既有房屋建筑结构加固改造的新材料与新方法探索

引言

房屋建筑结构加固是一项系统、复杂的工程，房屋加固设计不仅要使建筑物符合现代都市要求，同时还应为居民提供舒适、安心的居住环境，而结构加固施工新材料在房屋建筑中起到很大的作用，对保证房屋建筑质量和安全具有重要作用。对既有房屋建筑进行加固改造，具有多方面的重要意义。从安全角度看，可有效消除结构安全隐患，提高建筑的抗震、抗风等承载能力，保障使用者的生命财产安全。在功能方面，能根据现代生活和生产需求，对建筑空间布局、设施设备等进行优化，提升建筑的适用性。

、新材料与新方法研究的重要性

传统的加固材料和方法在应对复杂的既有建筑结构问题时，存在一定的局限性。新型材料凭借其优异的性能，如高强度、轻质、耐腐蚀等，为结构加固提供了更多可能。新的加固方法则能更高效、精准地解决结构问题，提高加固效果和施工效率。研究和应用新材料与新方法，有助于推动既有房屋建筑加固改造技术的创新发展，提升加固工程的质量和水平。

二、房屋建筑结构加固改造的新材料

2.1 碳纤维增强复合材料（CFRP）

碳纤维增强复合材料具有高强度、高模量、低密度、耐腐蚀等优异性能。其抗拉强度通常可达 2000-4000MPa ，是普通钢材的数倍，而密度仅为钢材的四分之一左右。在既有建筑结构加固中，CFRP 常用于梁、板等受弯构件的加固，通过在受拉区粘贴CFRP 布或板，可显著提高构件的抗弯承载能力。施工时，先对混凝土表面进行处理，确保粘贴面平整、干净，然后涂抹配套胶粘剂，将 CFRP 材料均匀粘贴并压实，保证良好的粘结效果。

2.2 玻璃纤维增强复合材料（GFRP）

玻璃纤维增强复合材料成本相对较低，具有较好的化学稳定性和电绝缘性。在对强度要求相对不高但需耐腐蚀的建筑结构加固中应用较多，如化工厂建筑的防腐加固。可制成 GFRP 筋替代传统钢筋用于混凝土结构，能有效解决钢筋锈蚀问题，延长结构使用寿命。制作 GFRP 筋时，将玻璃纤维与树脂基体通过拉挤工艺复合成型，保证纤维均匀分布，以提高筋材的力学性能稳定性。在实际工程中，使用 GFRP 筋的混凝土结构在恶劣环境下的耐久性明显优于传统钢筋混凝土结构。

2.3 芳纶纤维增强复合材料（AFRP）

芳纶纤维增强复合材料具有高强度、高韧性、耐高温、耐化学腐蚀等特点。其拉伸强度与碳纤维相当，且具有良好的抗冲击性能。在既有建筑结构加固中，AFRP 可用于抗震加固、承受较大动荷载的结构加固等。如在地震多发地区的建筑加固中，采用 AFRP对框架柱进行约束加固，能有效提高柱的延性和抗震性能。然而由于芳纶纤维成本较高，目前在实际工程中的应用相对较少，有待进一步降低成本以扩大应用范围。

2.4 高性能钢材

高性能钢材具有强度高、韧性好、可焊性强等优点。与普通钢材相比，其屈服强度和抗拉强度更高，能在相同承载能力要求下减少钢材用量，降低结构自重。在既有建筑结构加固中，可用于替换受损的钢梁、钢柱等构件，或作为新增支撑结构的材料。采用高性能钢材制作的加固支撑，能更有效地分担结构荷载，提高结构的稳定性。高性能钢材良好的可焊性和韧性，使其在复杂的加固施工中更易于操作，且能保证结构连接的可靠性。

2.5 耐候钢

耐候钢是一种具有良好耐大气腐蚀性能的钢材，在大气环境中能形成一层致密的氧化保护膜，阻止钢材进一步腐蚀。在既有建筑的室外钢结构加固、屋面钢梁加固等工程中，耐候钢具有明显优势，可减少后期维护成本。在一些工业厂房的屋面改造中，使用耐候钢替换原有易腐蚀的钢梁，不仅提高了结构的安全性，还降低了因钢材腐蚀而导致的频繁维修费用。此外耐候钢的外观具有独特的质感，在一些对建筑外观有要求的加固

项目中，还能起到一定的装饰效果。

三、既有房屋建筑结构加固改造新

3.1 结构健康监测系统应用

传感器网络平台也是既有建筑物加固改造智能化管理的基础性技术，借助高维度感知、高精度分析等技术手段，构筑结构“数字孪生体”。具体由传感器层、通信层、数据层和应用层组成。其中，传感器层为光纤光栅传感器、压电传感器等仪器设备，能够在广范围内运行，并且可以不受温度限制，可以感应结构应变、温度、振动频率等参数，实时采集相关数据；通信层是通过无线传输方式或工业以太网传输技术等传输网络，保证监测数据在复杂建筑物中稳定传输；数据层包括在传感器层中收集的数据后，在边缘计算节点的干扰噪声处理之后，传递到云端数据库，与 BIM 模型实现结构的三维受力图；应用层是针对被测物的三维受力图，设计了专用数据分析软件，包括使用机器学习等数据处理算法来快速进行异常数据的辨识，并自动生成分析结论报告，该报告包含损伤位置、损伤程度及发展状况等。

3.2 智能控制技术在加固中的应用

智能控制技术就是通过感知、决策、执行等构成的闭合系统，实现对加固过程进行自适应控制。在体外预应力加固过程中，可由磁流变阻尼器和 PLC 控制装置构成智能调节装置，即当传感器检测到构件的挠度超出现值设计值一定比例时，智能调节装置会自动开启一些设备，通过伺服电机调整预应力钢束张力，让结构始终处于最佳受力状态。模糊控制技术在结构抗震加固过程中更适用，它就是在框架节点内安置一种耗能器，通过采集各种振动信号来建立以位移角和速度为输入变量的模糊控制规则库，即在结构承受地震作用时，将结构的实时数据调用至匹配控制策略，进而带动耗能器进行动作，吸收地震能量，确保结构安全。

3.3 托梁拔柱技术

托梁拔柱方法为临时支换与永久托换结合，实现在有空间上的安全有效，具体工艺为：运用有限元方法在计算机上建立托换梁与原结构的相互作用受力模型，分多次施加荷载工况模拟，选配最佳托换截面尺寸；施工过程采用分级加载，同步千斤顶群整体加载将柱荷载逐步转换到托换梁上，各级荷载加载保证稳定的延时过程，整个过程实时监控梁体应变与沉降变化。其在满足空间改造的过程中对上部不造成任何影响，在保持结构及空间结构的条件下，成功拆去柱子，达到建筑功能进一步完善。

3.4 基础托换技术

托换技术的基础托换技术，主要应用于既有建筑物地基的立体化地基加固体系。桩基托换使用微型钢管桩、锚杆静压。在桩基托换上用到一定的间距布置的微型桩，以一定的形式分布，并通过锚杆把千斤顶反力传到原来的那些建筑物基础，而压桩就应用了压桩自动记录仪进行控制桩的压桩力及桩体的垂直度，这样保证了桩基施工的质量。而对于既有浅基础加固法可用高压喷射注浆及扩大承台复合技术。先用高压喷射注浆来形成水泥土桩，而后再用钢筋混凝土承台把原来的那些基础与新桩体结合起来，这样也就提高了地基的承载能力，控制着后续的沉降从而解决由于不均匀的沉降所造成的结构问题。

结语

既有房屋建筑结构加固改造的新材料与新方法探索，对提升建筑安全性、延长使用寿命意义重大。新型材料以其优异性能拓展了加固边界，智能监测、控制及高效托换等新方法则革新了施工模式。未来需持续推动材料革新与技术融合，完善应用体系，以更好应对既有建筑加固挑战，为城市更新与可持续发展提供坚实技术支撑。

参考文献

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