钢筋混凝土结构的加固原理及常见措施

申婧婧

摘要：近年来，随着我国持续三十多年的建设热潮的逐步放缓，出于安全需求或改造需求，对既有建筑物加固项目越来越多，这其中绝大部分是钢筋混凝土结构加固工程。加固项目的增多，符合“可持续发展”的理念，也是建筑行业发展到一定阶段的内在需要。本文在剖析现阶段钢筋混凝土建筑加固原因的基础上，简述了加固工作的流程及相关原则，最后对常见的加固方法如增大截面法、粘钢法、粘碳纤维法、外包角钢法以及增设结构构件法的特征和适用范围进行了概述。

关键词：钢筋混凝土结构;加固原理;施工措施

引言

从国外发达国家及国内的建筑业的发展历程来看，我国已经告别了大规模拆旧建新的第一阶段，目前正逐步进入了新建与加固并存的第二阶段，改造加固的建筑数量逐年递增，既有建筑物的维修或加固费用在建筑业总产值中所占比例越来越大。与拆建相比，加固避免了对原建筑物及其使用者的扰动，简化了施工流程的同时也降低了成本，有数据表明，加固比新建工程可节约五分之二的投资，能缩短一半左右的工期，具有良好的经济效益和社会效益。

随着国内对结构加固材料和技术的研究的深入开展，复合加固材料、新的加固工艺和新的施工技术不断涌现，一批具有成熟的加固施工经验的企业逐渐成长并壮大起来，这进一步促进了建筑加固行业的蓬勃发展。

一、钢筋混凝土结构加固的原因分析

我国现存的建筑中绝大部分为钢筋混凝土结构，而对混凝土结构的加固，一般可归结为以下两个原因。

一是安全原因，即保证建筑物的安全性。一方面，现有建筑物多多少少存在超期服役的问题，除了遭受天气因素如雨、雪、风、温度等的长期侵蚀，还可能会受到一些突发事件或自然灾害如地震、水灾、火灾、爆炸等的危害，同时，也不能忽视日常使用过程中的人为损坏如碰撞或物品堆载过大等对建筑物的不利作用，種种因素复合作用下，结构材料产生了不同程度的老化，结构主体出现了损伤和安全隐患，必须及时进行加固;另一方面，由于既有建筑按之前的规范进行设计，安全度偏低，难以符合现行规范中的抗震区划及对应的抗震设防要求，除此之外，之前的施工技术管理体系过于粗糙，缺少统一、细致的施工技术标准，导致建筑施工质量普遍不高，出于对结构安全性的考虑，也必须对这些问题进行针对性的加固处理。

二是改造需求，即提高或改善建筑物的适用性。随着社会经济水平的发展和生活水平的不断提高，人们对建筑物的使用功能提出了更高的要求，例如层高大、空间宽，通风性能或采光性能好等等。此外，基于绿色建筑即“可持续发展”理念，旧建筑整体改造蔚然成风，例如最常见的形式为废旧厂房、车间、公寓等改造为办公空间或商业空间等等，所有的这些改造活动必须满足现行规范的要求，也必然伴随着结构加固行为。

二、钢筋混凝土结构加固的流程及特点

一般而言，钢筋混凝土建筑加固要遵循以下几个步骤。

建筑物的现状是进行后续设计或施工的工作基础。首先应对结构形式、构件和材料性能等进行可靠性鉴定和抗震性能评估，这部分工作由结构检测鉴定单位完成。在现场检测工作成果的基础上，检测鉴定单位依据国家现行规范标准《民用建筑可靠性鉴定标准》（GB50292-1999）、《工业建筑可靠性鉴定标准》（GB50144-2008）、《建筑抗震鉴定标准》（GB5023-2009）等出具建筑物的鉴定报告。

在充分研究上述鉴定报告的基础上，设计单位提出加固方案，并会同业主和施工单位对加固方案进行比选，主要的比对因素包括加固周期、成本投入、施工难度、技术成熟度以及环境影响等。在方案比选阶段，必须综合考虑各方的实际需求和经验，避免过度重视某一两种因素，必要时可召开业内专家咨询会或评审会进行专项研究。

整体的加固方案确定后，即进入深化设计阶段。深化设计阶段又包括原结构承载力复核和加固设计两部分内容，其主要依据为《混凝土结构加固设计规范》（GB50367-2013）。

与新建建筑不同，加固设计受建筑现状和环境的影响，一方面要保证加固部分与既有构件的协同工作性能，另一方面还需要采用合理的施工技术，克服施工作业空间狭小的问题，减少对既有结构的不利影响。所以，设计时应从结构的总体性能角度出发，遵循技术可靠、施工方便的原则，既保证加固方案的安全性，也要保证其经济性。

施工单位根据设计单位提供的加固图纸，进行图纸三方会审，同时应编制施工组织设计，及时组织施工。施工过程中由业主单位组织施工单位，监理单位以及设计单位分阶段进行验收，验收工作的主要依据为《建筑结构加固工程施工质量验收规范》（GB50550-2010）。验收完成后，在后续的正常使用过程中，还可以对建筑物进行必要的监测。

三、钢筋混凝土结构加固的常用方法

钢筋混凝土结构的加固工艺总体上可以分为直接加固和间接加固两类，必要时，可同时采用上述两种加固方案，称为综合加固。

顾名思义，直接加固法就是在原结构构件的基础上，通过一些直接措施增大此构件的承载力或刚度。常见的直接措施有增大截面法、粘钢（钢板或钢筋）法、粘贴碳纤维法、外包角钢法和置换混凝土法、预应力法等等。间接加固法一般是通过增设附加的结构构件，调整结构荷载的传递路径，从源头上减少原结构构件负担的荷载，降低其内力，使其不需经过大幅度加固仍能满足正常使用要求。

增大截面法，也被称为外包混凝土法，其原理极其简单，即在不满足承载力要求的构件周围增大混凝土面积并配置附加钢筋，总体上提高了此构件的配筋率，增大了构件的承载能力和刚度，常用于对受弯构件、受压构件或压弯构件的加固。此方法的优点在于，原理简单，适用范围广，施工工艺成熟，加固质量和使用效果良好。但其缺点也是明显的，一方面增大了构件自重，也挤占了周边的使用空间，另一方面，现场湿作业工作量大，施工周期偏长。

粘钢法，即在构件承载力不足的部位用结构胶（一般为环氧树脂胶）粘贴钢板，钢板的作用类似于密集的钢筋，可显著增大配筋率，同时，附加的施工措施如钢板箍等又可以提高构件的整体性能，限制裂缝的开展，适用于需大幅度提高承载能力或抗震性能的梁、墙、板、柱等构件。粘钢法所粘贴的钢板厚度一般在2～6mm，对结构外观和空间影响较小，并且施工工艺简单，易操作，具有施工进度快，成本低的优点。

粘碳纤维法，碳纤维材料具有较高的抗拉刚度，将其粘贴到构件受拉一侧的表面，可参与构件的整体工作，提供其承载能力。此方法适用性强，施工效率高，工作量小，但其缺点在于碳纤维材料的冲击韧性和耐火性较差，需附加一些防火处理措施。

外包角钢法通常采用缀材等将角钢固定到梁、构件柱等的角部，外包钢除直接参与受力外，还可以形成类似于套箍混凝土的效果，提高混凝土的承载能力和延性。此方法同样适用于需大幅度提高承载力的梁或柱构件，也具有施工周期短的优点，但由于钢材防腐蚀性能较差，需辅助进行一些除锈或涂漆保护措施，其综合成本较上述其他方法要高一些。

常见的间接加固方法有增设支撑法和增设剪力墙法等。在梁构件跨中位置附近增设支撑，相当于减小了梁跨度，也就降低了梁的挠度，提高了其变形能力。此外，在层数较低的框架结构或框架-剪力墙结构中还可以变部分填充墙为剪力墙，以提高结构的整体刚度和抗震性能。

参考文献：

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