建筑结构加固设计及施工研究

引言

我国城镇化进程不断加快，建筑工程项目日益增多，对建筑质量提出了更高要求。一些老旧建筑由于材料老化、设计标准低、施工不规范等原因，其结构强度和稳定性下降，已不能满足安全使用需求，必须进行结构加固改造。建筑结构是影响建筑工程综合性能的关键因素，做好建筑结构加固设计与施工，能够增强建筑物的整体承载力、延长使用寿命、提高抗震性能，对保障建筑安全、发挥正常使用功能具有重要作用。

1 常用的建筑结构加固方法

1.1 增大截面法

增大截面法是指通过增加钢筋混凝土构件截面尺寸的方法来提高其承载力。该方法操作简单，可大幅提高结构强度和刚度，适用于梁、板、柱等构件的受力加固。施工时，先凿毛清理原构件表面，将混凝土表面凿毛深度控制在 10-20mm[1] 。然后按设计要求添加钢筋，新增钢筋直径一般为12-20mm ，间距 200-300mm 。将新钢筋与原钢筋可靠绑扎或焊接，搭接长度应满足规范要求。之后支设模板，浇筑高强混凝土，新混凝土强度等级宜比原混凝土高 1-2 个等级，采用微膨胀水泥可提高新老混凝土的粘结性能。混凝土浇筑应分层进行，每层厚度控制在 300-500mm ，并插入式振捣密实。该方法施工工序较多，需要对原构件表面进行凿毛、除锈等处理，增加新钢筋时还要注意保护层厚度，确保新钢筋位置准确，并与原钢筋可靠锚固。浇筑新混凝土时要分层振捣，保证密实度，防止出现露筋、蜂窝等问题。

1.2 外包钢加固法

外包钢加固法是在钢筋混凝土构件外包裹型钢或钢板，利用钢材的高强度和良好延性改善结构性能。该方法可有效限制构件变形，提高承载力和延性，对提高柱、梁抗震性能效果显著。外包钢施工时，应先将钢板切割、成型，钢板厚度一般为 4-10mm 。并在钢板与混凝土接触面涂刷环氧树脂胶，胶层厚度控制在 1-2mm 。待胶粘剂固化后，再将钢板紧贴在构件表面，采用化学锚栓或膨胀螺栓进行锚固[2]。锚固件直径一般为 10-16mm ，间距 200-500mm 。锚固长度不小于钢板宽度的 1/2 ，且不小于 50mm 。为保证钢板与混凝土粘结牢固，施工时要对混凝土表面进行打磨处理，表面平整度应达到 2mm/m ，并用丙酮等溶剂清除浮灰和油污。对于柱构件，一般采用四面包钢，全包型钢截面厚度 8-12mm ；对于梁构件，可采用"U"形或"L"形开口式布置钢板，钢板厚度 6⋅10mm 。外包钢加固施工方便，7 天即可完成，对建筑使用影响小。且加固后承载力可提高 50%-100% ，延性提高 1-2 倍，加固效果显著。

1.3 粘贴碳纤维布加固

碳纤维布是一种高强高模、质轻、耐腐蚀的新型复合材料，单向拉伸强度可达 2000-4000MPa，弹性模量 200-800GPa ，是钢材的数倍。将碳纤维布粘贴在钢筋混凝土构件表面，可大幅提高构件抗弯、抗剪、抗拉性能，适用于梁、板开裂，柱轴压比偏大，剪力墙耐震能力不足等问题的加固。粘贴碳纤维布加固时，施工面要求高，首先要将混凝土表面凿毛，露出新鲜混凝土，并用细石砂浆找平，表面高差应小于 2mm[3] 。然后涂刷低粘度环氧树脂底胶，涂层厚度 0.5-1mm 。底胶固化后，裁剪碳纤维布，碳纤维布单向抗拉强度不低于 2000MPa ，设计厚度 0.22-0.44mm 。将其沿构件受力方向粘贴，宜采用专用滚筒反复辊压，挤出气泡，碳纤维布搭接长度不小于 100mm 。粘贴完成后，再涂刷环氧树脂面胶，涂层厚度 0.5-1mm 。碳纤维布养护期为 7 天，养护温度宜为 15-35^∘C ，相对湿度不超过 75% 。粘贴碳纤维布加固施工操作简便，一般 7-15 天即可完成，可在不停止建筑使用功能的条件下进行，且对建筑外观影响小。加固后构件抗弯承载力可提高20%.50% ，裂缝宽度可降低 50% 以上。但其施工对环境要求较高，施工面需要保持干燥，若遇潮湿、低温或强紫外线环境，会影响碳纤维布与树脂的粘结强度。

1.4 预应力加固法

预应力加固法是通过在构件中施加预应力，提高构件抗裂、抗变形能力，改善受力性能，该方法可用于梁、板、柱等构件，尤其适合跨度大、裂缝较宽的梁板结构加固。常用的施加预应力方法有粘贴预应力钢板法、置入预应力筋法等。粘贴预应力钢板法是在构件表面粘贴钢板，利用外部预应力筋对钢板施加预应力，从而给构件施加反向弯矩，提高构件刚度。置入预应力筋法是在构件内预留孔道，穿入精轧螺纹钢筋或钢绞线，利用端部锚具锚固，并采用千斤顶张拉预应力筋，直接给构件施加预应力。粘贴预应力钢板加固时，先将构件底面凿毛，用环氧树脂胶粘贴钢板，钢板厚度一般为 4.8mm 。待胶凝固后，在钢板两端设置锚固端板，端板上开孔并穿入高强钢绞线，利用穿心式千斤顶拉伸钢绞线，使钢板产生向上的弯曲变形，对构件产生反向弯矩。预应力施加应分级进行，每级荷载作用15.30min ，直至达到设计拉力。置入预应力筋加固时，在构件跨中和支座截面附近各预留直径为预应力筋直径 1.5 倍的孔道，孔道内穿入精轧螺纹钢筋或钢绞线。在构件端部设置锚固垫板，利用千斤顶对筋施加预应力，分级张拉，每级持荷 5-10min 。张拉完成后，用高强无收缩水泥砂浆压浆，封锚固孔道。

2 建筑结构加固设计与施工要点

2.1 做好前期准备工作

建筑结构加固设计与施工前，应全面收集建筑原始图纸、竣工资料等相关档案，并对主体结构进行现场勘察，采用无损检测等方法评估结构构件的完整性和材料强度，查明结构存在的病害、薄弱部位。在此基础上，结合建筑使用功能要求，制定科学合理的加固方案。方案应经过反复论证，优化加固构造，合理选用加固材料，确保加固设计的安全性和经济性。

2.2 科学选择施工方法

针对建筑结构存在的不同问题，要因地制宜选择恰当的施工加固方法。如梁、板开裂，宜采用粘贴碳纤维布、预应力加固等；柱轴压比过大，宜增大截面或外包钢加固；砌体墙裂缝则适合灌浆加固等。同时还要考虑施工条件、工期、造价等因素，优选操作简便、效果好、经济合理的加固方法。对于一些关键部位和特殊构件的加固，应在专家论证的基础上，开展加固试验或专项施工方案设计，指导施工操作。

2.3 加强施工过程管控

建筑结构加固施工时，应严格按照施工方案和规范要求组织实施。基坑开挖过程中注意对基础、地下结构的保护，混凝土浇筑应连续施工，避免施工缝。钢筋绑扎要保证间距和数量，钢材焊接质量应满足抗拉强度要求。加固用树脂、粘结剂等材料要有出厂合格证，并按规定比例配制。粘贴碳纤维、钢板等材料加固时，作业面应凿毛处理，露出坚实饱满的混凝土基面。涂刷底胶和结构胶时应控制涂层厚度均匀，待胶凝固后方可粘贴碳纤维布、钢板。粘贴过程中应反复辊压，挤出胶层间的气泡，确保粘贴饱满、牢固。养护期间应避免碰撞、振动，固化后及时做好面层防护。

结束语

综上所述，建筑结构加固设计及施工是一项复杂的系统工程，需要在全面勘查和科学评估的基础上，因地制宜地选择恰当的加固方法。要重视前期的加固设计论证，合理选用加固材料，优化加固方案。施工时应严格把控各工序质量，加强过程管理和安全防护，保证加固施工效果。通过科学的建筑结构加固设计与施工，可有效提高建筑物的安全性、适用性和耐久性，延长其使用寿命，发挥更大的经济社会效益。

参考文献：

[1]彭霞.既有建筑结构的加固设计及施工研究[J].江西建材，2024，(12):377-379.

[2]余维娜.住宅建筑结构的加固和施工技术研究[J].居舍，2024，(24):19-22.

[3]张燕清.房屋建筑结构加固施工技术研究[J].住宅与房地产，2024，(20):98-100.