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浅谈建筑结构的加固与鉴定研究
摘要:近年来,随着我国社会经济的快速发展,城市化建设步伐的加快,当下建筑如春笋般涌现,与此同时,也有因工程承建方管理水平、技术力量及工程监管不足等原因,不可避免出现一些质量不合格的建筑物,此类建筑物建成或使用一定年限后,必须进行结构加固措施,才能满足结构安全及人们的使用要求。因此,为保证建筑物的使用寿命、人民生命财产安全并符合国家个基本规范,加固施工是建筑物建设过程中的重要施工技术。通过对建筑结构的加固,可以保证控制建筑质量以及增加建筑物的使用寿命。本文将对建筑结构的加固与鉴定进行探究,希望对建筑结构加固与鉴定提供一些建议和帮助。
关键词:建筑结构;加固;鉴定
引言
随着人们生活水平的提高,人们对建筑物的安全性、适用性及使用年限提出了更高的要求。对于一些已完工的建筑物,因受到各种自然或人为因素的影响(如自然损坏、年久失修等),以及生活生产需要对升级改造等原因,使既有建筑物结构或构件产生了不同程度的损伤,为确定建筑的结构安全性,消除建筑物安全隐患问题,需要对建筑物进行结构安全性鉴定。文章将对建筑物安全性鉴定过程及加固进方法行阐述。
1建筑结构加固的重要性
1.1 确保房屋建筑使用安全
当房屋建筑出现下沉或倾斜、或结构受力不足、或产生结构裂缝过大、或因需要加层改建等等原因时,为了满足使用要求,需要对建筑结构进行相应加固处理,使建筑结构满足相关结构规范标准,以达到房屋建筑安全使用的目的。
1.2 延长房屋建筑的使用年限
建筑物的使用寿命与其自身的结构强度和质量高低有着直接关系,由于建筑物在建设过程中可能采用不合格的材料设备、施工过程中又采用不合理施工技术和施工方法,使得建筑结构没能达到设计要求及相关规范标准,必然会造成建筑物的使用时间比设计使用年限的要短,其结果将面临提前拆除的可能,一方面会造成重大的经济损失,另一方面还会对人们的生活生产产生严重的影响。所以,建筑承建方必须注意加强工程科学管理,采用先进施工技术和施工方法,加强对材料、设备的监管与使用,力求使建设工程质量和使用标准达到设计要求和国家规范标准,而对于建成已投入使用而出现质量问题的建筑物,必须对此类建筑物进行有效的加固处理,拟使建筑物达到设计要求及国家相关规范标准,以满足人们安全使用要求并尽量延长建筑物的使用寿命。
1.3 提升建筑物的抗震性能
在建设项目中,结构安全性、使用寿命和抗震性能都是对建筑物质量衡量的重要标准。由于受到越来越频繁的地球板块活动的影响,可能会引发地震、风灾等自然灾害,将直接对建筑物的结构产生影响,如果建筑物不能承受基本的地震、台风等自然荷载作用的影响,建筑物结构轻则受损开裂、倾斜变形,严重的将会倒塌,对人们的生命安全和财产构成严重威胁。因此需要相关单位在建筑结构加固方面做好工作,在一定程度上提高建筑物的抗震性能,给建筑物的整体质量提供保证。
1.4 满足人们多元化的居住需求
在城市化脚步不断前进的条件下,人们对住房的使用需求逐渐增加,由于土地的限制和其他因素的影响,过去的住房性能几乎无法满足大家的实际需要,加固和改造原始住房不仅可以丰富住房的使用功能,而且在一定程度上降低了建设投资成本,符合人们对多样化的住房要求,同时实现可持续发展的预期目的。
2、建筑结构的加固技术
2.1截面加大加固技术
截面加大加固技术是通过在钢筋混凝土构件的外部包裹一层全新的钢筋混凝土的方式来提升钢筋混凝土构件的截面积并以此来增加构件的承载力的加固方法,其能够提高整体建筑结构的抗压能力、抗弯性能以及斜截面抗剪力,大大提高原有建筑项目的稳定性。该项技术的施工工艺比较简单,实用性较强。而且该项技术相比其他技术来说比较成熟,应用范围也比较广,但是在实际施工中需要注意在原构件外层包裹一层全新的钢筋混凝土不能太薄,以便施工质量受到影响。
2.2碳纤维加固技术
这项技术主要使用碳纤维和胶水使建筑物的结构更耐用,这种方法非常实用和方便,这也是目前被普遍使用的原因。在碳纤维增强技术的实际应用中,首先必须进行表面处理,清洁待增强混凝土结构表面上的所有碎屑,并且需要清洁碳化层以保持混凝土表面的清洁和均匀。然后用有机溶剂(如丙酮)擦拭混凝土表面,并风干以保持混凝土表面干燥,混凝土表面的裂缝必须填充修补胶并使其干燥。完成上述操作后,可以粘贴碳纤维布并使用适当的设备有效地处理构件,以将其成形为弧形。在碳纤维织物的实际粘合中,第一步是湿床处理,第二步是在室温下的硬化处理。在实际操作中,首先将树脂均匀地涂在混凝土表面上,干燥后使混凝土表面光滑,可以将碳纤维织物粘合。将碳纤维布粘在混凝土表面后,用手压紧将碳纤维布牢牢地固定在混凝土表面,并使用特殊的辊子进行滚压加工,为了确保碳纤维布的均匀性,将树脂完全填充在碳纤维布和混凝土之间,以使碳纤维布和混凝土紧密结合。
2.3粘贴钢板加固法
粘贴钢板加固法主要用于钢筋混凝土建筑物的加固和维护,它适用于加固钢筋混凝土构件的弯曲和抗拉性能。结合钢结构的特点,实现增加整体强度、抑制混凝土变形的效果。还可以增强组件的抗弯曲性,并利用结构粘合剂的剪切转移来限制钢板的粘合。加大混凝土建筑物的承载力和防止新的裂缝,利用钢板的良好抗拉强度来增加结构的承载力和抗破坏能力,以达到加强建筑物混凝土结构的目的。粘贴钢板加固法设计方法简单、技术可靠性高、补强施工周期短,此外与其他补强技术相比,其工程造价相对较低且区域补强成本趋于降低。缺点是工作温度限制在5℃-60℃之间,组件操作难度高,并且难以评估钢材的腐蚀程度。该过程的施工顺序如下。首先,在建筑物的钢板和混凝土结构上钻孔,除锈并抛光钢板,使建筑物的混凝土结构的粘结表面粗糙,然后将钢板提起并固定在螺栓上,将排气管安装在钢板的四角处,以弥合粘结结构周围的间隙,最后涂上填充胶进行检查和防腐处理。
2.4结构灌缝技术
结构灌缝加固技术属于灌浆技术中的一种,一般适用于修补钢筋混凝土建筑构建中出现的裂缝,因此该技术具有较强的针对性。在实际作业中,主要是使用一些低粘度、拉伸性能好的灌浆材料按照相关规定的比例调和好浆液以后灌注在混凝土构件中的裂缝与空洞中,让浆液可以充分的填满裂缝以及空洞。在该项技术的应用中主要分为两种,一种是化学灌浆,其使用的是化学材料配置成的浆液,比如以环氧树脂为主剂配制成的环氧树脂灌浆材料或者以甲基丙烯酸甲酯为主剂配制的甲基丙烯酸酯类灌浆材料,使用压送设备直接将这些浆液灌入混凝土结构裂缝内,经过扩散、胶凝或固化等过程中就可以起到加固的作用;另一种是水泥压浆补强加固技术,即将水泥浆液用压力设备压入结构构件的孔洞或裂缝中,起到固结的作用,而且水泥材料比较便宜,运输、储存都比较方便,因此这一种方式使用比较广。总的来说,该项技术所使用的材料在固结后会有较好的粘结强度,其会与原本的混凝土结构紧密相连,使得钢筋混凝土建筑构件的整体效果得以恢复,而且整体性较好的建筑结构其耐久性也比较好,使用寿命得到进一步的延长。
2.5 基础加固处理技术
对于因某些原因造成建筑物基础承载力不足情况,需要对其基础进行加固处理,根据不同的建筑物结构型式、基础型式、地基情况、建筑物使用情况及所处环境、施工力量及技术力量,一般基础的加固方法有加大基础截面、提高地基承载力(如化学灌浆)、增加小型钢管桩以及其它一些综合方法技术,以解决建筑物基础承载力不足之问题。
3 建筑结构的鉴定研究
3.1概述
建筑工程施工和应用中,对主体结构进行检测和鉴定是一项重要工作,直接关系到建筑主体的使用安全性,是评价施工质量的重要手段。工作实践中,要确定主体结构的鉴定范围,合理选择检测方法,严格执行标准规范,保证鉴定结果的客观性和准确性。本文结合实际案例探讨建筑主体结构的安全性鉴定方法。
3.2 工程概况
某办公楼为三层砖混结构,局部设钢筋混凝土梁承重,楼盖采用钢筋混凝土预制空心板,屋盖采用木屋架、木檩条及机制黏土瓦的双坡屋面。该房屋开间尺寸主要为3.0、3.3、4.2m等,进深尺寸主要为3.9、6.0、7.5m等,该房屋平面布置呈“L”型,建筑面积约为1600.0m2。经调查,该房屋于其使用周期已达40余年。
查看设计图纸,该房屋总高度为10.4m,各层层高均为3.3m(3层的硬山高度为2.6m),为纵横墙承重,楼盖采用钢筋混凝土预制空心板,采用墙下砖砌条形基础,基础砌筑在砂夹卵石换土层上,基础下设100号素混凝土垫层。1~3层的承重墙厚度为180mm、240mm,均采用100号烧结多孔砖及混合砂浆砌筑,5-8/(1/A)轴的走廊砖柱截面为370×370mm,墙体扶壁柱截面主要为370×370(mm)、490×370(mm)。该房屋1层墙体采用50号混合砂浆砌筑,二层和三层墙体采用25号混合砂浆砌筑。该房屋未设置构造柱,设置有钢筋混凝土圈梁。该房屋钢筋混凝土梁的截面尺寸主要为240×330(mm)、200×250(mm)、240×240(mm)、210×240(mm)等,混凝土强度等级均为200号,纵筯采用A@6200、A6@150、A8@200等。
4建筑主体结构安全性鉴定的常用方法
(1)重点检测法
检测建筑主体结构的安全性时,受到环境、布局、装修装饰等因素的影响,检测工作难以面面俱到,此时就可采用重点检测法。选择影响结构质量的核心结构部位,观察外观形态,计算承重能力、沉降率、力学特征等,从而做出评价。重点检测法的优点是操作简单,能提高检测效率,缺点是细节关注不到位,容易出现遗漏现象。
(2)阶段检测法
如果建筑工程规模大,整个安全性鉴定任务量大,集中鉴定易出现疏漏,且检测滞后会造成返工,带来重大经济损失。对此,可采用阶段检测法,按照施工特点分为若干个子项目,合理安排检测时间,逐一完成子项目的鉴定工作。阶段检测是一个连续性的过程,能及时发现建筑主体存在的质量问题,指导施工方进行整改,缺点是成本投入高。
(3)参数对比法
参数对比法是以建筑主体结构的设计参数为依据,通过实际测量获得真实数据,对两者进行比较,从而判断主体结构质量是否达标。参数对比法的检测范围最全面,鉴定结果最可靠,但缺点是操作复杂,限制因素多。
5现场检查项目和承载力验算
5.1现场检查项目
(1)地基基础和整体变形检查
现场检查时,房屋上部主体结构、室内外地坪均未出现地基基础不均匀沉降带来的开裂、变形等现象。使用全站仪对房屋整体变形进行检查,X向、Y向最大垂直度偏差为16、185mm,见图1。
(2)上部主体结构检查
砖砌承重墙。该房屋主要为纵横墙承重,局部设钢筋混凝土梁承重,1~3层纵横墙均采用烧结多孔砖及混合砂浆砌筑。对砌筑烧结砖和砌筑砂浆进行取样抽检,墙体测区砂浆强度的检测结果为:1层2/B-C轴为6.0MPa,抗压强度满足设计使用要求。墙体抽检烧结砖强度检测结果分别为:1层2/B-C轴砖抗压强度为5.2MPa、2层3/B-C轴砖抗压强度为6.0MPa,抗压强度满足设计使用要求。
砖砌承重墙、柱裂缝及变形。1层B-N/1-4轴范围纵横墙室内墙面普遍存在不规则的龟裂裂缝;1层G/1-2轴横墙墙面存在水平缝和竖向缝;1层1/F扶壁柱,柱身墙面存在1条竖向裂缝;1层(2/C)-D/4轴墙体墙面存在1条竖向裂缝;2层(2/A)/6-7轴墙体门洞上方墙面存在水平裂缝;3层K/2-3轴横墙硬山部分的墙洞,检查发现未设置钢筋混凝土过梁,而在墙洞两侧设砖柱支撑木板作为过梁,砖柱存在明显歪闪,砖块行将掉落,存在安全隐患。
构造措施。该房屋未设置构造柱,在2层楼盖处和3层屋盖处设置钢筋混凝土圈梁。围梁布置符合原设计图纸。
钢筋混凝土构件。现场检查未发现该房屋混凝土梁、阳台及雨棚出现明显不适于继续承载的变形及裂缝。楼梯采用墙承式预制楼梯,现场检查未发现楼梯板出现明显不适于继续承载的挠度变形及裂缝,其工作无异常。
楼屋盖。楼盖采用钢筋混凝土预制板,局部设现浇钢筋混凝土板。
围护系统检查:现场检查发现,该房屋门、窗等未见破损情况,外墙及屋盖未发现破损情况。
(3)承载力验算
采用PKPM程序,对工程上部主体结构进行验算,仅对正常状态下进行验算,暂不考虑墙体裂缝、倾斜及体系构造不当对结构计算的影响:①地震烈度为7度(0.1g),场地类别按Ⅱ类计,设计地震分组为第3组;②烧结多孔砖和混合砂浆强度等级按照原设计取值,结构布置和结构构件截面尺寸按实测取值,门窗洞口布置及尺寸按实测取值;③活荷载标准值:办公室为2.0KN/m2,楼梯间为3.5KN/m2,一般资料档案室为2.5KN/m2,走廊为2.5KN/m2,非上人屋面为0.5KN/m2;④楼屋盖恒荷载按实取值,验算结果表明:该房屋墙体受压承载力抗力与效应之比值均>1.0,墙体抗震承载力抗力与效应之比值均>1.0。
5.2结构安全性鉴定和抗震鉴定
(1)结构安全性鉴定
地基基础。根据现场检查和房屋使用情况,综合分析判断该房屋的地基基础现状稳定,地基基础安全性评定为Bu级。
上部承重结构。①砖砌承重墙,根据砖砌体的检查情况以及墙体受压承载力验算结果,上部结构承重墙体的安全性评定为Bu级;②钢筋混凝土构件,根据钢筋混凝土梁、阳台、雨棚及楼梯的检查情况,钢筋混凝土构件的安全性评定为Bu级;③楼屋盖,根据楼盖钢筋混凝土预制板及现浇板的裂缝、变形、损伤等检查情况,楼盖混凝土预制板及现浇板的安全性评定为Bu级,根据木屋架、屋架间剪力撑、木檩条及木椽子的裂缝、变形、损伤、虫蛀、腐朽等检查情况,屋盖的安全性评定为Bu级;④结构整体牢固性,该房屋结构布置能形成完整的体系,综合分析结构整体牢固性等级评定为Bu级;⑤结构侧向位移,根据对该房屋整体变形情况的检查结果,结构侧向位移等级评定为Bu级;⑥承重结构整体安全性,根据砖砌承重墙、钢筋混凝土构件、楼屋盖、结构整体牢固性、结构侧向位移的评级,上部承重结构安全性综合评定级别为Bu级。
(2)结构整体安全性。根据对地基基础和上部结构
的安全性评级情况,按照《民用建筑可靠性鉴定标准》(GB50292-2015),主体结构现状安全性等级综合评定为Bsu级。
(3)抗震鉴定
由于该房屋于建成较早,为三层砖混结构(局部设钢筋混凝土梁承重),位于7度抗震设防区;根据《建筑工程抗震设防分类标准》(GB50223-2008)规定,该房屋用作办公楼,属于丙类建筑;根据《建筑抗震鉴定标准》,可按A类建筑进行抗震鉴定。抗震鉴定分析,抗震横墙间距超过刚性体系最大值4m且圈梁布置不符合要求,该房屋综合抗震能力不满足《建筑抗震鉴定标准》(GB50223-2009)对丙类、7度抗震设防的要求。
结束语
综上所述,我们目前所见的建筑结构方法和措施还存在一些问题,但在中国建筑结构识别技术和加固技术的应用中仍有许多领域需要改进,而且一些可以实施的行动方法,只要相关人员准确掌握加固技术和鉴定技术的开发方法,并在实践中不断优化技术中的缺陷,就可以保证加固施工的最终质量,可以保证建筑物的安全性。文章以某办公楼为例,现场结合上述三种方法进行检查,并根据现有规范计算理论进行验算分析:①在安全性上,该房屋主体结构现状安全性等级综合评定为Bsu级;②在抗震性能上,该房屋综合抗震能力不满足7度抗震设防的要求,应采取措施进行处置。
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