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高層框架建筑加固方法

高層建筑發展現狀

1.1 什么是高層建筑

國家標準《民用建筑設計通則》(GB50352—2005)中規定,高層建筑是指10層及10層以上的住宅及高度大于24m的公共建筑,建筑高度大于100m的民用建筑為超高層建筑。按1972年召開的國際高層建筑會議中確定:第一類高層建筑,9~16層(最高到50m);第二類高層建筑,17~25層(最高到75m),第三類高層建筑,36~40層( 最高到 100m);超高層建筑,40層以上(高度100m以上)。

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1.2 我國高層建筑概況

我國在20世紀50年代迎來一次大規模的建設,該建設時期高層建筑得到較大的發展,同時由于該時期經濟水平較低以及建筑標準尚未形成,故該時期對于高層建筑的標準要求較低。20世紀80年代,我國迎來建筑行業快速發展的第二階段,在該階段建筑特點表現為新建與改造、維修并舉,除此之外,建造的標準與技術水平得到較高的提升。

目前,我國建設用地較為緊張,文物和環境保護意識增強,高層建筑單體綜合功能特別是綠地空間、節能減排需要,城市經濟發展及剛性住房觀念極為突出,城鎮化促使高層建筑全面發展。同時,從20世紀70年代中期以來,通過大量的工程實踐,我國的高層建筑施工技術、施工裝備、施工材料及大數據的應用等得到很大的發展。形成了大模板、爬模、滑模、全現澆、內澆外掛、內澆外砌等成套工藝;在設備方面已有手動、液壓和電動提升設備;地質探勘、基礎處理及結構大數據計算運用等,促進了高層建筑的發展。

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高層建筑加固的原因

(1)設計不達標、建筑功能設計不能滿足正常使用需求。

(2)基礎性的設計概念理解偏差,導致設計計算及設計方案出現偏差。

(3)受限于施工技術以及施工水平,施工過程中出現的設計問題沒有得到很好的解決,導致施工存在一定的問題。再加之施工中所使用的建筑材料未能達到設計標準要求,導致建筑結構或結構構件在建成的使用過程的耐久性受到嚴重的影響。

(4)在施工過程中對建筑結構或構件進行用途的變更,導致構件荷載超過極限。

(5)擅自進行建筑功能的改變,對于建筑結構進行改造,或隨意對房屋進行增層、增加荷載等。

(6)使用環境惡劣,對材料性能產生嚴重影響。如自然環境對木結構、鋼筋混凝土結構的功能及力學性能會產生削弱影響。

(7)文物及古建筑的保護,大開發對周邊環境特別是地質的影響,輕微地震等對高層建筑的影響。

(8)拆除重建受限或經濟性價比等原因。

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高層建筑結構加固基本原則

(1)高層建筑結構的力學體系構建需要遵守總體效應原則。雖然有時進行結構加固僅為提高某些危險構件的性能,但是仍需要從整體結構體系角度進行結構加固的考慮。

(2)先鑒定,后加固的原則。正常情況下,需要以加固高層建筑的結構或構件信息為基礎進行全面系統的鑒定分析, 在客觀分析現有結構材料性能、結構與構造、結構體系、結構缺陷、結構及構件受損程度、結構受力狀況、持力水平等數據之后,進行科學合理的高層建筑結構加固方案的制定。

(3)以材料的性能為基礎進行初選方案的挑選,確保選取的方案數值與原結構設計相符。若施工的高層建筑結構沒有原始資料記錄,需要進行認真細致的材料強度等級測試。進行混凝土強度等級的確定時,需要在原結構混凝土強度等級的基礎上進行一級強度等級的提高,以此實現對構件的加固處理。

(4)充分發揮原有材料及構件的作用,實現社會及經濟效益的最大化。雖然原有高層建筑結構出現一定破損,但仍有一定承載能力。進行結構加固設計時,可以盡量提高對原有高層建筑結構的利用率,減輕對原有高層建筑結構或構件因拆除造成的二次損傷或破壞。

(5)對高層建筑的結構或構件進行加固處理的方案具有多樣性,并不是唯一的,所以進行最終處理方案的確定時需充分考慮各方意見,并對最終確定的設計處理方案遵循優化加固方案的原則,確保高層建筑結構加固方案技術上的可行性以及可靠性,經濟指標上的合理性,加固施工上的方便性、快捷性以及加固方案上的環保性。

(6) 高層建筑結構進行加固需要與抗震設防進行結合的原則。我國是地震頻發國家,6度及以上級別的地震區幾乎遍及全國。我國的高層建筑在1976年以前對于抗震設防進行得極少。1989年以前的抗震規范僅為7度以上震區進行抗震設防設計。但2008年汶川地震以后,我國地震災害引發的問題不容小視,嚴重影響到我國社會及經濟的健康穩定發展。

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高層建筑結構加固方法

4.1 框架柱加固

(1)框架柱軸壓比超過規范規定可根據碳纖維布試驗結果纏繞加固,增加柱混凝土側向約束,并提高構件在地震荷載作用下的變形性能。

(2)可根據現場實際情況和施工條件在原柱四周加包鋼筋混凝土,增強區域框架柱承載能力。

(3)留用原結構柱,在柱周包型鋼骨架,并在二者之間灌注結構膠,隨后對加固后的柱外包鋼絲網抹高強砂漿。

4.2 框架梁加固

(1)采取結構膠粘鋼板剪力箍加固框架梁,并在鋼板表面抹水泥漿。

(2)對于主梁端部箍筋不滿足規范要求的梁體,可在梁端粘貼U形碳纖維布提高抗剪能力。

(3)對非結構垂直裂紋進行結構膠灌注加壓封閉處理。

(4)進行鋼筋阻銹處理,穿入加強通長筋,植入U形箍筋,安裝抗剪鋼托座并采用對拉螺栓固定。

4.3 框架其他結構加固

(1)獨立基礎加固:可部分留用老獨立基礎,加大長、寬和高度,澆筑加寬部位混凝土墊層,且避免破壞底板鋼筋。然后對原基礎進行鋼筋阻銹處理并涂刷新舊混凝土界面劑。

(2)柱根部位:在柱周植入柱墩主筋并綁扎柱墩鋼筋,此部位新澆筑混凝土時也應涂刷新舊混凝土界面膠。澆筑混凝土后支模、拆模、養護澆筑混凝土。

(3)樓板部位:在原有樓面板和屋面板粘貼碳布加固,對原樓板底進行鋼筋阻銹處理。

(4)結構連接:對于原結構梁與新增梁體連接時,應將次梁下部主筋植入原梁體,并補澆混凝土以保證次梁的抗剪強度,隨后進行拆模及養護等工序。

4.4 加固方案比較

(1)加大梁橫截面:梁是建筑物的重要重力支持,對梁的截面進行加大,可以大大提高構件的承載力;與此同時,對梁的截面進行增加相應會增加結構的自重,促進樓層凈空的減少;若全采用梁加大橫截面法,需要做好混凝土、鋼筋、模板等各個工序的施工配合,施工的工程量相應加大。

(2)粘鋼或粘碳布:采用該加固方式進行施工處理,可以加快施工速度,在不影響結構外形的前提下直接完成抗震目的的加固;單以膠粘接鋼板或碳纖維布對梁進行加固,其長期抗老化性能還有待考察。

(3)框架結構梁底加固:對結合面及鋼板結合面進行加固處理是整個加固施工過程的關鍵。干式加固施工方法可以更好地使角鋼緊貼構件的表面,需要注意的是要做好混凝土表面的平整工作,確保混凝土表面無雜物及塵土;加固過程中使用濕式加固方法施工時,需要做好角鋼筋及混凝土表面的清理工作,做好鋼板的除銹工作。

總結

隨著我國高層和超高層建筑的進一步發展,傳統技術會進一步提高,一些新理論、新技術,新工藝也在不斷涌現,結構加固作為一個技術含量要求較高的新興行業也得到較大的發展。為提高結構加固工程的施工質量,需要找專業設計單位進行設計,再找有加固改造專業資質的施工單位進行工程的施工。

搞好舊房的加固與改造工作能夠節省資源、優化基建投資、縮短建設工期、延長高層建筑的使用壽命,緩解我國住房緊張的矛盾。


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