预应力加固技术在既有建筑改造中的应用研究

引言

我国大量既有建筑建于上世纪 80 年代至 2000 年代初期，受限于当时的材料性能、设计规范和施工技术，部分建筑在当前使用条件下已难以满足现代安全与功能需求。此外，建筑功能的不断调整（如商业空间改造、工业厂房再利用等）也对结构承载能力提出了更高要求。传统的加固方法如增大截面法、外包钢法等虽应用广泛，但存在施工周期长、空间占用大、对原结构扰动明显等缺点。相比之下，预应力加固技术通过在结构中引入主动应力，有效改善构件受力状态，提升结构整体性能，成为既有建筑改造中的重要技术手段。

1 预应力加固技术的基本原理

预应力加固是通过在既有结构中施加预应力，使被加固构件在未承受外部荷载前即处于受压状态，从而抵消部分或全部由外荷载引起的拉应力，提高构件的抗裂性能和承载能力。其基本原理源于预应力混凝土技术，但在既有结构加固中，多采用体外预应力或无粘结预应力技术。预应力加固的核心在于“主动补强”：传统加固方法属于被动增强，仅在结构变形或开裂后发挥作用；而预应力技术则在加固阶段即对结构施加有益的初始应力，实现“防患于未然”。该技术尤其适用于梁、板、柱等受弯或受压构件的加固。

2 预应力加固的主要类型

根据预应力筋的布置方式与锚固形式，预应力加固技术主要分为以下几类：

2.1 体外预应力加固

体外预应力加固是将预应力筋布置在构件的外部，通过转向块和锚固装置对预应力筋施加预应力的一种技术。该方法施工便捷，对原构件无损伤，便于后期的检测与维护，广泛应用于大跨度梁、桥梁及工业厂房的加固工程。然而，体外预应力加固对建筑外观有一定影响，且在使用过程中需特别注意预应力筋的防腐与防火措施，以确保加固效果持久可靠。

2.2 无粘结预应力加固

无粘结预应力加固是将无粘结预应力筋（如涂有油脂并外包塑料套管的钢绞线）粘贴或嵌入到构件的表面，通过张拉和锚固来实现加固目的的一种技术。该技术对原结构的扰动较小，施工简便快捷，特别适用于空间受限的室内改造工程。无粘结预应力筋的使用，避免了传统加固方法对室内空间的占用，提高了改造工程的效率和质量。

2.3 有粘结预应力加固

有粘结预应力加固是在构件表面开槽，将预应力筋置入槽内后灌注高强灌浆料，使预应力筋与构件形成有粘结体系的一种加固方法。该方法传力性能好，耐久性强，能够显著提高构件的承载能力和抗裂性能。然而，有粘结预应力加固的施工过程相对复杂，对原结构的损伤较大，需要在施工前进行充分的评估和准备，以确保加固效果满足设计要求。

2.4 预应力碳纤维板加固

近年来，随着复合材料技术的不断发展，预应力碳纤维板（CFRP）因其轻质高强、耐腐蚀等优点，逐渐应用于既有结构的加固工程中。预应力碳纤维板加固是通过专用锚具对碳纤维板施加预应力，使碳纤维板与构件紧密贴合，从而有效控制裂缝的发展，提升构件的抗弯刚度。该技术不仅加固效果显著，而且施工简便快捷，对原结构的扰动小，是一种具有广阔应用前景的加固方法。

3 预应力加固在既有建筑改造中的优势

该技术通过主动施加预应力，有效改善结构构件的受力状态，在不显著增加自重的前提下，可使原结构的承载能力提升至20%～50% ，充分满足建筑功能升级的需求。同时，预应力加固技术能够闭合或有效抑制原有裂缝的扩展，显著减少结构在使用过程中的挠度和变形，从而提高结构的耐久性和使用舒适性。相较于传统加固方法，预应力加固施工更为便捷，多为干作业，无需大量湿作业和模板支撑，因此施工速度快，对建筑正常使用的影响较小，尤其适合营业性建筑的改造需求。此外，预应力加固系统多采用体外或表面粘贴的方式，不显著增加构件的截面尺寸，有利于保持建筑的净高和使用空间，对于层高受限的改造项目尤为适用。

4 工程应用案例分析

本案例以某市一栋建于 1990 年代的多层办公楼改造为例。该办公楼原结构为钢筋混凝土框架，因功能升级需求，部分办公区需改造为数据中心。改造后，楼面荷载由原有的 2.0kN/m² 增至 8.0kN/m² 。然而，在结构检测过程中发现，部分主梁跨中出现裂缝，挠度超标，承载力无法满足新荷载要求。因此，急需采取有效加固措施，以确保结构安全并满足新功能需求。针对该办公楼的结构特点和加固需求，经技术比选，决定采用体外预应力钢绞线加固方案。该方案具有施工便捷、对原结构损伤小、加固效果显著等优点，特别适用于本案例中的多层办公楼改造。

加固方案的具体实施步骤如下：

上述案例的加固效果分析显示，通过采用体外预应力加固技术，结构的承载力得到了显著提升，完全满足了新功能对荷载的需求。同时，加固后跨中挠度显著减少，有效控制了结构的变形，进一步提高了结构的稳定性和安全性。值得注意的是，预应力加固技术的施工效率极高，整个加固周期短，对办公楼其他楼层的正常使用影响微乎其微，充分展现了其施工便捷性的优势。此外，从经济效益角度来看，相较于其他加固方法，体外预应力加固方案在材料成本、施工周期以及人力投入等方面均展现出了良好的经济性。

5 实施要点与注意事项

在实施预应力加固技术时，需特别注意以下几个要点与事项：首先，加固前务必对既有结构进行全面评估与设计，涵盖材料强度、裂缝分布、钢筋锈蚀情况等关键要素，以确保加固方案的科学性和有效性。其次，针对锚固与转向节点，由于这些区域应力集中，易发生局部破坏，因此需进行详细验算并采取加强措施，如增设钢垫板、加密箍筋等，以提升结构安全性。同时，体外预应力筋暴露于空气中，需采取防腐涂装或设置防护套管等防腐措施，并满足建筑防火规范要求，通常需外包防火板或喷涂防火涂料，以保障结构耐久性。此外，施工过程中应严格控制张拉工艺，减少锚具滑移、混凝土徐变等因素导致的预应力损失，必要时实施超张拉补偿策略。

结语

综上所述，预应力加固技术以其高效、可靠、施工便捷等优点，在既有建筑改造中展现出广阔的应用前景。通过合理设计与精细施工，可显著提升结构承载力、控制裂缝发展、延长建筑使用寿命。随着材料科学与智能监测技术的进步，预应力加固将向更高效、更智能的方向发展，为城市更新与建筑可持续发展提供有力支撑。

参考文献

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