本原則

    3.1 建筑結構的維修加固改造設計應由專業人士承擔

    建筑結構是否需要加固,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意見書。鑒定意見書可以做為結構維修加固改造設計的依據之一。由于建筑結構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,承擔維修加固改造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,提出較為合理的結構加固設計方案。

    3.2 維修加固改造設計應處理好構件與結構、局部與整體、臨時與永久的關系

    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來考慮。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。

    一般而言,結構經局部加固或部分構件加固后,并不意味著該結構整體承載能力就一定提高或是安全的,其安全性還取決于原結構方案及其布置是否合理、構件之間的連接是否可靠、原有的構造措施是否得當與有效等,這些就是結構整體性或結構整體牢固性的內涵,因此,結構工程師在承擔混凝土結構的加固設計時,應對結構的整體性進行檢查與評估,以研究是否需作相應的加強,而不能僅僅關注結構的局部或部分構件。

    建筑結構的維修加固改造應盡量少停產,在不影響或少影響工作和生活的條件下進行。盡量保留原有結構的構件,減少拆除的工作量,保留的部分應有足夠的安全性和耐久性,并具有利用價值。加固設計時應考慮施工場地、各種管線、相鄰建筑、相鄰道路等的影響,考慮施工的可行性與方便。

    3.3 維修加固改造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。

    結構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,最后做好保護與防護。

    3.4 加固改造設計還應注意復核建筑結構的抗震能力,做好抗震加固設計

    地震區的結構構件加固,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;增加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力小的結構體系;對原有的不合理結構體系、

    傳力途徑等應盡量進行改良。

    3.5 應采用成熟的結構維修加固改造技術,這些技術也正是本課題組研究的主要內容

    在結構加固改造設計時,要注意選用新材料、新工藝、應用成熟的新技術。但此時應注意,要采用經過正式鑒定的技術和產品,并根據具體情況確定采用新技術的可行性;

    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。

    加固方法的選擇應根據可靠性鑒定結果,結構功能降低及加固原因(如完好情況下的加固及受損狀態下的加固)結合結構特點、當地具體條件、新的功能要求等,并按加固效果可靠、施工簡便、經濟合理原則,綜合分析確定。特別注意,靜力加固必須考慮結構的二次受力問題,加固重點側重于承載力的提高;抗震加固一般不考慮二次受力,加固重點側重于結構的延性和整體性。

    3.6 消除加固結構的應力、應變滯后現象

    為適應加固結構應力應變滯后現象而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, 最好微膨脹,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。

    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力值較高時,對于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。卸載加固,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。

    卸荷加固結構的截面承載力計算,原則上仍按二次受力結構進行,但當卸荷達到一定程度,可近似簡化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,是全部或部分地直接搬走作用于原結構上的可卸荷載;間接卸荷,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,后者以力控制。預應力加固法與卸荷合而為一,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的一種方法。

    4.國際《混凝土結構加固設計規范》GB50367—2013的主要內容

    4.1 國家工程建筑標準化協會于1990年發布了協會標準《混凝土結構加固技術規范》CECS25:90(以下稱舊規范),該規范執行了十多年,對我國混凝土結構的加固設計與施工起到了很好的技術指導作用,促進了混凝土結構加固技術的發展。在此基礎上,國家建設部把舊規范經過修訂,擴充新內容,上升為國家標準GB50367—2013(以下稱新規范)并于2013年起執行。

    4.2 新規范提出了七種加固方法和三種配套使用的加固技術,分別是“加大截面加固法”、“置換混凝土加固法”、“外加預應力加固法”、“外粘型鋼加固法”、“粘貼纖維復合材料加固法”、“粘貼鋼板加固法”、“增設支點加固法”、和“植筋技術、錨栓技術、裂縫修補技術”。

    另在附錄中還推薦了“鋼絲繩網片-聚合物砂漿加層加固法”、“繞絲加固法”兩種加固方法和“已有混凝土結構鋼筋阻銹方法”一種加固技術。

    4.3 新規范進一步明確了加固設計一般規定、設計計算原則以及加固方法及配套使用的技術。特別應該強調的是:混凝土結構加固設計的使用年限應由業主和設計單位共同商定,一般情況下宜按30年考慮。使用膠粘方法或摻有聚合物加固的結構、構件,應定期檢查其工作狀態。

    來源:本站   編輯:普通管理員
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