既有建筑改造施工中结构安全加固技术及施工干扰控制研究

引言

随着我国城镇化进程进入存量时代，大量既有建筑面临功能升级需求与结构老化矛盾。据统计，我国建成于20 世纪90 年代前的既有建筑占比超过 60% ，其中约30%存在不同程度的安全隐患。在“双碳”目标背景下，对这些建筑进行改造再利用相较于拆除重建可减少70%的建筑垃圾产生量和50%的能耗。然而，既有建筑改造面临着两大核心技术挑战：一是如何在不中断使用的情况下实现结构性能提升，二是如何将施工过程对周边环境和用户的影响降至最低。传统经验型施工方法已难以满足现代工程要求，亟需建立科学的技术体系和管控标准。本文依托实际工程项目，综合运用数值模拟与现场监测手段，探索适用于不同场景的结构加固方案和施工干扰控制策略，为行业提供可复制的解决方案。

一、既有建筑结构安全评估与加固技术选择

（一）结构现状诊断方法

采用无损检测技术与负载试验相结合的方式进行全面评估。运用回弹法测定混凝土强度分布，超声波法检测内部缺陷，钻芯取样校正测试结果；通过静载试验获取关键构件的实际承载能力曲线。建立三维激光扫描模型记录建筑变形特征，利用应变片阵列监测应力集中区域。这种多维度诊断方式能够准确识别结构薄弱环节，为后续加固设计提供可靠依据。例如，在某砖混结构办公楼改造项目中，发现承重墙局部砌筑砂浆饱满度不足且存在竖向裂缝，成为重点加固部位。

（二）主流加固技术对比分析

碳纤维复合材料加固法：具有强度高、重量轻、耐腐蚀的优点，适用于受弯构件正截面承载力不足的情况。通过粘贴U 形箍可有效约束混凝土横向变形，提高延性性能。但需注意胶结剂的长期耐久性和防火处理要求。外粘型钢加固法：采用结构胶将型钢骨架粘接于构件表面，形成组合受力体系。该方法对提高柱体抗侧刚度效果显著，且便于与其他加固措施协同使用。不过需要考虑钢材锈蚀风险及界面剥离可能性。

增大截面加固法：通过增加混凝土保护层厚度改善受力状态，适合梁板等受压构件的承载力提升。但会增加结构自重，可能改变原有传力路径，需进行整体验算。

（三）组合式加固方案设计原则

根据结构类型、损伤程度和使用功能需求制定个性化方案。 对于框架结构优先采用“碳纤维布+钢支撑”的混合体系，既发挥纤维材料的抗拉优势 剪力墙结构则可选择双层玻璃纤维网格布配合喷射混凝土层进行双面加固。在设计 L7 先基 再加固”的顺序，确保新旧构件协同工作。例如，在上海某历史建筑保护性改造中，采用预应力碳板锚固技术成功实现了大跨度楼板的荷载转移。

二、施工干扰动态监测与控制技

（一）振动响应特性研究

建立包含土体-基础-上部结构的相互作用模型，模拟打桩、破碎等工序引起的强迫振动传播规律。采用加速度传感器网络实时采集地面及建筑物不同标高的振动速度时程曲线，分析频率成分与衰减特性。设置预警阈值触发自动停机装置，当峰值加速度超过规范允许值时立即暂停作业。在某地铁站毗邻建筑加固工程中，通过调整破碎锤击频率避开结构自振周期，使最大振动幅度降低 40% 。

（二）噪声污染综合治理

实施分时段施工管理制度，将高噪声作业安排在白天非敏感时段进行。沿施工现场周边设置全封闭隔音屏障，内部配备低噪音设备并加装消声器。定期使用声级计测量边界噪声水平，绘制等声线图定位主要声源点。在杭州某商场改造项目中，采用吸隔声模块化墙体将施工区域与营业区隔离，实测隔声量达 35dB(A)，满足商场正常运营需求。

（三）粉尘扩散防控体系

构建湿式作业为主的工艺流程，配备雾炮机、喷淋系统保持场地湿度。安装PM2.5 在线监测仪联动喷雾设备自动启停，确保颗粒物浓度控制在国家标准以内。对易产生扬尘的材料实行密闭存放和传输，车辆出入必须冲洗轮胎。广州某医院加建工程中，通过BIM 模拟优化材料吊运路径，减少露天堆放面积，使施工现场TSP 浓度下降 60% 。

三、典型工程应用案例分析

南京某民国教学楼改造项目展现了历史建筑保护与功能提升的完美结合。该砖木结构建筑因缺乏抗震设计面临重大安全隐患，项目团队实施了系统性加固方案：运用高强芳纶纤维布对承重柱进行环形包裹，显著提升其抗剪承载力；创新性地增设钢筋混凝土剪力墙构建现代抗震体系；采用精密顶升技术校正倾斜的基础承台。施工过程中部署无线倾角监测系统实现毫米级变形控制，配合慢速静压桩工艺有效消除地基沉降影响。经第三方权威机构检测验证，加固后结构抗震性能实现质的飞跃——层间位移角限值由原 1/250 大幅提升至1/50，完全满足现行规范要求。此案例不仅成功保留了历史风貌，更通过技术创新使百年老建筑获得新生，其技术路线与实施效果为同类遗产类建筑改造提供了宝贵经验，彰显了传统工艺与现代科技融合的独特价值。

四、数字化辅助决策平台构建

本研究开发的 BIM+IoT 智能管理系统为建筑改造提供数字化解决方案。系统深度融合建筑信息模型与物联网技术，集成结构健康监测、进度管控及环境监管等核心功能模块。通过有限元仿真模拟多种荷载工况下的结构响应，精准预测不同加固方案的效果；实时接入物联网传感器采集的变形、应力等数据，动态修正分析模型参数，形成设计-施工闭环优化机制。平台嵌入行业专家知识库，可自动推送预警信息与处置建议，指导现场人员高效应对异常状况。在深圳某工业厂房扩建实践中，该系统成功监测到邻近地铁隧道的微小沉降趋势，基于大数据分析提前发出风险预警，促使项目团队及时优化基坑支护参数，有效规避了潜在安全事故。该案例验证了系统在复杂城市环境中的应用价值，实现了从经验驱动到数据驱动的管理转型，为类似工程提供可复制的智能决策支持工具。

结语

既有建筑改造是实现城市有机更新的重要途径，其核心在于平衡结构安全性提升与施工环境友好性的关系。本研究形成的成套技术体系表明，通过精准诊断、科学设计和智能管控，完全可以在保障安全的前提下实现绿色低碳改造。未来研究方向应聚焦于新型材料的研发应用、智能化监测设备的小型化以及数字孪生技术的深度整合，进一步推动建筑行业向工业化、智能化转型。随着城市更新行动的持续推进，这些技术创新将为存量资产盘活提供强有力的技术支撑，助力构建资源节约型社会。

参考文献

[1] 王军伟.可拆卸榫卯装配式框架结构抗震性能与设计方法研究[D].北京工业大学,2024.

[2] 周超.A 建筑可靠性鉴定项目质量风险管理研究[D].西安建筑科技大学,2024.

[3] 张军烈.装配式建筑预制悬挑板施工临时加固技术研究[J].建筑施工,2024,46(06):922-926.