老旧建筑结构加固改造的设计方法

朱慧明

（广东省建筑设计研究院有限公司，广东广州 510010）

0 引言

随着我国城镇化建设的加速及现代化进程的推进，很多老旧建筑尽管未达到设计使用年限，但其性能、安全性已不满足当代规范和使用要求，且结构承载力抗震性能不足、配套设施不齐、违章搭建严重、停车位不足等问题日益凸显，从而导致近年来老旧建筑加固改造工程大量出现。实践表明，对旧建筑结构体系的加固和改造具有显著的经济效益和社会效益。[1]

1 结构加固改造的基本原则

加固方案的设计和制定需要根据房屋的结构安全性报告为基础。房屋的建筑结构安全性报告是由房屋安全鉴定机构对房屋的安全性进行的全面综合的检测和评定，根据检测、评定的结果出具的报告书，房屋的结构安全性报告必须与国家工程建设的相关政策相符合并满足相关规范、标准。房屋安全鉴定主要方向有：建筑房屋大修前的安全鉴定、公共建筑物的定期鉴定，房屋改变使用用途或使用条件的鉴定、建筑房屋使用年限超过基准期需继续使用的鉴定、为定制建筑房屋群维修改造规划进行的普查鉴定、房屋出现安全隐患的鉴定、建筑房屋曾遭受各种灾害的安全鉴定等。

此外，结构加固改造还应以消除不利影响、确保加固的可靠性、增大材料界面及强度、拆除具有安全隐患的构件为基本原则，对老旧建筑结构进行整体或局部加固。

2 老旧建筑存在的主要结构问题

一般老旧小区建筑使用年限均为20 年以上，从而存在相关设计标准偏低、材料强度不高、整体性不足、建造方式混乱、布局不合理、房屋密度高、资料不全等问题。[2]其检测鉴定及加固处理相对困难。老旧建筑存在的主要结构问题可大致分为以下几类：①地基的不均匀沉降、变形、基础开裂；②墙体的倾斜变形、局部破坏、开裂错位、节点连接失效；③混凝土构件的承载力、开裂、钢筋锈蚀、抗震性能不足。

3 结构加固改造方案

3.1 结构构件加固

在建筑结构中承载构件主要为梁、板、柱、墙体等。除建筑整体的结构安全性不足外，还主要表现在结构单个构件的承载力不足。

针对结构构件的加固有多种方式，需要根据目标建筑物构件的种类、构件所处位置、截面类型、和受力情况等多种因素合理选择加固方式。

3.1.1 增大截面法加固

增大截面加固法是最常见、最经济也是最直接的一种结构构件加固方式。其原理为通过增大原构件截面的大小、面积，以及增大构件的纵向配筋或箍筋，从而提高构件的承载力、稳定性和刚度。

增大截面法中，所采用的混凝土材料等级须比原构件大，且混凝土强度至少达到C20；混凝土的性能和质量须满足国家相关规范、规程的要求，如图1、图2 所示。

3.1.2 外粘型钢加固法

外粘型钢加固法广泛运用在工程中，其原理为通过对钢筋混凝土柱外包并焊接型钢、扁钢构架并灌注结构胶粘剂，以达到整体受力，共同工作的加固方式。

3.1.3 粘贴碳纤维复合材加固法

粘贴碳纤维复合材加固法是对钢筋混凝土构件（梁、柱）外包纤维布的加固方式。适用于提高构件轴心受压构件的承载力、斜截面承载力以及位移延性的加固。

3.1.4 绕丝加固法

绕丝加固法是通过对被加固的构件缠绕退火钢丝，使其受到约束作用，从而提高其极限承载力和延性。若构件截面为矩形，其长边尺寸与短边尺寸之比应不大于1.5，且构件的四角保护层应凿除，并打磨成半径不小于30mm 的圆角。

图1 梁加大截面法

图2 柱加大截面法

3.1.5 外加预应力加固法

外加预应力加固法是通过对构件施加预应力，使原整体结构或结构构件的受力得到改善的一种间接加固法。对受压承载力不足的轴心受压柱，小偏心受压柱以及弯矩变号（正负变化）的大偏心受压柱，可采用双侧预应力撑杆进行加固；若弯矩不变号（正负变化）也可采用单侧预应力撑杆进行加固。

3.1.6 钢绞线网片聚合物砂浆加固法

钢绞线网片聚合物砂浆加固法常用于提高钢筋混凝土构件斜截面承载力，同时加强其位移延性。当结构构件斜截面受剪承载力不足时，可将钢绞线网片横向布置成环形箍加固。当因构件需要抗震加固时，可环向设置钢绞线网片作为附加箍筋从而提高构件抗剪能力。

3.2 结构抗震加固

在对建筑结构进行加固设计时，还需对构件进行抗震加固和整体性能加固。结构抗震加固不仅要考虑结构在地震力作用下的破坏情况，并相应的采取抗震加固、提高结构的抗震承载力等措施，更要考虑整体结构的抗震性能。抗震加固主要是提高建筑结构的整体抗震强度和变形能力。

3.2.1 抗震加固原则

抗震加固设计应以结构的抗震鉴定结果为基础。在具体的加固实施过程中可以采用整体加固、区段加固以及构件加固的方式。在对抗震加固方案进行确定时，应综合考虑结构总体抗震能力以及变形能力，从而避免局部构件失稳，如因加固后的框架形成短柱、短梁或强梁弱柱等。此外，在选择加固方案时，应避免原结构的薄弱层法发生转移，如果转移，则应重新处理新的薄弱层。建筑由于使用年限、建筑工艺等方面的原因很难满足现阶段抗震应力需求，又由于成本等因素无法拆除新建，故而需要通过加固修缮等方式来保障建筑安全，其中隔震加固是一种有效的方式。[3]

安全性是抗震加固的重点，但是对于结构适用和美观应兼顾考虑。科学而合理的加固方案是安全性、适用性和耐久性的有机统一。在增设墙体、支撑等构件时，应特别留意结构体系的变化、结构内力的重分布以及可能出现的局部应力集中。

3.2.2 结构抗震加固的主要方法

结构抗震加固常见方法有四种：①增设构件加固法——增加剪力墙、柱、圈梁等混凝土构件，从而改变建筑结构的受力体系或增加建筑结构的整体性；②增强构件加固法——新增构件无法采用时，进行对原构件加固，提高承载力和抗震能力，可采用上面提到的构件加固方法；③耗能减震加固法——通过在结构某些部位增加耗能阻尼减震装置，以减小地震反应；④隔震加固法——通过对隔震层的设置，将地震变形集中到隔震层上，从而减小对原有结构的地震作用。

3.3 基础加固

3.3.1 基础注浆加固

基础注浆加固方法适用于因外力损伤、地基沉降等其他外界原因引起的基础开裂或破坏。主要方法为注浆法（灌浆法）。材料可采用适用于潮湿环境的改性环氧树脂，注浆压力一般为0.4～0.6MPa。

3.3.2 基础承载力加固

基础承载力加固法主要适用于因设计偏差或建筑使用功能变化引起的荷载增大，从而导致基础结构承载力不足的情况。根据现状基础形式，常用的基础加固方法有：条形基础肋梁加固、柱基肋梁加固、条形基础加腋加固。

3.3.3 增大基础底面积

加大基础底面积法一般适用于既有建筑的地基承载力或基础底面尺寸不满足设计规范要求的情况。根据基础形式，主要采用的加固方法有：独立基础改条形基础法、条形基础改十字正交条形基础法、条形基础改筏形基础法。

3.4 裂缝修复

一般常见的裂缝修复有四种方式：表面封闭法、注射法、填充密封法、灌浆法。应根据裂缝的大小、位置、材料来选取相应的裂缝修复方式和修复填充材料。

4 结语

对老旧建筑结构的加固能同时满足经济、安全的需求。结构加固设计应因地制宜，以房屋建筑安全性鉴定报告为依据，分析老旧建筑结构主要存在的问题，对症下药，并严格遵守现行规范，综合考虑。