第一章建筑结构加固概述Word格式.docx
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居住面积共为9.56亿m2，户均24.04m2，人均6.36m2（城市的居住水平要比县镇低一些，城市为6.1m2，县镇为6.84m2）。
1.1.2.2缺房情况
缺房户为1054万户拥挤户占12％。
1.1.2.3设备状况
城镇住宅中，设备齐全的成套住宅有966万套、5.51亿m2，占住宅总面积的24％。
住宅中有独用厨房的占63％，合用厨房的占6．5％，没有正式厨房的占30．5%；
有独用厕所的占24％，合用厕所的占10％，无厕所的占66％；
独用自来水的占57％，共用自来水的占16%；
无自来水的占27％；
有电灯的占95%，无电灯的占5％。
1.1.3建筑物存在的问题
我国拥有46亿m2的城镇建筑物，这是我国改善人民生活和发展人民生活的物质基础，也是建筑界广大基建和维修改造队伍辛勤劳动的丰硕成果。
但是，从我国人民生活需要和发展生产的需要出发，目前还存在不少问题，主要表现在
以下几个方面。
第一，危险建筑多。
据1980年末统计，在我国二百多个设市的城市中，还有危险住房约3000万m2，占住宅总面积的0.7％，其中上海市就有54万m2，重庆市有9万m2，北京市有200万m2。
工业建筑中，危房约为1300万m2P6工业建筑的3%。
据冶金工业部1983年对重点钢铁企业调查．尚有
级建筑物300-350万m2，其中危险建筑物为30-45万m2。
第二，倒塌事故多。
回顾过去，曾有过三次倒塌事故较多时期。
第一次是在l958年“大跃进”时期．第二次是十年动乱时期，第三次是80年代初期。
表1-1所示了仅收集列的220起具有一定代表性的倒塌事故的部位和性质。
倒塌事故中，有一部分是大型工业厂房，钢铁工业建筑倒塌的实例也不少，据不完全统计l960-1981年就有34起。
其中由灰荷载引起的11起，占钢铁企业工业建筑发生总数的32％56冰、雪、灰超载引起的2起，占6％；
改造不当引起的3起，占9％；
地震破坏8起，占33％；
设计施工错误4起，612％；
火灾或其他灾害引起的3起，69％；
结构老化变形、材质恶化3起，占9％。
1．1．3．1建筑物的使用和管理
建筑物一旦发生问题，人们就会自然地联系到设计和施工，很少考虑到建筑物的使用和管理。
实际上，使用和管理对房屋的寿命和突发事故有很大的影响：
合理使用，管理得当，房屋的寿命就长，事故的隐患就可以得到及时的治理，事故的发生率可大大下降；
相反，使电不合理，管理不当，即使是高质量的建筑物，其寿命也会缩短，而那些存有各种隐患的建筑物则有可能发生事故。
如某单位食堂悬索结构屋顶塌落事故就是一个典型的例子。
该工程系1960年由某设汁院设计的探索新结构形式的试点工程。
食堂呈圆形结构，直径l7．5m，中部为直径3m的型钢内环，由90根直径为7．5mm钢绞索将内外环联接，索上铺板，其剖面见图1—l。
该建筑物使用20年后突然发生屋面塌落事故。
事故发生前，未见该建筑物有异常现象，仅在事故发生前一两天偶尔见到屋顶有少量灰屑落下。
据查，该建筑物的悬索钢绞索及锚头均没有设防．由于屋面漏雨，钢绞索和锚头发生严重锈蚀，使用单位也未进行检查，其中9根钢绞索在严重锈蚀后突然脆断，其它钢绞索也相继被拉断，发生屋面塌落事故。
1．1．3．2建筑物的施工
施工质量不好会造成房屋倒塌事故。
这里主要讨论几个影响旧建筑物寿命的普遍问题。
施工质量对房屋的寿命影响极大，工程实际中建筑物还未使用就已倒塌的实例虽已很多，但更多的是建筑物建成后存在着不同的质量问题，这些问题虽然没有引起建筑物在施工阶段的倒塌事故，但却严重地影响了房屋的使用寿命，使建筑物存在事故隐患．在条件具备时就会发生倒塌事故。
对混凝土结构来说，影响混凝土结构使用寿命的最普遍问题是保护层的厚度、混凝土的质量和节点处理。
钢结构的施工质量主要体现在焊缝上，砖砌体结构则主要是砌筑砂浆的质量。
（1）保护层的厚度。
在旧的混凝土结构中，钢筋保护层厚度（特别是箍筋保护层厚度）得不到保证的现象非常普遍。
甚至有的构件几乎所有的箍筋都露在外面。
构件钢筋保护层厚度得不到保证的大多为工业厂房的屋面构件，如大型屋面板、屋架、天窗架、预应力薄腹梁等。
这些构件的一个共同特点是设计尺寸小，表面多不设防护涂层。
设计尺寸小的构件．如大型屋面板的板面总厚度只有20-30mm，设计的保护层厚度只能在10mm左右，施工时稍不注意，钢筋移位，保护层就不能保证。
调查表明，大多数大型屋面板的保护层厚度不足l0mm，约有20％的屋面板的钢筋保护层厚度几乎为零。
没有保护层的钢筋，其锈蚀速度很快，特别是在恶劣环境下，钢筋的锈蚀可使构件很快丧失承载能力，影响整个结构的安全使用。
（2）构件的节点。
构件节点是结构构件受力的关键部位，也是容易出现施工质量问题的部位。
装配整体式结构的节点是容易出现施工质量问题的部位，如北京某电厂冷却塔，72个梁和柱的节点只有3个基本完好，38个节点钢筋溃锈，其余节点钢筋外霸并有不同程度的锈蚀，结构使用年数仅17年。
山西某厂锻压车间，在二期扩建工程拼装21m预应力钢筋混凝土拱形屋架中，由于上弦中间节点处没有灌缝，施工时将原设计为8mm厚的节点连接板改为4．5mm厚的钢板；
拼装时，屋架中心线又不完全在一直线上，存在偏差，因此，当屋架吊装后，上弦中间节点连结钢板承受不了屋面荷载作用而破坏，造成多棍屋架丧失稳定而倒塌。
（3）混凝土的质量。
混凝土的质量，系指混凝土的强度和耐久性。
从某种意义上说．混凝土的耐久性指标与混凝土的强度指标具有同等的重要性，而混凝土的耐久性又与混凝土的密实性、耐酸碱性、耐火性及耐磨性等密切相关。
低质量的混凝土，其抗碳化、抗腐蚀的能力差，护筋性能差，构件的寿命就短。
1．1．3．3建筑物的设计
设计是保证建筑物质量的首要防线，设计一旦出了问题，要想彻底补救是非常困难的，由此造成的经济损失也是比较大的。
除由于个别设计人员的工作失误外，我国在建筑结构设计方面还存在着过分注重工程造价，因而造成结构的耐久性能差、结构抗灾害能力低等问题。
（1）建筑物的安全度。
我国的各种结构设计规范都有结构或构件的抗力大于或等于作用效应的规定（R＞S）。
为了节省材料，设计者往往取只略大于S，甚至及等于S。
这样做无疑可使当时的结构造价略有下降，取得了一定的经济效益，但是随着设计规范的改进，这些当时比较经济的结构，用现在的规范去校核．其安全度一般都不能满足要求。
我国有一大批旧的建筑物均属于这种类型。
从另一个角度看，这些比较经济的建筑物是不能出丝毫差错的，一旦出现小的差错，其抗力就不能满足当时设计规范的要求，就必须采取加固措施。
这些所谓经济的设计实际上也是不经济的。
（2）建筑物的耐久性。
过去一段时间的设计是不大重视结构的耐久性能的，结构构件的设计足以抗力为主并考虑稳定等性能。
因此构件的尺寸小，混凝土强度低，抗腐蚀和抗侵蚀的能力极低，加上施工偏差、使用管理不当等因素的影响，这些构件破损的速度极快，使用寿命较短，混凝土设计强度偏低是我国钢筋混凝土结构设计中普温存在的问题。
建国初期我国钢筋混凝土构件混凝土强度等级为C9和C12，1957年前后，主要受力构件的混凝土强度等级增至C18，次要构件（如圈梁和过梁）为C13，顶应力构件多为C28和C38，在这以后的30年时间中，混凝土强度等级没有什么提高。
混凝土强度等级低，抗碳化能力低，如处于北京室内的C18混凝土，50年的平均碳化深度约为46mm，若保护层厚度按20mm计，碳化至钢筋表面所需的时间也只有9年多，在室外碳化至钢筋表面也只需18年，仅从碳化角度上看，C18混领土构件使用寿命—般不足50年。
因此，适当普遍提高设计的混凝土的强度等级是一个极为重要州司题。
（3）结构的抗灾防害。
由于在结构设计上的“斤斤计较”，设计理论不够完善，旧建筑物的抗灾能力极差。
l976年唐山地震说明了这个问题。
近20多年来，国家每年都要进行旧建筑物的抗震加固，尽管如此，目前还是有大批的旧建筑物达不到抗窿要求且未进行抗震加固。
除地震灾害外，沿海地区的风灾，以及偶然的爆炸、失火等问题均对建筑物构成危害，抗力不足的建筑物遇到这详的灾害，往往会出现局部甚至整个建筑物倒塌的事故。
另外，结构设计中经常忽视对构件的设防，如对邻近高温，有水或蒸汽侵害和有化学物质腐蚀危害的构件的设防，特别是对混凝土结构的构件防护就更差。
设计中没有考虑结构检查、维护的方便，也给旧建筑物的检测带来一定的困难。
1．2维持和提高现有建筑物使用功能的措施和方法
1．2．1加强建筑物的管理
建筑物管理．就是对已有建筑物现状的调查统计、检测评价、维修和改造等活动进行组织、指挥、监督和调节，使人尽其力，财尽其利，物尽其用，使建筑发挥其最大经济效益。
1．2．2建立健全维修改造队伍
1．2．3加强建筑物的检查和鉴定
对已有建筑物的检测和可靠性评价，不仅是搞好维修改造工程的一个重要环节，也是加强建筑物管理，提高工业建筑设计施工水平的重要手段。
对结构物进行科学的检测和评价。
可以揭露出建筑结构中潜伏的危险，做到心中有数，避免建筑物重大事故的发生；
通过检测评价，可以在正确掌握结构使用功能和技术状态的基础上，制定出合理的改造方案，解决好改造工程中的各种技术问题（如最大限度地利用已有建筑物、作好相邻建筑物的设计与施工、协调已行结构与增设结构之间强度、刚度、寿命问题等）；
通过检测、评价，可以检验出工业建筑设计和施工中的经验和教训，对进一步提高工程设计水平和施工质量有重要意义。
对建筑物的调查，目前最常用的是实用测定法。
这种方法可分为三个阶段进行：
即第一次调查，或称为概况调查阶段；
第二次调查，或称检测调查阶段；
第三次调查，或称为分析试验调查阶段。
第一次调查的目的是掌握建筑物的概况并为第二次调查选择项目提供情报。
第二次调查是对建筑物进行实质性检测和分项评价以及破损直接测定。
1．3建筑物鉴定、检测、耐久性评估维修及改造的内容、方法和意义
1．3．1建筑物鉴定
对建筑物可靠性鉴定的方法有：
1．3．1．1传统经验法
传统经验法是我国习用的鉴定方法。
这种方法是在按原设计规范校核的基础上，根据现行规范并参考以前的规范凭经验进行判定。
这种方法要依据目测调查、结构验算及经验进行评价。
它具有鉴定程序少，方法简便、快速、直观及经济等特点，广泛用于旧房普查和定期鉴定中，但是此法未采用现代化测试手段，有些项目就无法调查，对疑难现象的判断也可能失准。
1．3．1．2实用鉴定法
实用鉴定法是在传统经验法的基础上发展起来的。
它运用数理统计理论，采用现代化的检测技术和计算手段对建筑物进行多次调查、分析，逐项评价和综合评价。
实用鉴定法一般需进行以下几项工作：
（1）初步调查。
调查建筑概况，包括建设规模、图纸资料、用途变化、环境、结构形式及鉴定目的等。
（2）调查建筑物的地基基础（包括基础和桩、地基变形及地下水）、建筑材料（如混凝土、钢材、砖以及外围结构材料）和建筑结构（如结构尺寸、变形、裂缝、损伤、接头、抗震能力、振动特征及承载能力等）。
（3）结构计算和分析以及在试验室进行构件试验或模型试验
1．3．1．3概率法
实用鉴定法的评价结论。
虽较传统经验法更接近实际，但是由于影响建筑物的诸因素，如作用力、结构抗力等都是随机变量，甚至是随机过程，因此，建筑物的可靠度应通过计算失效概率去分析。
概率法是基于建筑物的抗力R和作用力S的关系：
当R＞S时，表示可靠；
当R＝S时，表示到达极限状态；
当R＜S时，表示失效。
失效的可能性用概率表示，称为失效概率。
只要计算出失效概率，即可得到建筑物的可靠度。
但是，失效概率的计算是建立在大量可信的结构损耗情况的原始数据基础上的。
然而，收集大量的数据是很困难的。
目前，在建筑物普查工作中，一般采用传统经验法与实用鉴定法相结合的方法。
对于重点检测的建筑物，应采用实用鉴定法。
至于概率法，有待于进一步研究、开发，通过试点逐步推广。
它的应用必将提高建筑物可靠性鉴定的科学性。
1．3．2建筑物检测
建筑物可靠性鉴定中，常用的试验检测项目和检测手段有如下几种。
1．3．2．1混凝土强度的检测
在建筑物可靠性鉴定中，混凝土强度的检测是最常遇到的。
它的检测手段归纳起来有非破损检测、半破损检测、破损检测、综合检测等。
非破损检测方法有回弹仪法、表面落锤法、超声波法、共振法以及目视观测法；
半破损检测方法有取芯法和局部破坏法；
破损检测手段包括荷载破坏试验、振动破坏试验及解体法；
综合检测分超声波法和回弹仪的组合检测，取芯法和回弹仪法与超声波法的组合检测，以及非破损的回弹仪法和超声波法，与破损法的组合检测。
对于旧建筑物，仅采用回弹仪法是不合适的。
目前，常采用超声—取芯综合法或超声—取芯—回弹组合法。
取芯法的精度较高，但结构构件受损，时间与资金消耗也多，因此不能大量应用。
取芯数量对于每一浇筑区段应不少于3个试件，且取芯位置应是结构受力的较小部位；
超声—取芯综合法还须考虑所取试样应尽量包络到所测混凝土声速值的拟合范围。
1．3．2．2混凝土碳化和钢筋锈蚀的检测
混凝土中的水泥水化时，会形成大量氢氧化钙，混凝土的表层碱性较高，PH为12—14。
钢筋在此环境中表面形成钝化膜，阻止了钢筋的腐蚀。
混凝土的碳化，是空气中的二氧化碳渗入混凝土孔隙中，与氢氧比钙中和反应生成碳酸钙，使水泥石的碱度降低的过程。
当PH
降到9时，混凝土表层即呈碳化层。
当混凝土碳化到钢筋时，钢筋就有锈蚀的危险。
这时如不及时检修，将严重影响混凝土结构的使用寿命。
因此．评估旧建筑物混凝土结构的剩余寿命时，应以混凝土的碳化深度为依据。
混凝土的碳化深度，是通过凿开混凝土断面上喷洒均匀、湿润的酚酞试液检测的，如果酚酞试液变为紫红色，则混凝土未被碳化；
相反，酚酞试液不变色，则说明混凝土已被碳化。
测出不变色混凝土的厚度即为碳化深度。
酚酞试液的配制方法1g酚酞，加94mL无水酒精，溶解后再加5mL水即成。
混凝土碳化的检测，应选择3个结构严重受害的部位和3个轻微受害的部位进行。
由于试液的变色反应持续时间较短，因此检测应及时，并画出变色的界线。
检测钢筋锈蚀的方法，有破样直接检查法和电化学综合评定法，国外还应用红外技术和电磁测定仪等。
1．3．2．3砖石砌体强度的检测
砖石砌体的强度检测，多采用从墙体上切割砖石砌体标准试块，在实验室进行试压的方法。
近几年，原位测定砖砌体强度的技术有很大发展．主要有顶剪法、原位轴压法、扁顶法、原位单剪法、原位单砖双剪法、推出法、筒压法、回弹法等。
（1）顶剪法是以千斤顶加载，利用砖砌体本身的抗剪能力为反力，对砖砌体中的某一块砖作现场项剪的方法。
用压力传感器和位移传感器分别量测顶剪过程中的压力相位移，并从校验曲线中得出砖砌体的抗剪强度，进而由抗剪强度与拉压强度的关系，间接得到砖砌体的抗压强度。
（2）超声快速测定法，是采用专用超声仪和探头等设备，根据超声波在介质中传播的速度与材料力学性能之间的关系，测出砂浆强度统计值的一种方法。
（3）扁顶法是采用一种专用于检测砌体强度的千斤顶（又称扁顶，系厚度仅10mm，由高强薄钢片焊成的扁形密封油腔），插入砖砌体灰缝中测定砌体强度的方法。
测试时先在砖砌体试件的高度范围内，上下挖掏2条灰缝，然后插入2只扁顶，并对上下缝问的试块加压，量测出压力一变形曲线。
加压后的压力一变形曲线与已有曲线进行比较，即可确定砌体的抗压强度。
1．3．2．4地基基础的检测
地基基础的检测，可采用放射性同位素测出地基土的含水量，以此推算其物理力学特性，再用波速法测定地基的密实度，推算出地基强度；
也可用静力触探法和动力触探法检测地基的承载力。
如要较精确地了解土层的分布，测出建筑物地基的承载力，则可在建筑物周围挖探井，在探井内直接挖取基础下的地基土样进行检测。
地基可靠性的检测和鉴定，简便易行的方法是采用直接加载试验观测地基的变形。
1．3．3建筑物耐久性评估
建筑物的耐久性，含指耐久年限、使用寿命和剩余寿命。
建筑物耐久年限，是指建筑物预期的、从建成到破坏所经历的时间。
建筑物的使用寿命，是指建筑物的实际使用时间。
建筑物使用一段时间后，经检查、鉴定，允许继续使用的期限即为剩余寿命。
因此。
建筑物的使用寿命是已经使用的时间与剩余寿命之和。
例如，某房屋检查时已属危房，不能继续使用，则剩余寿命为零，使用寿命也即终止。
建筑物的使用寿命与耐久年限不尽相同，有的建筑物．使用寿命超过预定的耐久年限，而有的建筑物使用寿命低于耐久年限。
对建筑物作耐久性鉴定。
可推断其继续使用的时间。
因此，建筑物的使用寿命是旧建筑物评价、鉴定中的一个重要指标，是修复、加固或改造中不可缺少的参数。
我国《建筑结构设计统一标准》对设计基准使用期（耐久年限）定为50年；
对于重要的或具有历史性、代表性的建筑物的耐久年限定为100年以上；
建筑物的剩余寿命，就是在确保建筑物可靠性前提下的剩余（继续）使用期限。
预测建筑物的剩余寿命，对其使用寿命的延长和防止重大事故的发生有重大意义。
因此，国内外都很重视这一问题的研究。
建筑物的剩余寿命，也即建筑物经过Yo年使用后的剩余耐久年限Y1，可通过可靠性检测鉴定，根据结构的损伤程度、损伤速度、维修状况及其对结构安全的危害程度等进行评估，也就是说，剩余寿命可根据建筑物尚余的安全度或加固后的安全度来确定。
1．3．4建筑物的维修及改造
建筑物维修是指维持作为固定资产的建筑物简单再生产的建筑活动，也可以说是指维持已有建筑物原设计功能的建筑活动。
建筑物改造是指改善和提高具有固定资产的建筑物扩大再生产的建筑活动，也可以说是改善和提高已有建筑物原设计功能和标准的建筑活动。
改造后的建筑物，其功能和标准都比原来设计提高了。
1．4建筑物维修改造的程序
建筑物维修改造的程序是指建筑物维修改造项目从规划列竣工交付使用的全过程的各个环节的建筑活动。
建筑物维修改造是在已有建筑物特定的环境中进行的，因此其程序受到已有建筑物环境的种种约束，比新建工程更复杂、更困难。
现有建筑物维修改造的程序一般为：
（1）建筑物维修改造的提出及其原因。
（2）对建筑物进行调查、检验和评价鉴定。
（3）根据建筑物评价结果进行分级，确定建筑维修改造对策。
例如一般属于一级建筑物，其对策是继续进行使用，进行日常维护；
对于二级建筑物，应加强维修和进行中小修。
对于三级建筑物应进行中修，个别进行大修或改造。
四级建筑物，属于危险房屋，其对策有三种，一种是有使用需要的进行大修或改造，维持和提高其建筑功能和标准，另一种是进行拆除和翻建，再一种是报废或停止使用。
（4）进行维修改造设计。
主要根据建筑物管理单位和使用单位的使用要求和建筑物的体型、维修改造量及难易程度，确定是正式委托设计单位设计，还是管理单位或使用单位仅进行修缮方案的设计。
修缮方案一般是指对建筑物的中小维修，有时也可由施工单位设计；
大修或改造方案一般都要委托设计单位，按正常设计程序进行设计。
（5）进行维修改造施工，其程序由施工的种类、难易性和现有建筑物的检查鉴定结果，以及设计资科和施工队伍状况区别对待。
（6）维修改造工程的验收和交付使用。
（7）维修改造工程的保修。
当然要在施工合同规定的保修期内。
建筑物维修改造程序如图l—2所示。
1．4混凝土结构加固方法与技术：
混凝土结构的加固分为直接加固与间接加固两类，设计时可根据实际条件和使用要求选择适宜的方法和配套的技术。
1．4．1直接加固的一般方法有：
1．4．1．1、加大截面加固法
该法施工工艺简单、适应性强，并具有成熟的设计和施工经验；
适用于梁、板、柱、墙和一般构造物的混凝土的加固；
但现场施工的湿作业时间长，对生产和生活有一定的影响，且加固后的建筑物净空有一定的减小。
1．4．1．2、置换混凝土加固法
该法的优点与加大截面法相近，且加固后不影响建筑物的净空，但同样存在施工的湿作业时间长的缺点；
适用于受压区混凝土强度偏低或有严重缺陷的梁、柱等混凝土承重构件的加固。
1．4．1．3、有粘结外包型钢加固法
该法也称湿式外包钢加固法，受力可靠、施工简便、现场工作量较小，但用钢量较大，且不宜在无防护的情况下用于600C以上高温场所；
适用于使用上不允许显著增大原构件截面尺寸，但又要求大幅度提高其承载能力的混凝土结构加固。
4、粘贴钢板加固法
该法施工快速、现场无湿作业或仅有抹灰等少量湿作业，对生产和生活影响小，且加固后对原结构外观和原有净空无显著影响，但加固效果在很大程度上取决于胶粘工艺与操作水平；
适用于承受静力作用且处于正常湿度环境中的受弯或受拉构件的加固。
1．4．1．5、粘贴纤维增强塑料加固法
除具有粘贴钢板相似的优点外，还具有耐腐浊、耐潮湿、几乎不增加结构自重、耐用、维护费用较低等优点，但需要专门的防火处理，适用于各种受力性质的混凝土结构构件和一般构筑物。
1．4．1．6、绕丝法
该法的优缺点与加大截面法相近；
适用于混凝土结构构件斜截面承载力不足的加固，或需对受压构件施加横向约束力的场合。
1．4．7、锚栓锚固法
该法适用于混凝土强度等级为C20~C60的混凝土承重结构的改造、加固；
不适用于已严重风化的上述结构及轻质结构。
1．4．2间接加固的一般方法有：
1．4．2．1、预应力加固法
该法能降低被加固构件的应力水平，不仅使加固效果好，而且还能较大幅度地提高结构整体承载力，但加固后对原结构外观有一定影响；
适用于大跨度或重型结构的加固以及处于高应力、高应变状态下的混凝土构件的加固，但在无防护的情况下，不能用于温度在600C以上环境中，也不宜用于混凝土收缩徐变大的结构。
1．4．2．2、增加支承加固法
该法简单可靠，但易损害建筑物的原貌和使用功能，并可能减小使用空间；
适用于具体条件许可的混凝土结构加固。
1．4．3与混凝土结构加固改造配套使用的技术一般有：
1．4．3．1、托换技术
系托梁（或桁架，以下同）拆柱（或墙，以下同）、托梁接柱和托梁换柱等技术的概称；
属于一种综合性技术，由相关结构加固、上部结构顶升与复位以及废弃构件拆除等技术组成；
适用于已有建筑物的加固改造；
与传统做法相比，具有施工时间短、费用低、对生活和生产影响小等优点，但
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