房屋工程加固施工技術(shù)分析

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城市中的多層樓房以及高層樓房是目前市民主要的房屋樣式，是城市市民休憩、居住的主要場所。從建筑結(jié)構(gòu)上看，城市的多層樓房和高層樓房以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為主。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的房屋雖然具有更高的安全性和耐久性，但是隨著房屋使用年限的增加、人為或自然界不可抗力的影響，房屋仍然面臨必須加固的實(shí)際問題。在歐美等發(fā)達(dá)國家，對(duì)舊有房屋維修、改造和加固的費(fèi)用，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過新建房屋的投資費(fèi)用。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，美國對(duì)舊房的維修和加固費(fèi)用占建筑工程總費(fèi)用的6，英國的這一數(shù)字為7，而德國則達(dá)到了8。可見，房屋加固對(duì)于國計(jì)民生的重要意義。我國的城鎮(zhèn)化建設(shè)起步較歐美晚，多數(shù)城市內(nèi)的房屋處于新建期和正常使用期。但是，隨著改革開放后第一批新建城市房屋進(jìn)入維修期，我國大部分城市內(nèi)相當(dāng)比例的房屋將陸續(xù)面臨維修尤其是加固維修的問題。所以，探討房屋工程中的加固技術(shù)如何完成施工具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

施用對(duì)象和房屋加固流程設(shè)計(jì)

本文探討的施工對(duì)象，是城市中市民居住的以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為主的房屋。這些房屋包含了多層住宅和高層住宅，達(dá)到了一定使用年限且存在安全隱患。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋的加固設(shè)計(jì)及施工流程，包括復(fù)合驗(yàn)算、加固方案選擇、實(shí)際施工、加固后校驗(yàn)等環(huán)節(jié)，具體闡述如下：第一個(gè)環(huán)節(jié)，復(fù)合驗(yàn)算。在這個(gè)環(huán)節(jié)中，主要要完成房屋內(nèi)原有結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵參數(shù)測算，并測算出所需加固部分的關(guān)鍵參數(shù)，進(jìn)而完成加固后新結(jié)構(gòu)整體的安全性能測算。第二個(gè)環(huán)節(jié)，加固方案選擇。根據(jù)復(fù)合驗(yàn)算環(huán)節(jié)的測算結(jié)果，以及用戶的實(shí)際需求，選擇最合理的加固方案。目前，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的房屋加固方法，主要有擴(kuò)大橫截面積加固、外加型鋼加固、外加復(fù)合材料加固、外加鋼板加固、鋼筋植入加固等方法，加固方案就從這些方法中進(jìn)行選擇。第三個(gè)環(huán)節(jié)，實(shí)際施工。根據(jù)前一個(gè)環(huán)節(jié)選擇出的合理方案，完成具體的加固施工。施工技術(shù)的細(xì)節(jié)將在下一部分闡述。第四個(gè)環(huán)節(jié)，加固后校驗(yàn)。根據(jù)實(shí)際施工得到的加固后的新的整體房屋結(jié)構(gòu)，進(jìn)行加固后校驗(yàn)，以測評(píng)加固的施工效果是否滿足要求。

加固處理的理論分析

加固處理的受力特征本文中要加固處理的房屋對(duì)象，建筑結(jié)構(gòu)是以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為主。因此，首先來分析鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固前后的受力變化。這里，將加固前的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)稱為原有結(jié)構(gòu)，新增的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)稱為新增結(jié)構(gòu)，原有結(jié)構(gòu)和新增結(jié)構(gòu)的結(jié)合體稱為加固后結(jié)構(gòu)。對(duì)于原有結(jié)構(gòu)而言，其在房屋體系中必然已經(jīng)承受載荷，即一次載荷。原有結(jié)構(gòu)在加固處理之后受力情況會(huì)發(fā)生改變，稱之為二次受力，加固后所受載荷稱之為二次載荷。在實(shí)際的加固操作處理過程中，因?yàn)榉课葜黧w的不可移動(dòng)性，一般是在一次載荷未被卸載或者只有部分卸載的情況下進(jìn)行的。在加固之前，因?yàn)樵薪Y(jié)構(gòu)的鋼筋混凝土已經(jīng)完成收縮變形，因此已經(jīng)確定地承擔(dān)載荷，如壓力載荷、彎曲載荷等。在加固之后，因?yàn)樾略鼋Y(jié)構(gòu)的鋼筋混凝土尚未完成收縮變形，其承受的載荷、內(nèi)部的應(yīng)力應(yīng)變還處于不穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)變化之中。這樣的受力特征是房屋加固處理中特別需要注意的，即：在加固之后、新增結(jié)構(gòu)尚未穩(wěn)定之前，原有結(jié)構(gòu)承擔(dān)的載荷可能會(huì)先于新增結(jié)構(gòu)所承擔(dān)載荷達(dá)到應(yīng)力峰值，這樣會(huì)對(duì)原有結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大損害。同時(shí)，如果新增結(jié)構(gòu)所分擔(dān)的載荷處于較低水平，那么加固就達(dá)不到預(yù)期的效果，仍然要原有結(jié)構(gòu)承擔(dān)主要載荷，留下極大的安全隱患。可見，加固效果的實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵在于新增結(jié)構(gòu)能否和原有結(jié)構(gòu)形成一個(gè)整體，并均衡地分擔(dān)原有結(jié)構(gòu)承受的載荷，這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵又在于新增結(jié)構(gòu)和原有結(jié)構(gòu)的結(jié)合面處理。實(shí)際操作中發(fā)現(xiàn)，加固后結(jié)構(gòu)的結(jié)合面處，如果不能達(dá)到足夠的抗剪強(qiáng)度，加固效果就無法達(dá)到預(yù)期水平。結(jié)合面處的抗剪分析由前面的分析可知，結(jié)合面處的抗剪性能分析，對(duì)于加固效果的實(shí)現(xiàn)具有重要意義。加固處理的校核分析當(dāng)加固完成后，原有結(jié)構(gòu)和新增結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)有效連接，尤其是結(jié)合面處達(dá)到了預(yù)期的抗剪效果后，需要對(duì)加固后結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體的校核，其中抗壓能力校核如下：

典型加固技術(shù)對(duì)比分析

擴(kuò)大橫截面積的加固方法梁和柱子是房屋中支撐和受力的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)單元，其安全性直接決定了房屋的安全性和使用壽命。從理論上講，梁和柱子的橫截面積越大，其單位面積上所受到的壓強(qiáng)就越小，整體安全性就越高。擴(kuò)大橫截面積的加固方法，就是在原有的梁型結(jié)構(gòu)和柱型結(jié)構(gòu)上，增加新的配筋再澆鑄新的混凝土，以達(dá)到擴(kuò)大原有梁型結(jié)構(gòu)和柱型結(jié)構(gòu)橫截面積的目的。擴(kuò)大橫截面積的加固方法，施工方法簡單方便，可以分別采用單側(cè)澆鑄擴(kuò)增方式、雙側(cè)澆鑄擴(kuò)增方式、三側(cè)澆鑄擴(kuò)增方式和四側(cè)澆鑄擴(kuò)增方式，示意情況如圖2所示。在擴(kuò)大橫截面積加固方法的實(shí)際施工過程中，有時(shí)以增加配筋為主、混凝土澆筑量不大，從而使得梁型構(gòu)件或者柱型構(gòu)件的橫截面積增擴(kuò)的視覺效果并不明顯；有時(shí)要求顯著增加原有的橫截面積，就必須要加大混凝土的澆注量，此時(shí)也必須有足夠數(shù)量的配筋才能確保混凝土澆筑的牢固。在擴(kuò)大橫截面積加固方法施工中，必須特別注意擴(kuò)增部分與原有結(jié)構(gòu)的整體性，如果能實(shí)現(xiàn)配筋和原有鋼筋的有效連接，可以達(dá)到更好的效果。在一般情況下，擴(kuò)增部分的澆注混凝土的型號(hào)必須在C20以上。特殊情況下，配筋可以用鋼板和特殊型鋼等材料來替代，以增加擴(kuò)增部分的強(qiáng)度。擴(kuò)大橫截面積的加固方法施工方法簡單，但也有一些比較明顯的缺點(diǎn)：第一，增擴(kuò)后的部分會(huì)擠壓原有的房屋內(nèi)室空間；第二，施工周期比較長，新增混凝土需要養(yǎng)護(hù)處理，新增結(jié)構(gòu)整體需要應(yīng)力釋放，從而會(huì)影響到住戶對(duì)房屋的正常使用。

外加型鋼的加固方法

為了節(jié)省居住空間并縮短施工周期，在原有梁型結(jié)構(gòu)或柱型結(jié)構(gòu)外加型鋼是一種非常實(shí)用的加固方法。這種方法的施工原理也比較簡單，只需將一些特定形狀的型鋼，黏貼在梁型結(jié)構(gòu)或柱型結(jié)構(gòu)外側(cè)即可。黏貼了特定形狀的型鋼以后，這些加固用的型鋼可以部分替代或者完全替代原有結(jié)構(gòu)的承載能力，從而起到加固房屋的效果。對(duì)于矩形截面的梁型結(jié)構(gòu)或柱型結(jié)構(gòu)，需要黏貼的特殊形狀型鋼主要為黏貼在四個(gè)角部的角鋼，在橫向和縱向的每一對(duì)角鋼之間，再配置箍板，箍板和角鋼之間可以用常見的螺栓完成連接，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)梁型結(jié)構(gòu)或柱型結(jié)構(gòu)的整體加固。對(duì)于圓形截面的梁型結(jié)構(gòu)或柱型結(jié)構(gòu)，則需要使用一定數(shù)量的扁鐵，均勻排布后實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)的整體加固。這兩種方式的施工情況示意如圖3所示。外加型鋼的加固方法因不需澆注混凝土，僅需相對(duì)較薄的型鋼即可以完成加固，從而大大節(jié)省了空間。同時(shí)，不使用混凝土就避免了濕作業(yè)環(huán)節(jié)，從而可以大大節(jié)省工期。但需要注意的是，型鋼的選擇除了要符合被加固結(jié)構(gòu)的形狀、尺寸需求外，還需要注意材料的型號(hào)以滿足受力需求。同時(shí)，型鋼之間的連接方式和連接件的選擇業(yè)需要格外注意，有效和可靠的連接才能確保各個(gè)型鋼連接成一個(gè)整體，形成有效加固。外加復(fù)合材料的加固方法外加復(fù)合材料的加固方法，原理上同外加型鋼的加固方法是一樣的，其目的也都是為了節(jié)省空間和縮短施工工期。但是相比于外加型鋼的加固方法，外加復(fù)合材料的加固方法，因?yàn)槭褂昧烁「嵝缘睦w維型復(fù)合材料，可以達(dá)到加固部分占用空間更小、對(duì)任意形狀結(jié)構(gòu)加固的效果。目前，在房屋加固中使用的復(fù)合材料都是纖維型的增強(qiáng)材料，密度小、材質(zhì)輕、柔性度高、抗拉強(qiáng)度高、抗剪效果好。這種方法在施工過程中需要注意的主要有兩點(diǎn)，一是復(fù)合材料和原有結(jié)構(gòu)的界面間有效彌合才能達(dá)到更好的加固效果，二是纖維型復(fù)合材料的彈性較差。在我國城市的房屋加固處理中，碳纖維布被廣泛使用，其主要型號(hào)及對(duì)應(yīng)參數(shù)如表1所示。表1我國城市房屋加固中使用的碳纖維布型號(hào)抗拉強(qiáng)度質(zhì)量彈性模量厚度C1-45碳纖維布3600MP500g/m2240000MPa0.30mmC1-30碳纖維布3600MP350g/m2240000MPa0.17mmC5-45碳纖維布3100MP350g/m2400000MPa0.17mmC1-20碳纖維布3600MP250g/m2240000MPa0.11mm外加鋼板的加固方法外加鋼板的加固方法與外加型鋼的加固方法原理上一致，但相比于外加型鋼的方法更加簡單、施工要求更低。這種方法只需要薄鋼板和結(jié)構(gòu)膠即可，無需角鋼、扁鐵、連接件等特殊部件。因此，其操作更為方便、施工工期更短。外加鋼板的厚度一般從2mm到6mm不等，根據(jù)鋼板的厚度，黏貼所用結(jié)構(gòu)膠的厚度從1mm到3mm不等。這樣，加固后總的外加厚度最大為9mm，幾乎不會(huì)改變?cè)械目臻g。而鋼板和結(jié)構(gòu)膠的配合使用，可以大大增強(qiáng)原有結(jié)構(gòu)的承載能力。但需要指出的是，因?yàn)殇摪灞旧硇螤畹南拗疲@種加固方法有一定的局限性，只能在矩形界面的結(jié)構(gòu)外側(cè)使用，即必須是平面加固才能有效黏貼。

鋼筋植入的加固方法

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋，類似于人體結(jié)構(gòu)中的骨骼，是支撐整個(gè)結(jié)構(gòu)、完成承載能力的關(guān)鍵所在。因此，一旦房屋關(guān)鍵結(jié)構(gòu)中的鋼筋數(shù)量不足，就會(huì)降低房屋整體的安全性。所以，對(duì)于梁型結(jié)構(gòu)和柱型結(jié)構(gòu)的加固，也可以采取鋼筋植入的方法以增加鋼筋的數(shù)量。植入鋼筋加固方法的施工過程，是通過測算確定需要增加鋼筋的數(shù)量和植入鋼筋的位置，然后在原有結(jié)構(gòu)的特定部位完成鉆孔后插入鋼筋，再重新澆注混凝土封口，實(shí)現(xiàn)對(duì)原有結(jié)構(gòu)的加固。很顯然，植入鋼筋的加固方法是一種局部加固處理技術(shù)，因此施工量小，也不需大面積改變?cè)薪Y(jié)構(gòu)的外觀。因此具有工期短，操作空間小、加固針對(duì)性強(qiáng)等特點(diǎn)。

結(jié)語

我國很多城市將出現(xiàn)大量房屋加固維修的問題。而根據(jù)發(fā)達(dá)國家的經(jīng)驗(yàn)，建設(shè)工程中用于房屋加固維修的投入要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于新建房屋的投入。為了解決我國的房屋加固維修問題，本文針對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的城市房屋，設(shè)計(jì)了加固處理流程并對(duì)典型的加固施工技術(shù)進(jìn)行對(duì)比分析。通過對(duì)比擴(kuò)大橫截面積的加固方法、外加型鋼的加固方法、外加復(fù)合材料的加固方法、外加鋼板的加固方法、鋼筋植入的加固方法可知：擴(kuò)大橫截面積的加固方法效果好，但會(huì)壓縮居住空間、工期也較長；外加型鋼和外加復(fù)合材料的加固方法，可以有效節(jié)省空間并縮短施工周期；外加鋼板的加固方法，優(yōu)點(diǎn)與外加型鋼和復(fù)合材料的方法接近，但適用范圍會(huì)受到一定的限制；鋼筋植入的加固方法具有工期短，操作空間小、加固針對(duì)性強(qiáng)等特點(diǎn)，但屬于局部加固。面對(duì)具體的房屋加固問題，施工技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際情況在上述五種方法中進(jìn)行合理的選擇。

作者：王述海