土木吧丨浅谈既有建筑鉴定与改造加固（十七）
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浅谈既有建筑的估价与改造加固（十七）
非抗震结构构件加固概述及施工
王锁君
奥福科技有限公司
(原北京蓝图工程设计有限公司)
一
从（11）到（16）主要讲的是结构构件非抗震时的加固设计，这是抗震加固的基础，就像结构力学、混凝土构件、钢构件设计等设计是结构抗震设计的基础一样。这些加固方法也适用于抗震加固，但抗震加固的方法更全面。基本构件的加固方法在实际工作中可以应用于结构的局部加固，比如只加固一块板、一根梁或一根柱子。
很多人可能会有疑问，现在所有建筑都需要抗震，如果没有做过整体的抗震分析，怎么知道梁柱的受力状态，如何加固？其实抗震设计本身就是模糊判断设计，只是规范给工程师明确了很多参数，看似是精确的数值分析，但本质上还是模糊概率、概念设计。
在进行局部设计时，需要运用结构工程师的综合判断，例如在加固板或次梁的抗弯性能时，可以忽略抗震影响；在加固框架梁、柱时，虽然不进行整体抗震分析，但可以在设计灵活性的基础上增加一定的设计余量，按照抗震结构进行设计。
我写了一篇《关于长沙塌方事故鉴定报告的思考与建议》的文章发在土木论坛上，里面提到了什么时候可以做局部鉴定报告，什么时候不可以做。这个原则完全可以移植到局部加固设计上，也就是什么时候可以做局部加固，什么时候不可以只做局部加固。正如文章所说，不能有明确的界限，要看工程师自己综合宏观判断，有诚意做事。
我做过很多建成十几年的混凝土结构的局部加固工作，比如在局部加装楼梯、扶梯、小夹层等，也拒绝过很多砖混结构局部改造的申请，采取的是宏观判断、风险控制的原则。
二十多年前，我做过三层框架加一层的结构加固审查，按照现在的要求，要先做检测鉴定，然后整体抗震分析、加固设计、施工土审查等。以前没有这么多的环节，也没有这么先进的鉴定和加固设计软件，也不用审图，工程师们自己看懂设计。一个年轻的工程师，采用上面说的轴心受压柱外包钢筋加固设计，有相当的安全系数，但是楼板把钢筋隔开了，他就把钢筋放在楼板底部，上层的钢筋从楼板顶部开始，如下图：
这种加固方法完全没有考虑地震，为了概念上考虑地震，我要求上下角钢穿过楼板（楼板上开局部孔），并且要求在梁的位置而不是在连接板的位置穿粗钢筋（下图取自《混凝土结构加固图集》，当时还没有，说明我们的加固方法是正确的），如下图：
因为没有做整体的抗震分析，原设计采用了轴心受压柱配筋设计，考虑的安全系数较大，后来我要求设计师把角钢尺寸加大一号。
本工程增加了一层，将原顶梁楼面的保温层拆除，改为活载，该楼面的设计荷载并未增加，所以顶梁未加固，其他楼层的梁也未加固，按照现行规范，不符合设计要求，应进行抗震分析，根据组合不利工况进行梁柱加固设计，可能梁多还不够。但从综合判断，原设计基本达到了加固的目的，即使框架梁在中、大震下受力较大，个别截面屈服，也达到了中震下可修复的目的。因此，结构工程师的综合判断对加固设计尤为重要。
1.结构加固材料
1、结构材料中的无机材料，如混凝土、钢筋等，其使用寿命可以是50年，甚至100年，但必须按照《混合规程》规定的耐久性进行设计。结构中使用的许多有机材料，如结构胶、碳布、环氧砂浆等，在规范中分为30年和50年两个等级。对材料的不同要求必须在图纸上注明，而各个加固规范对此都有相应的规定。《工程结构加固材料安全鉴定技术规范-2011》有详细的规定。
但超过使用年限后，并不意味着它不够好，而是需要对其性能进行评估，这与结构达到使用年限后需要评估是一样的。结构胶粘剂达到设计使用年限后，如果评估后未发现明显劣化，则可以延长使用年限，但其后续使用年限应由评估机构和建筑业主共同确定。以钢为基础的胶粘剂的使用年限一般认为是50年。这些需要在图纸文件中注明。
2、上面我们专门讲了植筋和锚栓，锚栓抗剪能力强，抗拉能力弱，因为锚栓锚固深度比较浅，有将混凝土从锥体拔出的可能性，而抗剪能力不高，多数情况下锚栓本身被剪断而损坏。植筋的优点是锚固长度较深，可以在钢筋断裂或混凝土锥体损坏前将其拔出。当钢结构锚固需要较大的拔出力时，可以采用螺旋锚固来固定锚板。
2.新旧混凝土交界处的抗剪性能
新建混凝土结构构件的剪切破坏或冲切破坏，是斜截面的剪切破坏或锥体的冲切破坏（本质是混凝土的拉伸破坏），一般不会发生直接冲击破坏。如果发生直接冲击破坏，往往是因为已经创造了条件（我在高级基础培训课上专门讨论过这个问题）。
例如下图，直接撞击损坏一般是不可能发生的：
但当存在直接冲击破坏的条件时，如受弯钢筋太少，导致板柱交接处出现弯曲裂缝，则在裂缝处就会发生直接冲击破坏：
配筋设计中新旧混凝土的界面处为直接冲击损伤创造了条件。
很多工程师在设计时都忽略了这种情况，有人认为在新旧混凝土上凿孔、刷断面胶就可以解决问题，应该说能解决一部分问题，但要看施工单位的责任心和技术水平，自己的安全靠别人是不靠谱的。也有人说，很多设计都没有出过事故，那是因为荷载没达到设计值，当达到设计值时，很可能会对新旧结合面产生直接的冲击破坏。
在抗剪设计中，一般不考虑纵筋的抗剪承载力，此时应单独增设抗剪钢筋（也可植抗剪钢键），其抗剪强度可取抗拉强度的0.58倍。若不利用梁的纵筋抗拉强度，也可采用下式校核钢筋的抗拉剪承载力：
≤f
随时应对老混凝土界面进行打毛（去掉保护层，凿出30-50mm方槽，涂刷界面胶）。如新老混凝土表面按要求施工时，可考虑混凝土的抗剪性能（纵向钢筋需满足抗弯要求）。
按下列公式计算（参考5）：
三：混凝土结构构件加固结构
混凝土次梁、楼板在底部和顶部负弯区采用钢筋或碳纤维加固，施工方便，底部钢筋一般与支撑粘贴，不需与支撑锚固，端部采用U型板加固，可提高梁的抗剪强度和梁端加固钢板或碳纤维的锚固力。
对于跨度较大的次梁，板底加固的钢板和碳布可以不延伸至梁端，但必须满足一定的结构长度。碳纤维截断点规定如下：
公式中给出的是碳纤维所受拉力除以其黏合强度（实际工程碳纤维远未达到其抗拉强度），而示意图中并未要求碳纤维强度点加200，看似与公式相矛盾，实际工作中建议取二者较大值。
粘贴钢板的截断点位置与上述原则一致：
对于一般次梁、连续次梁、不考虑抗震的框架梁，支座处正弯矩很小，所以我们对正截面进行加固，贴碳纤维或钢板并延伸至支座处再截断。但对于地震作用下的框架梁弯矩包络线，支座处正弯矩往往很大，当到了需要钢筋、碳布的地方，却无法锚固，有人采用预埋钢筋、焊接钢板的方法，由于钢筋靠近梁底，施工质量难以保证，而且对钢板受力也有偏心作用，很不好，所以此时不宜贴钢筋、碳布，应采用增加截面的方法将钢筋预埋于支座中。
对于负弯矩区域的配筋，我认为截断点位置可以参考梁上部负筋的截断点位置。
负弯矩加固最大的问题是加固材料经常被柱子或者墙体阻挡而无法通过，这种情况可以采用以下方法：
1、绕过柱子，粘在梁边的板上（仅限现浇结构）：
本人在实际工作中用过这种方法，认为比较好（碳纤维加碳布压接缝）：
2.边柱顶板及中间层规范给出如下方法：
对于上图中的节点（b），其实存在很大的问题，钢板可能会局部翘曲，失去作用，建议避开柱子，向梁的一侧弯曲加固。
我设计的时候一般不加固边跨的负弯矩，相当于调节负弯矩，其实你加固的负弯矩会传到柱或者梁上，变成梁的扭矩，这样很不好。
如果负弯矩加固钢板或碳布被混凝土墙体挡住，无法绕过，则不宜加大负弯矩。如果单纯加大正弯矩不能解决问题，则应采用加大截面的方法，或在墙体局部开洞加固钢板，进行接力加固。下图所示的方法并不合适。
4.剪力墙住宅结构开孔加固
1、很多剪力墙房屋住户都有增设或扩大洞口的要求。和砖混结构一样，开洞加固肯定会大大削弱结构的抗震能力，但剪力墙的抗震能力比砖混剪力墙要强得多。即使开洞，也不会像砖混结构那样发生严重的房屋倒塌事故，但地震时墙体可能会严重开裂。
2、很多临街多层砖混房屋住户打洞改造的愿望比高层剪力墙结构房屋住户更大，这是砖混结构成为危房甚至倒塌的重要原因。
3、剪力墙结构加大门洞，对新开的门洞进行加固，几乎是骗人的，或者说是设计人员的心理安慰。门洞的过梁（连接梁）可以采用粘钢筋等加固方法，但暗柱因为被楼板隔断，所以不能采用粘钢筋钢板锚固。由于房屋产权，不可能穿透楼板进行锚固。非商品住宅的整栋建筑产权，可以在楼板上开洞，穿过楼板粘钢板锚固，类似叠洞、暗柱的方法进行加固。
4、框剪结构剪力墙是抵抗结构地震侧力的重要构件，开洞后单纯增设暗柱加固是不能解决问题的。
以上说的都是局部加固，如果对整个结构进行抗震加固，这个局部问题也许可以用综合的方法解决。
五：砖混结构开孔加固
砖混结构改造加固时应注意以下情况：
1、对于每户产权独立的住宅楼，设计师千万不要承担局部墙体开洞加固的设计。因为你不知道别人家有没有类似的开洞，而你的开洞可能会导致房屋从量变到质变的倒塌。拆除门窗下的墙体时也应谨慎。
居民个人所有的砖混结构居住建筑，必须由政府或物业管理委员会组织对整栋楼进行整体改造加固。
2、对于属于同一业主的砖混结构，可以进行局部加固，因为可以在不影响结构整体安全的情况下，对整体建筑情况有完整的了解，局部开洞加固。这种完整的了解包括对整体结构的综合判断、结构检测、历史图纸、历史装修等。
3、注意施工过程中可能出现的安全问题。我承接过一个酒店改造项目，在墙体上加了洞口，对整栋楼进行了加固，才达到要求。但原建筑是预制板，设计采取了将预制板切掉再用钢梁支撑，浇筑现浇板做卫生间，或者局部拆除几块预制板做现浇板的做法。因为是外地项目，担心拆除过程中会出现施工安全问题，难以控制，所以否决了这个项目的改造设计。
6.地基加固
地基加固主要有几种情况，一是原有建筑设计和施工存在问题，造成建筑物沉降、倾斜、开裂等；二是原有建筑受到附近其他环境变化影响，造成沉降、倾斜、开裂等，如附近的深基坑、降水、震动等；三是地震作用下地基液化、沉降、地基破坏等；四是增加楼层增加荷载；五是结构位移。
原则上，地基加固并不复杂。如果地基强度或刚度不够，可以对地基进行加固，例如增加基础面积、后压桩、注浆增加地基强度等。这些是地基设计的基本原则。《既有建筑地基加固技术规范-2012》不像是规范，更像是对加固设计原则的介绍。事实上，这些加固方法也很难编纂成规范让工程师实施。
原理越简单，越需要实际操作和施工经验。规范中很多地基加固方法往往以施工工艺方法介绍，对于只在办公室做设计的工程师来说很难掌握。只有具有丰富现场实践经验的工程师才能进行。例如建筑物纠偏、位移就必须有丰富的经验。因此，很多时候，设计师要与具有丰富现场施工经验的岩土工程师配合才能完成。
对于常规地基加固，增加地基面积，是最常用的地基加固设计方法。在荷载作用下，地基会随着时间的推移逐渐压实，强度会增加。许多地基加固规范都有规定，如果增加的地基强度不足以抵抗附加荷载，则应增加地基底部面积。
将原有结构混凝土条形基础的缝隙连接起来，形成筏板，是常用的方法。混凝土独立基础面积扩大法，可采用将新旧钢筋焊接在一起的方法。注意新荷载应在新基础施工后施加。对于刚性基础，可采用新钢筋混凝土基础吊梁法（如下图）。
本系列从（11）到本文（17）介绍了结构构件的非抗震加固方法。接下来，我们将回到既有建筑的抗震评估，然后写抗震加固。最后，我们将根据情况写危房的评估。
其实关于地基抗震加固的内容和理论并不多，主要是根据现场实践经验介绍一下流程，应该另辟蹊径。最后看情况，可能还会写几篇关于地基改造加固的文章。
2022 年 5 月 31 日
参考：
1.混凝土结构加固技术规范-2013
2.砌体结构加固设计规范-2011
3.既有建筑地基加固技术规范-2013
4.工程结构加固材料安全性鉴定技术规范
5.李国胜，《加层加固开裂建筑结构疑难问题的解决方法》。
勘察设计硕士、代码编辑
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