劉韻孜

針對(duì)既有建筑的改建項(xiàng)目類(lèi)別，其結(jié)構(gòu)加固的原因及必要性分析，根據(jù)這類(lèi)建筑的特性，列舉了幾種適合于此類(lèi)項(xiàng)目的加固工法，分析其優(yōu)缺點(diǎn)并根據(jù)項(xiàng)目實(shí)例及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)相應(yīng)工法進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用，總結(jié)幾種工法的使用效果，為今后該類(lèi)項(xiàng)目實(shí)施結(jié)構(gòu)改造提供了可參考的實(shí)例。

一、城市更新課題中結(jié)構(gòu)改造的原因

1.建筑自然老化帶來(lái)的連鎖反應(yīng)

根據(jù)相關(guān)部門(mén)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)城鎮(zhèn)住房總量接近300億平方米，城鎮(zhèn)人均居住建筑面積37平方米，而按照設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期50年來(lái)看，其中相當(dāng)大一部分房屋已經(jīng)進(jìn)入房屋使用壽命的“中后期”，在房屋結(jié)構(gòu)的使用過(guò)程中，外部環(huán)境也在時(shí)刻侵蝕房屋材料本身，使結(jié)構(gòu)逐步失去原有的設(shè)計(jì)功能，材料逐步劣化退減。

2.不可抗力帶來(lái)的損傷

由于自然因素引起的不可逆轉(zhuǎn)的損傷，根據(jù)相應(yīng)規(guī)范的要求，推薦使用相應(yīng)的技術(shù)和相關(guān)工藝進(jìn)行加固和修復(fù)，以滿足現(xiàn)行規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)安全性的要求。

3.結(jié)構(gòu)功能性變化導(dǎo)致原設(shè)計(jì)荷載產(chǎn)生變化需要加固的

當(dāng)既有建筑的使用功能發(fā)生變化的，導(dǎo)致原設(shè)計(jì)荷載已無(wú)法滿足新的建筑方案布置要求和結(jié)構(gòu)荷載要求，則需要進(jìn)行局部或整體加固，該類(lèi)加固建筑常出現(xiàn)在商業(yè)或工廠用房中。

4.規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的提高

設(shè)計(jì)規(guī)范和相應(yīng)的施工標(biāo)準(zhǔn)不斷推陳出新，近年來(lái)國(guó)家相關(guān)各部委及地方標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制定的水準(zhǔn)一直在提高，在既有建筑改造項(xiàng)目中就會(huì)不可避免的帶來(lái)原有的設(shè)計(jì)規(guī)范不能滿足新規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的要求，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變更，但是某些具有特殊意義的建筑不適宜大規(guī)模改造，特別是在鬧市區(qū)的標(biāo)志性建筑，這就會(huì)導(dǎo)致項(xiàng)目可能在竣工上存在一定問(wèn)題，這都是需要在既有建筑改造項(xiàng)目中要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。

二、常用的結(jié)構(gòu)加固形式

1.增大截面法

作為最為常用的結(jié)構(gòu)加固工法，增大截面法施工簡(jiǎn)便，見(jiàn)效快，能夠顯著提高被加固結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，將混凝土直接澆筑在鋼筋混凝土的受壓面上，通過(guò)植筋作為連接件傳力桿，使新澆筑的混凝土和既有結(jié)構(gòu)結(jié)合，以達(dá)到共同受力的目的，進(jìn)而提高構(gòu)件的截面面積和受力高度，明顯提高構(gòu)件的抗壓能力和受力強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)剛度。

但該種加固工法增大了結(jié)構(gòu)的截面面積，侵占了建筑的使用面積，適用于面積較大、對(duì)建筑面積要求不高的建筑單體，在如今的規(guī)劃管理和商辦住宅類(lèi)建筑中一般不單獨(dú)采用增大截面法加固工法來(lái)對(duì)構(gòu)件進(jìn)行加固。

2.外包鋼加固法

又叫粘鋼加固法、貼鋼加固法，這種方式可以有效提升原構(gòu)件的抵抗剪切的性能、抵抗開(kāi)裂的能力和抵抗彎曲的能力，在大多數(shù)情況下，可以與增大截面法相互取代，具體看設(shè)計(jì)和施工工況的要求。這種加固工法施工方便、技術(shù)難度低，易于操作，基本不占用建筑面積，粘結(jié)劑固化時(shí)間短，強(qiáng)度提升快，適用于對(duì)工期要求很高的工程或者搶險(xiǎn)救災(zāi)工程。但該工法對(duì)粘結(jié)劑和材料要求高，粘結(jié)材料的質(zhì)量直接影響到結(jié)構(gòu)加固后構(gòu)件的質(zhì)量。

3.碳纖維加固法

碳纖維加固法運(yùn)用化工材料碳纖維布，材料重量輕、抗酸堿腐蝕、使用靈活、外觀平整、占用面積小、抗拉強(qiáng)度能夠＞4000兆帕，目前主要應(yīng)用于橋梁、房屋、大壩、隧道的改造加固中，應(yīng)用范圍非常廣泛，且隨著材料國(guó)產(chǎn)化的推進(jìn)，價(jià)格也逐漸下調(diào)，可實(shí)施性很強(qiáng)。但是這種工法存在一個(gè)致命的缺陷，那就是碳纖維布與結(jié)構(gòu)的連接是采用粘結(jié)膠進(jìn)行施工的，該種膠不耐高溫，即如遇高溫其結(jié)構(gòu)抗剪切強(qiáng)度會(huì)隨著溫度的升高而迅速降低，在防火措施不足的前提下，碳纖維布的耐火性能很差，并且會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)受力造成較為嚴(yán)重的后果。

4.置換混凝土加固法

置換法能夠從根本上提升結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度以及剛度。其原理與加大截面法類(lèi)似，但施工持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，如有條件進(jìn)行該工法的施工，能夠有效保障結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。這種方式的最大缺點(diǎn)是對(duì)施工環(huán)境和工況有所要求，因?yàn)槠浔举|(zhì)是推倒重做，也就是說(shuō)將重新施工混凝土結(jié)構(gòu)物，這樣就會(huì)造成濕作業(yè)面很大，工期會(huì)較長(zhǎng)，而如何在既有建筑中大規(guī)模“推倒重做”所涉及的重難點(diǎn)更多，對(duì)工程目標(biāo)整體控制不利。

三、工程實(shí)例

本文結(jié)合teamLab Borderless上海世博園展館改造工程中對(duì)結(jié)構(gòu)加固方面的施工及設(shè)計(jì)過(guò)程，以及分析應(yīng)用在本工程中的結(jié)構(gòu)加固工法的施工實(shí)操及過(guò)程控制要點(diǎn)，通過(guò)實(shí)際案例來(lái)總結(jié)和提煉結(jié)構(gòu)加固技術(shù)在城市更新既有建筑改造課題中的必要性和關(guān)鍵性，為今后承接類(lèi)似項(xiàng)目做好技術(shù)積累和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。

1.工程概況

本工程選址上海市黃埔區(qū)半淞園路388號(hào)，改造原世博園C2展館6600平方米的雙層（1F和2F兩層）框架式的鋼結(jié)構(gòu)廠房。初設(shè)計(jì)于2008年8月，原作為公共服務(wù)設(shè)施用房使用，上部結(jié)構(gòu)形式為鋼框架結(jié)構(gòu)（環(huán)裝密集布置鋼柱），樓板為鋼板上鋪設(shè)細(xì)石混凝土面層?；A(chǔ)形式為樁基礎(chǔ)+圓弧形承臺(tái)，樁采用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁。

該房屋于2016年11月已整體改造為餐廳，大部分圓形構(gòu)筑物僅保留三根或四根鋼柱（其余鋼柱采用機(jī)械切割拆除），上一輪改造所保留下來(lái)的鋼柱采用了增大截面法進(jìn)行加固，加固以后的截面尺寸為50cm＊50cm。原設(shè)計(jì)中圓弧形的主梁則采用粘鋼法進(jìn)行的加固，加固后的尺寸為45cm＊70cm。樓板新增混凝土現(xiàn)澆樓板；基礎(chǔ)新設(shè)基礎(chǔ)梁。

本次建筑改造方案主要用途為展廳，根據(jù)新建筑方案資料和要求，針對(duì)原結(jié)構(gòu)荷載改變以及所提供的的建筑方案，滿足正常使用條件下的承載力要求。

2.工程內(nèi)容

本項(xiàng)目所涉及的結(jié)構(gòu)加固內(nèi)容主要有以下幾個(gè)方面：

①1F及2F弧形主梁截面增大加固。

②首層部分區(qū)域地坪鑿除及新做基礎(chǔ)

③部分弧形鋼梁加固

④1F靜壓預(yù)制樁施工

3.結(jié)構(gòu)加固技術(shù)在本工程中的應(yīng)用

（1）植筋

植筋是一種鋼筋的后生跟技術(shù)。在本工程中，梁截面加大時(shí)需要以植筋的方法將鋼筋植入原有構(gòu)件中，新增梁板的受力鋼筋也需植入原梁、柱中。設(shè)計(jì)及相關(guān)施工規(guī)范要求，植筋長(zhǎng)度＞15倍鋼筋直徑，且必須滿足植筋工藝的相關(guān)要求。

①材料要求

1）植筋膠要求：A級(jí)。

2）鋼筋要求：同設(shè)計(jì)圖紙等級(jí)一致。

3）混凝土強(qiáng)度要求：≥C30。

②施工工序

植筋工程排在其他工序之前，植筋沒(méi)有完成就會(huì)造成其他工序無(wú)法展開(kāi)。所以當(dāng)施工人員進(jìn)場(chǎng)后，及時(shí)根據(jù)圖紙要求優(yōu)先進(jìn)行植筋施工。

（2）灌漿料增大截面法

本項(xiàng)目采用灌漿料進(jìn)行增大截面法的施工?；诪樗喙酀{料，無(wú)收縮自流平。

外包混凝土結(jié)構(gòu)加固施工要點(diǎn)：

①對(duì)于需要鑿除的混凝土結(jié)構(gòu)部分，在鑿除前采用施加頂撐的支撐措施，嚴(yán)禁破壞預(yù)保留部分的砼，且鑿除之前應(yīng)該根據(jù)原結(jié)構(gòu)的施工工藝和施工順序，精確確定預(yù)鑿除砼的位置，以免保留部分產(chǎn)生混凝土裂縫，而導(dǎo)致多打多補(bǔ)等問(wèn)題出現(xiàn)。且鑿打的梁板鋼筋不得在交接處切斷，而應(yīng)該隔一根留出搭接長(zhǎng)度或設(shè)置機(jī)械連接。

②欲進(jìn)行加大截面工法進(jìn)行加固的部分，應(yīng)該在施工之前在砼界面經(jīng)過(guò)整修并暴露出骨料斷面后，應(yīng)用機(jī)械（如花錘、砂輪機(jī)等）輔以高壓射水的方式進(jìn)行鑿毛，清除浮漿，并形成鑿槽。

③新舊砼交界面應(yīng)該采用高一標(biāo)號(hào)的水泥砂漿接漿。

④在灌漿完成后的12小時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)可采用覆蓋塑料薄膜法或在終凝后灑水養(yǎng)護(hù)。

⑤灌漿完成后如有需要鑿除的部分應(yīng)該在灌漿完成后的4小時(shí)后進(jìn)行。

⑥灌漿施工過(guò)程中嚴(yán)禁再加固施工層進(jìn)行振動(dòng)較大的施工，以免破壞灌漿層。

原則上來(lái)說(shuō)，新增的框架柱應(yīng)位于弧形梁跨中區(qū)域（擾度最大），但結(jié)合相關(guān)建筑方案及建筑分割平面位置，部分新增的框架柱并未位于弧形梁跨中區(qū)域，會(huì)有相應(yīng)的偏移，經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)算，對(duì)應(yīng)增加的面積應(yīng)該滿足相關(guān)設(shè)計(jì)要求。

（3）鋼梁加固工程

弧形槽鋼制作：

現(xiàn)場(chǎng)部分鋼梁梁底需進(jìn)行槽鋼加固。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求采用弧形槽鋼拼接，本工程采用鋼板現(xiàn)場(chǎng)加工下料進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)制作安裝。

（4）靜壓預(yù)制樁施工工程

壓樁工藝施工控制要點(diǎn)：

在正式施工靜壓樁之前應(yīng)該按照設(shè)計(jì)和規(guī)范的要求先行施工試樁，通過(guò)試樁確定各類(lèi)施工參數(shù)。

一根靜壓樁的施工應(yīng)該連續(xù)不得中斷，并達(dá)到設(shè)計(jì)值200KN。施工過(guò)程中應(yīng)該做好相關(guān)記錄，靜力壓樁的過(guò)程控制應(yīng)該以壓力控制為主控因素，樁長(zhǎng)壓入度為輔助控制因素。根據(jù)試樁確定本工程項(xiàng)目靜力壓樁應(yīng)在達(dá)到設(shè)計(jì)荷載后穩(wěn)壓10min。

四、結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目基于異形結(jié)構(gòu)而開(kāi)發(fā)的加固技術(shù)，對(duì)于加固工程的廣泛應(yīng)用具有開(kāi)拓性的作用，可以有效指導(dǎo)該類(lèi)型結(jié)構(gòu)加固工程的施工和設(shè)計(jì)，該場(chǎng)館目前已正常投產(chǎn)2年，各項(xiàng)指標(biāo)良好。