结构加固与改造

结构加固与改造一、结构加固改造工程的对象和内容既有建筑需要保留并进行结构加固改造的建筑有两大类：（一）既有历史建筑；（二）既有工业及民用建筑（一）既有历史建筑1）文物建筑指文物价值极高的古建筑，如宫殿、庙宇、古塔等，其中有的已被认定为国家级或世界级的历史文化遗产。对这类文物的改造加固，应本着“修旧如旧”的原则进行，尽量忠实于原来的环境、原来的风貌、原来的内外装饰、原来的结构做法，但对隐蔽部分，考虑到抗震和耐久性需要，可以用些现代材料和现代结构手段。（如:南口侨乡村客家老建筑群）2）历史风貌建筑指近百年以来各种有独特风格和文化内涵的近现代建筑，它们代表着一个城市的历史、文化，需要加以保护。对这类建筑的保护改造，应忠实于原来的环境、原来的风貌，特别是原来的立面造型风格应严格保留，这些建筑往往修建年代很早，设计使用年限已过，而且当年并未考虑抗震、防火，耐久性标准过低，结构安全度不足，因此在内部结构上往往要动大手术，在内部房间布置上也允许作些变动，使之既能继续安全使用，又留驻原有的建筑风貌。而不能片面强调要完全保留原来的已过时的结构和材料。（如:梅州农业学校东西楼）（二）既有工业及民用建筑量大面广的工业及民用建筑，是我国城镇建筑的主体部分，是广大人民群众生活、生产、工作的场所，包容着我国巨大的社会财富和社会资源。对这部分建筑的维护和改造，充分发掘其利用潜能，延长其使用寿命，是极大的节约。造成建筑约。造成建筑“短命”现象的原因，主要有三：1.是规划设计方面；2.是建筑质量方面；3.是法律法规及政策方面要杜绝建筑“短命”现象，应首先由有关部门尽快出台法律法规和政策，防止没有质量问题的既有建筑被拆毁；其次，应大力提倡建筑结构的改造和加固，使许多既有建筑通过改造而新生，做到“延年益寿”。使我国的许多建筑物的实际使用寿命均能像一些发达国家一样，远远超过其设计使用寿命。根据我国国情，下列情况需对既有建筑进行结构改造：1)建筑物功能布局改变引起的结构改造（如：望江楼加固改造工程）2)平移、纠倾、增层引起的结构改造（如：望江楼加固改造工程）3)增强建筑物抗震性能引起的结构改造（如：梅州市曾宪梓中学智明楼科学馆加固工程）4)提高建筑物的耐久性引起的结构改造结构的耐久性指经过正常设计、正常施工，并且在设计预定的环境中正常使用的结构，不需经过昂贵的维修加固，能在保持预定使用功能的条件下，达到设计使用年限的程度。我国国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068对各类建筑的耐久性标准作了规定，一般大量的工业及民用建筑的设计使用年限定为50年，特别重要的建筑可以提高到100年。设计使用年限也可按建设单位的要求确定。5)建筑物群体间的结构改造除对建筑物单体进行结构改造之外，有时在几个单体之间增设新的结构以改变其建筑功能，如加电梯、加消防楼梯、加门楼、加雨棚、加天桥、加裙房、设连廊、填内庭等。6)建筑物造型美化引起的结构改造可以对外墙或外填充墙进行改造，增加扶墙垛、腰线、壁柱或其它挑出构件；也可更换外墙材料，改善外墙的保温性能；屋面进行“平改坡”或屋面绿化也能引起结构改造。7)“烂尾楼”复建引起的结构改造一些“烂尾楼”在复建时，往往新业主从经济效益和经营效果出发，对原设计提出许多新的变动，而且改动的内容很多，有的楼既要增层，又要扩跨（外表层层挑出扩大使用面积），还要改动内部入口大厅空间（抽柱断梁）等，这种“烂尾楼”虽然烂尾，但设计和施工年代较近，原结构裸露，质量检测方便，改造起来比老建筑容易，业主希望“脱胎换骨”，改造工程的特点往往是“内容复杂、规模庞大，效益显著”。二、改造前的技术鉴定和可行性论证（一）改造工程的技术鉴定既有建筑改造前的技术鉴定，指对既有建筑的可靠性鉴定。可靠性鉴定的内容极为复杂，包括建筑物的安全性鉴定，适用性鉴定和耐久性鉴定。在安全性鉴定时,在地震区又包括抗震鉴定。从鉴定的目标区分，鉴定工作区分为两大类别，其一为正常性鉴定，即为满足建筑结构改造目标而进行的技术鉴定；另一类为非常性鉴定，如危房鉴定、灾后（地震、火灾、水灾和其它突然事件）鉴定等，后者的鉴定目标为抢险。目前我国实行的鉴定标准有两套系统，一是《民用建筑可靠性鉴定标准》GB50292，1999年发布实行和《工业建筑可靠性鉴定标准》GB50144-2008，2009实施《民用建筑可靠性鉴定标准》GB50292-2014，今年发行另一是《建筑抗震鉴定标准》GB50023-2009，2009年发布实行。在结构改造工程中往往存在对既有建筑的加固改造和部分新建、扩建相结合，情况比完全新建或仅仅抗震加固要复杂的多，每个工程的改造后的性能目标不一样，后续使用年限不一样，掌握的标准尺度皆不一样。因此，不可按《10抗规》的设防标准对既有建筑进行鉴定；也不能按现有的建筑抗震鉴定的设防标准对改造工程，特别是其中新建部分进行抗震设计；对具体改造工程还要区别对待。对于结构改造工程，更多地应偏重于“概念鉴定”和“概念设计”。由于地震作用更具有偶然性和突发性，在结构抗震分析上存在许多假定和量的不确定性，就更凸显“概念鉴定”和“概念设计”的重要性。应首先评定原有结构体系的规则性、整体性和整体牢固性（构件间的连接性能），分析其现阶段的实际抗震性能和进一步改造加固的可行性和难易程度，可以做出多种方案比较，结合业主的要求，作出结构改造的正确、经济的评估。（二）明确改造的性能目标和后续设计使用年限我国2006年颁布的国家标准《混凝土结构加固设计规范》GB50367，也开始在加固设计中引进这种设计思想，提出加固后的性能目标，包括“加固后混凝土结构的安全等级，应根据结构破坏后果的严重性、结构的重要性和加固设计使用年限，由委托方与设计方按实际情况共同商定。”并建议结构加固后的使用年限“一般情况下，宜按30年考虑；到期后，若重新进行的可靠性鉴定认为该结构工作正常，仍可继续延长其使用年限。《混凝土结构加固设计规范》GB50367-2013首先，应确定结构改造的性能目标和后续设计使用年限。改造工程在抗震设计时设防目标，仍应该是“小震不坏、中震可修、大震不倒”，但在后续设计使用年限的选定上，不一定像新设计建筑那样，选为50年或100年，对于本来就未按《01抗规》设计的既有建筑，那样做代价太大，反而促使被过早的拆除。可以和业主充分沟通，共同商定一个合适的后续使用年限。一般来说，1989年以前设计施工的建筑被改造部分按30年是一个可以接受的标志性年限，较为符合当前加固水平和我国十几年来所积累的经验；况且到了30年也并不意味着该房屋结构寿命的终结，而只是需要再次进行一次系统的检查和鉴定，以作出是否可以继续安全使用或应再次加固的结论。至于结构改造中的新增部分，仍可按常规50年设计，到了30年后和被改造部门一起，都进行一次系统的检查和鉴定，也是必要的。若业主认为其房屋极具保存价值，而加固费用也不成问题，则可商定一个较长的设计使用年限，譬如文物建筑和纪念性建筑，这在技术上都是能够做到的，但毕竟很费财力，不应在业主无特殊要求的情况下，误导他们这么做。至于一些保护价值较低的房屋，如原来修建特殊要求的情况下，误导他们这么做。至于一些保护价值较低的房屋，如原来修建标准就较低的工业厂房，工艺已经落后也要改造，但目前还需要用一段时间再更新改造，则把后续使用年限降到20年也是可以的。（三）按后续设计使用年限确定结构改造的设防标准我国抗震规范中规定的设计基本地震加速度为：50年设计基准期内超越概率为10%的地震加速度的设计取值。设计基准期为50年。这个数值正好与现行国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068中规定的丙类建筑（大部分结构改造项目均属丙类建筑）的“设计使用年限”相吻合。“设计使用年限”指设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其预定目标使用的期限。在结构改造加固工程中的“后续设计使用年限”指被改造加固后的结构或结构构件不需进行大修即可按其预定目标使用的期限。从广义来讲，设计使用年限或设计后续使用可按其预定目标使用的期限。从广义来讲，设计使用年限或设计后续使用年限中的“预定目标使用的期限”，应包括抗震设防、安全性、耐久性等性能目标。结构改造工程中基于性能的设计方法的一个特点是，设计人员（含鉴定人员）可以和业主共同探讨各种性能目标及其利弊（含经济代价），最后确定一个安全、适度、适用、可实施性强、经济合理的改造加固方案。后续设计使用年限的确定非常重要的，它是经济合理的改造加固方案。后续设计使用年限的确定非常重要的，它是改造工程的设计基准期，它决定了各种荷载的取值。对于各种可变荷载，如楼面活荷载、屋面雨雪荷载和风荷载，不同的使用年限可有不同的取值。地震作用也随后续设计使用年限而变基于耐久性加固改造的后续使用年限，可以与基于抗震加固改造的后续使用年限区别对待。《混凝土结构加固设计规范》把它定为30年，应该说是较合适的。它较符合当前加固技术的发展水平，不能定的过长。由于耐久性加固时使用了胶粘剂，或涂刷化学防护膜，或其它聚合物等的加固方法，不论厂商如何标榜其产品的优良性能，这些人工合成材料，不可避免地存在着老化问题。或者因高温、高湿、低温、冻融、化学腐蚀、振动、温度应力、地基变形等引起防护破坏，促使原构件损坏；或者因错用劣质材料或施工工艺不当，也易造成破坏。为防范这类隐患，对耐久性进行改造加固后，不能高枕无忧30年，还应加强定期检查或监测，检查时间的间隔可由设计单位作出规定，按《混凝土结构加固设计规范》的规定，第一次检查时间宜定为投入使用后的6-8年，且至迟不应晚于10年。三．结构体系的技术改造（一）计算原则和公式按《混凝土结构加固设计规范》GB50367-2006和《建筑抗震加固技术规程》JGJ116-2009(二)加固方法及其选择1)增大截面法优点：提高构件的承载力，提高截面刚度，改善正常使用阶段的性能。缺点：减小使用空间，增加结构自重。适用：适用于有空间余量的多种结构。2)外包钢加固法优点：同增大截面法且基本不减小空间，增加结构的延性缺点：用钢量大，维护费用高；需作防腐处理。3）外粘纤维加固法优点：在局部实施加固，工程量小且施工方便，提高承载力的效果也较明显。缺点：施工工艺要求高，胶水的耐久性尚有待考验。4）预应力加固法优点：消除或减缓后加结构的应力滞后现象，减小原构件的挠度和裂缝宽度，甚至可使裂缝完全闭合。缺点：施工较复杂。5）改变受力体系加固法优点：可明显地改善结构的受力性能，提高结构的承载力和刚度。缺点：设计要求高，施工风险较大。四．结构改造的主要依据1.《混凝土结构加固设计规范》GB50367-20062.《建筑抗震鉴定标准》GB50068-20093.《建筑抗震加固技术规程》JGJ116-20094.《混凝土结构加固构造（总则及构件加固）》06SG311-15.《混凝土结构加固构造（地基基础及整体加固改造）》08SG311-26.《砖混结构加固与修复》03SG6117.《混凝土构造加固图集》8.现行的《抗规》、《荷载规》、《砌规》等结构设计规范9.结构检测鉴定报告10.原建筑、结构施工图11.业主提供的改造、新装修建筑或装修图五.加固补强方面施工工艺六.加固表示方法通用说明七.改造加固工程案例