加固改造处理技术在别墅工程中的应用

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  [摘 要]经过长期的使用建筑物的结构功能会有所降低,尤其是历史性的建筑物,在改造过程中受到当时技术水平的限制,会对建筑结构本身的稳定性产生一定的影响,出现问题时由于没有及时的解决,导致各类问题不断加剧,如果不及时采取措施和制定相应的解决办法,将会进一步加大建筑物的损失。因此,进一步提高建筑物的结构性能,对于人民的生命财产安全具有十分重要的影响,本文以实际工程案例,通过对建筑物的结构进行加固改造来提升建筑物的整体结构性能进行了简单的分析,以期为相关工作提供一定的借鉴作用。
  [关键词]加固改造处理技术;建筑结构工程;应用
  中图分类号:TE117 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2017)34-0181-02
  1 房屋建筑进行加固的意义及原因
  随着建筑业的迅猛发展,大量的房屋建筑不断涌现,房屋建筑的安全稳定性成为人民关注的重点,只有确保房屋建筑结构的稳定性,才可让居民安心居住,房屋建筑的维修、改造、加固等也成为现代房屋建筑业重点工作之一,因此,加固设计及施工技术的重要性日益凸显,该项工作对保证房屋建筑的质量安全性具有关键作用。房屋建筑结构加固施工技术被广泛应用在现代建筑施工过程中,要根据房屋建筑的实际情况和施工单位自身的资源情况,科学合理的选择加固改造施工技术,并对施工过程中的质量进行监督管理和控制,保证房屋建筑结构改造工程达到预期标准。房屋建筑需要坚固稳定的结构支撑体系,通过结构加固改造施工,可维护建筑因使用过程中产生的损耗,将多种因素对建筑结构产生的不良影响降低,增加建筑物抗震性及抗击自然灾害的能力等。房屋建筑进行加固改造的常见原因如下:随着建筑技术的发展,对建筑标准提出了更高要求,原建筑的结构体系不满足新标准的要求等;建筑物年久失修、材料老化、遭受台风、火灾、地震、水灾等自然侵害侵袭,使建筑结构受到破坏;设计或施工中发生差错,导致建筑出现工程质量事故;历史性建筑超期服役;建筑物功能改变;對原建筑进行改、扩建,导致建筑荷载变化。建筑物如果没有达到使用年限,产生坍塌等问题,会极大的危害人民生命财产安全。由于上述原因,导致建筑结构产生安全隐患,对原建筑结构进行加固改造,可有效增加建筑物的使用年限,保持建筑的使用功能和完整性。
  2 建筑加固改造技术的应用
  2.1 直接加固方法
  增大截面加固在建筑加固改造中有着广泛的应用,适用于框架结构建筑当中,在梁、柱、墙的加固中具有良好的效果,增加斜撑法与该方法类似。应用干式喷射混凝土法或湿式喷射混凝土法,利用喷射机,将混凝土料喷射于建筑结构的缺陷和损坏处,进而达到加固的效果。
  经建筑鉴定,建筑结构的混凝土强度,同时其梁、柱存在明显的缺陷和破坏,则需要应用置换混凝土加固法,能够有效弥补建筑结构的缺陷和损伤,提高其结构强度。增大截面加固法和置换混凝土加固法的缺点在于作业时间较长,会给居民的日常生活带来相应的不便。
  在不增加原构件截面尺寸的前提下进行建筑加固,一般采用外粘型钢加固法,其对提高混凝土强度有着显著的作用效果,进而提高建筑结构的稳定性,是一种简单、易行的加固改造方法。该方法的缺点在于钢材用量较大,增加了建筑改造的成本,同时易受到环境因素的影响。粘贴钢板加固的施工作业周期短,可有效避免对居民的日常生活造成干扰,适用于受弯或受拉构件的加固。目前,粘碳纤维复合材料在建筑加固改造中得到了广泛的应用,成为了建筑结构加固改造材料的主要选择。
  2.2 植筋或植锚栓处理
  植筋或植锚栓处理是建筑加固改造的重要手段,主要应用钢筋后锚固技术。钢筋后锚固技术主要应用于非结构构件、组合结构构件(受压结构构件、中心受剪构件以及压剪)的后锚固连接当中,但不能应用于复合受力(受拉、边缘受剪、拉剪等)的结构构件当中,进而达到理想的加固效果。在钢筋后锚固技术的实际应用当中,配合应用结构胶体,用以粘结钢筋和混凝土,进而产生较大的锚固力,进而达到加固的目的。
  2.3 混凝土裂缝修补技术
  混凝土裂缝是建筑结构中的常见问题,需要应用压力注胶修补技术,及时进行加固改造,避免裂缝程度的进一步增加。混凝土裂缝的修补包括表面修补和内部修补。在混凝土裂缝的表面修补当中,主要应用粘碳纤维复合材料进行裂缝的处理。而内部修补则是应用结构胶,将裂缝粘合起来,进而提高建筑结构的稳定性,同时具有防水的效果,避免混凝土受到侵蚀而产生损坏。
  2.4 改变受力体系的加固技术
  通过在原有房建结构中增设受力结构,房屋承载力因为增加,结构也更稳定。掌握原有房屋受力结构,对新增受力结构按照科学布置方案布設,使整体呈现出1+1>2的加固效果。该技术中应用在位普遍的方法为预应力加固技术,通过在已有建筑的受力结构内设置预应力,可以提升建筑整体承载力,但改变受力体系的加固技术需破坏原有建筑结构,施工周期也长,对原有建筑影响很大,因此该技术仅在老化严重的房建中被采用。
  2.5 碳纤维材料加固技术
  采用碳纤维材料加固技术进行加固后,因材料自重轻、厚度薄,对结构作用的附加荷载小,加固后载面尺寸和结构自重增加很小,且施工方便,施工质量易保证,施工周期短,具有广泛应用范围,如结构老化需加固、提升建筑抗地震的能力、建筑功能改变等,适用于梁、板、柱、屋架、桥墩、桥梁、筒体、壳体等结构,达到不改变结构外形来补强建筑结构的加固效果。为使碳纤维布中的碳纤维丝可共同工作,还要保证碳纤维布与结构共同工作,就需要要选择合格的粘结剂,严格控制施工过程中的粘贴质量。该技术是把碳纤维粘贴在构件或结构表面,使砼和碳纤维借助树脂类材料的粘和,成为复合整体,通过二者协同工作,建筑结构的整体抗弯、抗剪承载能力都得到提升,这样就实现了补强加固结构构件的目的。碳纤维材料弹性模量高且自身强度高,加固后结构的耐腐蚀性及和耐久性也得到大大的增加。   2.6 外包钢加固施工技术
  外包钢加固施工技术分为干式和湿式二种加固方式。所谓干式加固,指结构构件与钢材间带有缝隙时,使用水泥砂浆填满,不需粘贴钢筋砼构件与型钢,结构件独自受力,多应用于屋架、梁柱、间墙等结构。湿式加固是指借助乳胶水泥液态物质把需加固的构件与钢材进行粘连,该加固方法施工比较困难繁琐,涉及施工内容较多,但加固效果更好。采用该技术进行加固时,在满足原结构截面面积不变条件下,借助钢材包裹需加固的结构四周,实现提升原有建筑延性和刚度。
  3 加固改造技术在建筑结构施工中的要点分析
  3.1 对建筑结构进行可靠性的鉴定
  首先进行建筑结构的可靠性鉴定,之后再进行加固方案的确定、施工组织设计、施工以及竣工验收等工作。可靠性指的是建筑结构在基准期内能够正常设计施工并使用的情况下所应具备的预期功能,主要包括安全性、适用性和耐久性。安全性指的是在没有超过规定范围的荷载以及外加约束的情况下,建筑结构都能够承担得起,即使偶然遇到突发事件对建筑结构带来较大的冲击,建筑物也能够保证整体的稳定性。适用性指的是建筑在正常使用的情况下能够满足居住者的正常使用需求。耐久性指的是在正常的使用和维护情况下,虽然建筑材料的性能会逐渐降低但依然能够满足建筑物的使用功能。进行建筑物可靠性的鉴定,通过调查分析检测以及判断等方法来对建筑结构的安全性、适用性以及耐久性进行鉴定。通常是对缺少资料的情况下,针对年久的建筑物作出鉴定,或者是遭受地震、火灾、爆炸等破坏情况下,对建筑结构的力学性能、承载力以及结构状况进行鉴定,并获得实际的数据,对建筑结构的改造和加固提供参考依据。
  3.2 据建筑物实际情况选择价格改造方法
  目前常用的加固改造技术包括直接加固以及间接加固两大类。而在施工过程中应根据实际情况和使用要求来选择加固改造技术,在进行混凝土结构的加固改造时,应根据建筑实际情况来选择加固方法,如外粘钢板法、增大截面法、外粘型钢法等等。而采用间接方法进行加固改造时应根据建筑物的实际情况来确定,如选择增加支点法或者是外加预应力法等等。在进行加固改造施工过程中也可以选择其他技术进行辅助,如化学灌浆技术、植筋技术、填充密封技术、调整自振频率等技术。
  3.3 确保加固改造方案的科学性
  加固改造方案的科学性对于改造工程的成本和施工质量均具有直接影响,比如当构件出现较大的裂缝,但其承载力更能满足使用要求时,如果采用种筋加固的方法并不合理,这是因为种筋并不能防止裂缝的产生,但是通过采用增加预应力钢筋,改变受力系统以及运应力支撑等方法就可实现加固改造的目的。再比如,当构件的刚度和承载力无法满足要求时,可以通过增加梁板构件的横截面积或者是增加支点等方法来提高自振频率和刚度。在进行加固改造设计时,主要通过对加固构件的承载力计算处理以及绘制施工图来进行。设计单位应具备相关的资质方可进行加固改造设计,但在实际工作过程中,经常会出现不具有相关資质的设计单位出具加固改造设计方案,因此应加大监督管理力度。
  3.4 做好施工组织安排
  首先,应明确加固改造工程是处于负荷条件下还是部分负荷条件下进行的,这对于施工过程中的安全性具有十分重要的影响。因此,在施工之前首先应卸除暂时没有的外载,并且适当的增加预应力支撑,尽可能降低原有构件的应力。前期阶段原有的废除构件进行清除,并认真检查是否存在不妥之处。施工管理人员和技术人员应加强现场管理,一旦发现问题应及时解决,加固构件需要增加时应对其结合部分的牢固性进行严格控制,工程完成之后应加强竣工验收工作,确保加固改造工程质量。
  4 工程概况及加固技术应用
  4.1 工程概况
  该工程是处于北京市顺义区的蓝岸丽舍小区中的一别墅建筑,建筑汲取英法两国的经典乡村建筑为原型。本工程由于扩建加建需要,需在原结构的基础上增加部分混凝土结构,改扩建风格需与周边环境一致。由于加层及使用功能改变,业主委托进行主体结构的加固改造设计。本文以此工程中由于加建对原楼面采用的几种加固措施为例,简要分析其施工方法及步骤。
  4.2 加固技术应用
  4.2.1 施工前准备工作
  熟悉并掌握施工合同、加固设计图纸及相关规范,编制加固施工的技术方案。查勘施工现场,了解施工现场的实际情况。材料、机械和人员的准备和组織。碳纤维布、结构胶、钢板等一些需复检的材料需送检合格。
  4.2.2 碳纤维加固法方法
  1)板底混凝土表面处理。用工具铲除抹灰层,用角磨机打磨混凝土表面,去除表面的疏松层及油污等杂质,直至露出新的混凝土截面,并用压缩空气将表面的灰尘清除干净,并用丙酮擦拭,要求混凝土表面清洁无油脂,并保持干净。经打磨的板底局部凹凸不平之处,用高强度聚合物砂浆抹平,待聚合物砂浆干燥后再进行下一步的施工。
  2)弹线。根据设计碳纤维布的粘贴方向及间距弹线,保证碳纤维布的粘贴顺直。
  3)涂刷基底树脂。基底树脂的作用是加强碳纤维布与混凝土表面的粘力,底胶用滚筒均匀的涂在用丙酮擦拭干净的混凝土表面,调好的底胶应在规定的时间内用完。当底胶用指触干燥后方可进行下一道工序的施工。
  4)涂胶粘剂。将配制好的胶粘剂均匀的涂在需要粘贴部位的混凝土表面上,胶层厚度应饱满。涂胶时应注意胶层厚度的控制,不宜过厚或者过薄。
  5)粘贴碳纤维布。将裁减好的碳纤维布敷在涂好胶的混凝土表面上,用滚筒沿碳纤维布的受力方向多次滚压,挤出空气,但是不能滚压过度,以免使胶过薄。碳纤维布与混凝土表面紧密粘贴,同时使胶粘剂充分浸透碳纤维的缝隙内。当碳纤维布的粘贴层数多于一层时重复上面的工作。碳纤维布的端头加设100宽的碳纤维布进行附加锚固。在胶粘剂未干透前在碳纤维布表面撒一层细砂。
  6)保护层施工。碳纤维布施工完成,经验收合格后,表面抹20厚聚合物砂浆保护层。   4.2.3 屋面板加厚施工
  1)板厚增加30大样。
  2)板面清理。铲除原板面的找平层、原防水层及保护层,用电镐将板面凿毛,去除松动的混凝土块、石子等,清扫干净,并用高压水枪将表面的灰尘冲洗干净。
  3)弹线。根据剪力钉的设计间距弹线定位剪力钉的位置。
  4)剪力钉材料准备。将Ф8钢筋表面除锈后裁成80mm长的钢筋段备用。
  5)植剪力钉。按弹线定位好的剪力钉位置使用冲击钻钻孔,钻头的直径比剪力钉大2mm,钻孔时注意钻入深度的控制,避免钻孔深度不足或者过深打穿板底。清孔时使用电吹风和刷子清理孔道,直至孔内壁无灰尘和水渍为止。使用注胶枪注胶,注胶量应达孔深的2/3,将处理好的剪力钉缓速旋转插入孔道内,使植筋胶均匀的附在钢筋的表面和螺纹的缝隙内,剪力钉露出混凝土表面的长度以20mm为宜。插好的剪力钉不可再扰动,待植筋胶凝固后方可进行下一步工作。
  6)布置支座负筋。根据设计图布置板支座负筋,绑扎牢固。(7)板面砼浇筑。浇筑前清理板面杂物,浇水湿润,做好标筋。使用比原混凝土强度高一等级的细石混凝土浇筑,浇筑时混凝土需振捣密实。待混凝土初凝完成后即浇水养护,养护时间不少于14天。
  4.2.4 梁面加筋加固
  1)施工前准备。首先梁面卸载,卸载完成后在拟加固梁的梁底用钢管加设间距1000的支撑,支撑应牢固同时顶紧梁底。
  2)梁面混凝土处理。凿除梁面钢筋的混凝土保护层,将梁面钢筋完整的露出来,凿除时注意电镐不要打到钢筋,避免对原梁钢筋造成损伤。凿除完成后将梁面筋清理干净。
  3)焊接钢筋。按设计要求间距先将150长Ф20短筋与原梁面钢筋焊接,双面焊接5d,如短筋碰到加密区箍筋,则将短筋截成两段与梁面钢筋焊接。整根梁的短筋焊接完成后再將增加的面筋与短筋焊接双面焊接,焊缝长度双面焊5d。附加钢筋焊接完成后按照原箍筋的间距在附加筋上增挂拉钩,与附加筋绑扎牢固。
  4)混凝土保护层浇筑。支模,将梁面冲洗干净,浇筑50厚C30细石砼作为保护层。同时注意对新浇砼的养护,养护时间不少于14天。
  5 结语
  综上所述,这些混凝土结构加固技术在该别墅加固改造工程中得以充分应用,满足了新使用功能的对结构要求,延长了建筑的使用寿命。建筑结构加固施工具有综合性和复杂性的特点,在施工的过程中,为了保证施工效果,针对具体情况选择合适的加固施工技术是关键。选用合理的施工技术之前,还要做好加固设计和施工现场管理,分析各种现场施工情况,选择具有针对性的施工材料,严格执行施工方案,以保证建筑加固施工质量。
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  大学生科研训练项目基金号:2017XSKY21,学院课题:bgzyky201710。
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