建筑構造的鑒定與加固的研究

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1建筑物加固改造的原因

據有關部門統計，我國現有城鎮民用房屋建筑中，約有23億m2的建筑由于使用時間較長，需要進行鑒定和加固，其中有近10億m2的危房急需加固與維修，才能正常使用。

建筑物需要加固和改造的原因首先是部分建筑物超過或達到設計基準期（50年），已嚴重老化。如50年代建造的建筑物已有相當一部分超過預定的設計基準期。50年代后期，特別是1958年以后建造的建筑物，包括民用住宅，工業廠房，公共建筑等，雖未超過使用年限，但不少已受到不同程度的損害，有的甚至成為“危房”，無法繼續使用。

另外，自然災害的損壞。包括風災、水災、火災和地震。據統計風災每年損壞房屋30萬間。火災平均每年約3.6萬起，直接損失約5億元。各種災害對建筑物造成的損害，都需要檢測、鑒定和加固修復。

2建筑物鑒定的基本方法

建筑物鑒定也稱為建筑物可靠性鑒定。它是對已有建筑物承受的荷載、作用、結構抗力及相互關系進行檢查、測定、分析和判斷，并取得結論的過程。建筑物可靠性鑒定的基本方法主要有經驗鑒定法、實用鑒定法和可靠度鑒定法等幾種。

1）經驗鑒定法：經驗鑒定法是以原設計規范或規程為依據，按個人目測及定值計算結果來評定建筑物的一種經驗評定方法。

2）實用鑒定法：實用鑒定法是在經驗鑒定法的基礎上發展起來的，它克服了經驗法的缺點，十分重視檢測手段和測試技術，對于荷載、材料強度等有關力學參數，一定采用實測值并經統計分析后才用于結構的分析計算。

3）可靠度鑒定法：運用概率論和數理統計原理，采用非定值統計規律對建筑物的可靠度進行鑒定的一種方法，稱為可靠度鑒定法，又稱為可靠概率鑒定法。概率法在理論上是完善的，但目前離實用還有距離。目前概率法的實際應用僅止于近似概率法，從概率分布曲線和形態，用均方差度量并找出“安全指標”。

我國建筑物的可靠性鑒定任務十分繁重，目前所采用的鑒定方法大致處于經驗鑒定法和實用鑒定法之間。對于可靠度鑒定法已編制《工業建筑可靠性鑒定標準》，并將專家知識與計算機技術相結合，已有幾種建筑物可靠性鑒定的專家系統。

3加固理論與加固技術

加固理論是一門研究使受損建筑物重新恢復使用，即使失去部分抗力的結構重新獲得原有的構件抗力甚至超過原有抗力的學科。它包含了結構損傷、檢測，加固技術、設計方法、加固施工，以及方案選擇與投資優化等，實質上是一門研究結構服役期間的動態可靠度及維修理論的綜合性學科。

加固理論有其自身特點：首先，相對于新建結構的設計，它的自由度要小得多；其次，加固結構屬于二次受力結構，新舊兩部分存在著應變滯后和應力超前現象，新加部分材料的潛力一般不能得到充分利用；再則，加固理論還必須立足于整個結構性能考慮，不能只因局部破壞就只加固局部的處理方法；最后，加固后結構的可靠度和使用期限一般不能套用新建結構的標準要求，應具體對象具體分析。

加固技術是加固理論在加固工程中的具體應用。加固技術根據因素和目的可分類如下：

按作用因素分為一般加固和災后加固；按功能因素可分為結構功能性加固和使用功能性加固；按時間因素可分為臨時加固、中期加固和長期加固；按結構受力因素分為靜力加固、動力加固和抗震加固；按加固方法可分為直接加固、間接加固。

4工程加固實例

4.1概況

下面例舉某中學教學樓，該樓為一幢四層建筑物。該結構豎向承重體系采用了鋼筋混凝土框架與磚墻共同承重的結構方案。水平向承重體系為預制鋼筋混凝土空心板，基礎形式為樁基。該大樓在使用后不久在框架KJ-1、KJ-2頂層邊跨外側的梁端發現負彎矩裂縫開展過大，在框架KJ-1頂層中間跨中也發現了開展較大的正彎矩裂縫。根據現場觀察和施工圖紙，對可能引起裂縫開展過大的各種原因進行定性分析，并按規范要求，計算了該框架的內力及有關截面配筋；最后針對已出現的問題，提出了若干個加固修補方案，以供修復時參考。

4.2裂縫成因的分析

在該多層鋼筋混凝土框架結構中，可能引起框架梁裂縫開展過大的原因有以下幾個方面：

1）結構布置及基礎不均勻沉降。多層框架是一個高次超靜定結構。而建于軟土地基上的多層框架，由于地基土的壓縮而引起的基礎不均勻沉降往往會在上部結構中產生較大的內力。如果在框架兩柱間出現沉降差，就會給框架帶來附加應力。大約沉降差達到跨度的0.2%以上時在框架節點附近部位就會開裂。該建筑物的地質報告中稱軟弱層厚薄不一，施工圖中也說明該大樓地基土“壓縮性較大”，而為滿足建筑功能上既有辦公室又有教室的要求，結構布置中卻采用了鋼筋混凝土框架與磚墻共同承重的方案，結構剛度不對稱，結構自重不均勻，這樣更容易引起基礎的不均勻沉降，從而引起框架的附加內力和裂縫。事實上，該地基的不均勻沉降已明顯可見，故可以斷定框架中已有一定的附加內力產生。地基不均勻沉降是框架裂縫的主要原因。

2）框架結構計算。①結構計算簡圖的確定。KJ-1為四層三跨框架，且具有對稱性。KJ-2為四層單跨框架，且每層框架梁挑出走廊長度部分擱置在磚墻上。考慮到磚墻截面較大，在梁端擱置點近似地按不動鉸支處理。即得KJ-1、KJ-2的計算簡圖如圖1。

圖1計算簡圖

②荷載計算根據荷載規范，并參考施工圖，可以計算得到：恒載作用下框架梁上的分布荷載：頂層AB跨15.1KN/m，BC跨14.0KN/m；1、2、3層，AB跨12.9KN/m，BC跨11.8KN/m。活荷載：樓面取2KN/m2，走廊取2.5KN/m2，屋面取0.7KN/m2。

③內力計算。由電算求得恒載和活載最不利組合時框架梁的彎矩值如圖2（單位：KN-m）。

④配筋計算。以KJ-1頂層AB跨A端負彎矩為例進行強度復核：

已知：b=240mm，h=500mm，配筋2Φ16，As=402mm2，fy=210N/mm2，200號混凝土相當于C18級，fcm取C15的8.5N/mm2和C20的11N/mm2的內插值：fcm=10N/mm2，M=55.2KN-m

復核配筋：h0=500-35=465mm，則

X=h0-=465-=52.4mm

As=fcmbx/fy=10*240*52.4*210=598.9mm2>2Φ16，As=402mm2

可見配筋不足，少（598.9-402）/598.9=32.9%。

4.3加固方案

（方案1：a）貼角鋼外包砂漿：在頂層梁端開裂處，先把混凝土梁上邊的角磨圓，使其與角鋼能密切結合，角鋼位置用扁鐵箍固定，角鋼與混凝土梁之間用環氧樹脂粘結嵌實，使其共同工作，形成一個整體梁。然后外包砂漿保護層。

圖3加固方案

（方案2：b）鋼筋混凝土加固層：在梁頂加置3Φ16鋼筋，并用箍筋將其固定于梁面上，將上表面混凝土打毛，然后外包混凝土，混凝土頂面厚40毫米，其它三面厚20毫米或用砂漿外包。

（方案3：c）工字鋼或角鋼加固：在梁兩邊置工字鋼或角鋼，使其與多孔板接觸受力，分擔部分荷載。邊上也可包混凝土或砂漿層。