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高层框架建筑加固方法

高层建筑发展现状

1.1 什么是高层建筑

国家标准《民用建筑设计通则》(GB50352—2005)中规定,高层建筑是指10层及10层以上的住宅及高度大于24m的公共建筑,建筑高度大于100m的民用建筑为超高层建筑。按1972年召开的国际高层建筑会议中确定:第一类高层建筑,9~16层(最高到50m);第二类高层建筑,17~25层(最高到75m),第三类高层建筑,36~40层( 最高到 100m);超高层建筑,40层以上(高度100m以上)。

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1.2 我国高层建筑概况

我国在20世纪50年代迎来一次大规模的建设,该建设时期高层建筑得到较大的发展,同时由于该时期经济水平较低以及建筑标准尚未形成,故该时期对于高层建筑的标准要求较低。20世纪80年代,我国迎来建筑行业快速发展的第二阶段,在该阶段建筑特点表现为新建与改造、维修并举,除此之外,建造的标准与技术水平得到较高的提升。

目前,我国建设用地较为紧张,文物和环境保护意识增强,高层建筑单体综合功能特别是绿地空间、节能减排需要,城市经济发展及刚性住房观念极为突出,城镇化促使高层建筑全面发展。同时,从20世纪70年代中期以来,通过大量的工程实践,我国的高层建筑施工技术、施工装备、施工材料及大数据的应用等得到很大的发展。形成了大模板、爬模、滑模、全现浇、内浇外挂、内浇外砌等成套工艺;在设备方面已有手动、液压和电动提升设备;地质探勘、基础处理及结构大数据计算运用等,促进了高层建筑的发展。

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高层建筑加固的原因

(1)设计不达标、建筑功能设计不能满足正常使用需求。

(2)基础性的设计概念理解偏差,导致设计计算及设计方案出现偏差。

(3)受限于施工技术以及施工水平,施工过程中出现的设计问题没有得到很好的解决,导致施工存在一定的问题。再加之施工中所使用的建筑材料未能达到设计标准要求,导致建筑结构或结构构件在建成的使用过程的耐久性受到严重的影响。

(4)在施工过程中对建筑结构或构件进行用途的变更,导致构件荷载超过极限。

(5)擅自进行建筑功能的改变,对于建筑结构进行改造,或随意对房屋进行增层、增加荷载等。

(6)使用环境恶劣,对材料性能产生严重影响。如自然环境对木结构、钢筋混凝土结构的功能及力学性能会产生削弱影响。

(7)文物及古建筑的保护,大开发对周边环境特别是地质的影响,轻微地震等对高层建筑的影响。

(8)拆除重建受限或经济性价比等原因。

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高层建筑结构加固基本原则

(1)高层建筑结构的力学体系构建需要遵守总体效应原则。虽然有时进行结构加固仅为提高某些危险构件的性能,但是仍需要从整体结构体系角度进行结构加固的考虑。

(2)先鉴定,后加固的原则。正常情况下,需要以加固高层建筑的结构或构件信息为基础进行全面系统的鉴定分析, 在客观分析现有结构材料性能、结构与构造、结构体系、结构缺陷、结构及构件受损程度、结构受力状况、持力水平等数据之后,进行科学合理的高层建筑结构加固方案的制定。

(3)以材料的性能为基础进行初选方案的挑选,确保选取的方案数值与原结构设计相符。若施工的高层建筑结构没有原始资料记录,需要进行认真细致的材料强度等级测试。进行混凝土强度等级的确定时,需要在原结构混凝土强度等级的基础上进行一级强度等级的提高,以此实现对构件的加固处理。

(4)充分发挥原有材料及构件的作用,实现社会及经济效益的最大化。虽然原有高层建筑结构出现一定破损,但仍有一定承载能力。进行结构加固设计时,可以尽量提高对原有高层建筑结构的利用率,减轻对原有高层建筑结构或构件因拆除造成的二次损伤或破坏。

(5)对高层建筑的结构或构件进行加固处理的方案具有多样性,并不是唯一的,所以进行最终处理方案的确定时需充分考虑各方意见,并对最终确定的设计处理方案遵循优化加固方案的原则,确保高层建筑结构加固方案技术上的可行性以及可靠性,经济指标上的合理性,加固施工上的方便性、快捷性以及加固方案上的环保性。

(6) 高层建筑结构进行加固需要与抗震设防进行结合的原则。我国是地震频发国家,6度及以上级别的地震区几乎遍及全国。我国的高层建筑在1976年以前对于抗震设防进行得极少。1989年以前的抗震规范仅为7度以上震区进行抗震设防设计。但2008年汶川地震以后,我国地震灾害引发的问题不容小视,严重影响到我国社会及经济的健康稳定发展。

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高层建筑结构加固方法

4.1 框架柱加固

(1)框架柱轴压比超过规范规定可根据碳纤维布试验结果缠绕加固,增加柱混凝土侧向约束,并提高构件在地震荷载作用下的变形性能。

(2)可根据现场实际情况和施工条件在原柱四周加包钢筋混凝土,增强区域框架柱承载能力。

(3)留用原结构柱,在柱周包型钢骨架,并在二者之间灌注结构胶,随后对加固后的柱外包钢丝网抹高强砂浆。

4.2 框架梁加固

(1)采取结构胶粘钢板剪力箍加固框架梁,并在钢板表面抹水泥浆。

(2)对于主梁端部箍筋不满足规范要求的梁体,可在梁端粘贴U形碳纤维布提高抗剪能力。

(3)对非结构垂直裂纹进行结构胶灌注加压封闭处理。

(4)进行钢筋阻锈处理,穿入加强通长筋,植入U形箍筋,安装抗剪钢托座并采用对拉螺栓固定。

4.3 框架其他结构加固

(1)独立基础加固:可部分留用老独立基础,加大长、宽和高度,浇筑加宽部位混凝土垫层,且避免破坏底板钢筋。然后对原基础进行钢筋阻锈处理并涂刷新旧混凝土界面剂。

(2)柱根部位:在柱周植入柱墩主筋并绑扎柱墩钢筋,此部位新浇筑混凝土时也应涂刷新旧混凝土界面胶。浇筑混凝土后支模、拆模、养护浇筑混凝土。

(3)楼板部位:在原有楼面板和屋面板粘贴碳布加固,对原楼板底进行钢筋阻锈处理。

(4)结构连接:对于原结构梁与新增梁体连接时,应将次梁下部主筋植入原梁体,并补浇混凝土以保证次梁的抗剪强度,随后进行拆模及养护等工序。

4.4 加固方案比较

(1)加大梁横截面:梁是建筑物的重要重力支持,对梁的截面进行加大,可以大大提高构件的承载力;与此同时,对梁的截面进行增加相应会增加结构的自重,促进楼层净空的减少;若全采用梁加大横截面法,需要做好混凝土、钢筋、模板等各个工序的施工配合,施工的工程量相应加大。

(2)粘钢或粘碳布:采用该加固方式进行施工处理,可以加快施工速度,在不影响结构外形的前提下直接完成抗震目的的加固;单以胶粘接钢板或碳纤维布对梁进行加固,其长期抗老化性能还有待考察。

(3)框架结构梁底加固:对结合面及钢板结合面进行加固处理是整个加固施工过程的关键。干式加固施工方法可以更好地使角钢紧贴构件的表面,需要注意的是要做好混凝土表面的平整工作,确保混凝土表面无杂物及尘土;加固过程中使用湿式加固方法施工时,需要做好角钢筋及混凝土表面的清理工作,做好钢板的除锈工作。

总结

随着我国高层和超高层建筑的进一步发展,传统技术会进一步提高,一些新理论、新技术,新工艺也在不断涌现,结构加固作为一个技术含量要求较高的新兴行业也得到较大的发展。为提高结构加固工程的施工质量,需要找专业设计单位进行设计,再找有加固改造专业资质的施工单位进行工程的施工。

搞好旧房的加固与改造工作能够节省资源、优化基建投资、缩短建设工期、延长高层建筑的使用寿命,缓解我国住房紧张的矛盾。



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