建筑结构抗震设计及加固改造施工技术

易秉林，王富伟

（中交一公局第四工程有限公司，南宁 530012）

1 引言

地震是自然界的一种巨大灾害，对建筑物和人类生命财产造成严重威胁，许多地区存在大量老旧建筑物，这些建筑物通常缺乏抗震设计和施工技术的要求，抗震性能较差。面对地震风险时，这些建筑物更容易受损，给人们的生命财产安全带来威胁。因此，研究建筑加固改造施工技术，提升建筑物的抗震能力，对于减少地震灾害的损失具有重要意义[1]。

2 工程概况

昆明鼓楼大厦提升改造工程项目由云南省设计院于1995年设计完成，1998 年主体建盖完成。主楼建筑高度99.92 m，总建筑面积59 646.64 m2；地上29 层，建筑面积54 337.5 m2；地下1 层，建筑面积5 309.14 m2；上部6 层裙房（裙房屋面标高29.85 m）与主塔楼连为一体。结构体系为钢筋混凝土框架-剪力墙结构。原有基础形式为柱下大直径人工挖孔灌注桩和机械钻孔灌注桩，主塔楼核心筒为大直径桩筏基础，6 层以上已按照酒店建筑功能完成砌筑工程。

3 抗震加固设计

本建筑设计抗震烈度为8 度，上部结构抗震等级为一级，地基基础处于正常状态，上部承重结构的稳定性良好，无倾斜、开裂等问题。本次加固设计进行全楼梁柱及核心区加固处理，建筑改造后的功能为大空间办公室，改造后结构刚度有所增加，减轻了上部结构荷载，降低了对现有地基承载力的要求，无须另行加固地基[2]。抗震加固措施如下。

1）因原结构楼板存在裂缝，需进行板裂缝修复，采用压力灌注裂缝专用胶进行施工。

2）因原结构板施工质量不符合设计要求，存在结构板混凝土强度不够、板开裂、板厚不足、板筋保护层厚度不满足要求等情况，以粘贴高强度碳纤维布的方式加固板。

3）因原结构剪力墙施工部分标号不满足设计要求，经设计院复核后局部采用直接法粘钢板、粘角钢进行加固。

4 加固技术

4.1 裂缝修补

本工程基础筏板采用灌注裂缝专用胶的方式进行，分两次注浆。第1 次注入1/3 裂缝专用胶，目的是防止筏板注浆时过多裂缝专用胶通过裂缝流入地基，第1 次注浆凝固后方能进行第2 次注浆，直到完全封闭筏板裂缝为止。

4.1.1 裂缝处理

混凝土构件仅存在较小的裂缝时，先用钢丝刷清理裂缝表面，再向裂缝两侧2～3 cm 范围内擦拭工业酒精。混凝土构件的裂缝较深时，将裂缝开凿成“V”形槽，清理灰尘、松散层等杂物，沿裂缝钻孔灌浆，浆液固结后可封闭裂缝。

4.1.2 设置灌浆嘴

在裂缝端部、较宽部位以及交错部位安装灌浆嘴，缝宽为0.3～0.5 mm 时，安装间距控制在30～50 cm，具体可根据裂缝的走向、尺寸做适当的调整，可用封口胶将灌浆嘴粘贴至指定位置，或在封缝过程中同步粘贴灌浆嘴。同一条裂缝上，必须有进浆、排气或出浆口。注射筒底座的间距主要根据裂缝宽度而定，具体如表1 所示。

表1 注射筒底座设置的间距

4.1.3 封缝

封缝材料采用封口胶，用油灰刀沿着裂缝反复涂抹胶泥，直至宽度达到2～3 cm、厚度约为1～2 mm，且各部位具有均匀性为止。封缝需要全面，避免局部夹杂小气泡，否则将导致封缝不严密。

4.1.4 封缝检验

封缝1 h 后，组织试漏检验，判断裂缝的密封情况。试验时，沿裂缝涂刷肥皂水，吹入压缩空气进行检验，若发现局部漏气，则表明该部位缺乏严密性，需再次采取封缝措施，直至各部位均无漏气现象为止。

4.1.5 配制灌浆胶液

按特定的比例选取A、B 组分的原材料，拌制低黏度灌缝胶；检验胶液的质量，若无异常则需在指定时间内完成灌浆作业。胶液的适用期受温度的影响，以25 ℃为例，需在配制完成后的60 min 内使用完毕。

4.1.6 灌浆

灌浆前，用压缩空气吹净孔缝，使其保持干净、干燥的状态。灌浆方法有单孔灌浆和分区群孔灌浆两种，根据裂缝区域的大小进行选择。对于同一条裂缝的灌浆，从一端开始逐步推进至另一端，自下而上、由浅到深灌浆。在保证浆液可正常流动的前提下，以较低的压力进行充足时间的灌浆，灌浆压力通常取0.2 MPa。最后一个出浆口流出胶液后，稳压继续注浆10 min，而后结束灌浆，拆除管路，清理管路中的残留胶液。

4.1.7 胶液固化

胶液固化受环境温度的影响，且在不同环境温度时的固化时间存在差异。根据胶液特性，固化时环境温度≥5 ℃，对于25 ℃的环境温度，胶液的固化时间通常为1～2 d。

4.2 粘贴碳纤维

4.2.1 准备工作

测量放线，确定碳纤维的粘贴位置；在构件上弹出超过实际尺寸20 mm 的轮廓线，以便打磨；检查碳纤维片材、树脂等施工材料以及各类机具的质量，控制好数量，保证物资供应充足；若实际情况与设计图存在差异，如实反馈实际情况，调整施工方法[3]。

4.2.2 基层处理

混凝土劣化层需用磨光机或砂轮机去除，待加固构件表面疏松、剥落等劣质混凝土也要被清理干净，用角磨机、砂纸等清理表层的浮浆、油污，用环氧砂浆修复表面。构件基面必须保持平整，若局部凸起，应将此部位抹平。在转角处粘贴碳纤维片时，粘贴部位有尖锐棱角的需要打磨成圆角，圆角最小内径r为20 mm。打磨完成后，清理干净表面，首先用脱脂棉丝擦混凝土粘贴面，再用脱脂棉蘸丙酮对表面擦拭2～3 遍，最后全面清理一次，处理后的表面应保持干净，加强防护，以免二次污染。

4.2.3 涂刷底层涂料

按比例选取主剂和固化剂，充分搅拌，形成底层涂料。每次搅拌量根据一次可用完为准进行控制，若有剩余应视为废料处理，不可再次使用。采用滚筒均匀涂刷底层涂料，养护时间不少于3 h，满足指触干燥的要求时可结束养护。底层涂料局部凸起时，用砂纸抹光，若打磨过深而导致部分底层涂料的厚度不足，需补充涂料至该部位与周边齐平。在环境条件适宜时才可涂刷底层涂料，如气温低于5 ℃、相对湿度高于85%时，不宜涂刷。底胶固化后，施工下一道工序。涂刷时间超过7 d时，用砂轮机清理原底胶，涂抹新料。

4.2.4 粘贴碳纤维布

按比例控制黏结树脂中主剂和固化剂的用量，将两种原材料拌制均匀，用滚刷涂抹，形成下涂层，而后及时粘贴碳纤维片，检查粘贴位置，确认位置准确无误后，用专用工具罗拉沿纤维方向进行多次滚压，通过外力作用挤出纤维片与黏结树脂间的气泡，使纤维片粘贴稳定，保持平整。

纤维布施工0.5 h 后，用滚刷涂刷黏结树脂，涂刷统一沿纤维方向进行，控制涂刷的范围，避免已粘贴的碳纤维片卷起。涂刷3～4 d 后，进行全面检查，判断是否存在空鼓，并根据空鼓尺寸和数量判断涂刷是否达标。若空鼓的直径＞10 mm、＜30 mm，每平方米的空鼓数量＞10 个时视为不合格，＜10 个视为合格；空鼓的直径在30 mm 以上时，无论数量如何，均不满足要求。对于空鼓检查不合格的情况，需进行修补。纤维布的搭接长度不少于100 mm，由于搭接部位偏薄弱，因此不可在主要受力区搭接。对于立面纤维布，自上而下有序粘贴到位。

4.2.5 养护

碳纤维布粘贴到位后，自然养护24 h，在此过程中应由专人加强管理，避免磕碰、刮伤等问题。树脂固化器的气温在5 ℃内时，采取升温和保温措施。碳纤维布的养护时间与平均气温有关，理论上具有养护时间随平均气温的升高而缩短的变化规律。例如，平均气温为10～20 ℃时，养护时间为7～14 d；平均气温高于20 ℃时，养护时间为7 d；平稳气温低于10 ℃时，养护时间需达到14 d，必要时可进一步延长养护时间。由专人负责碳纤维布的养护，加强防护，避免碳纤维布受损。为提升防护效果，结构施工后，设置水泥砂浆饰面。

4.3 粘贴钢板

钢板厚度为3 mm、4 mm、5 mm、6 mm、8 mm、10 mm、12 mm等，粘贴部位为各楼层的梁、板、柱、剪力墙及墙体开洞处，根据各部位选择合适厚度的钢板，搭配M10、M12、M16 等规格的锚固螺栓，起加固作用，保证粘贴到位的钢板具有稳定性。

4.3.1 钢板加工

根据图纸要求确定钢板的尺寸，选择质量达标的钢板原材料，加工出特定尺寸的钢板，再清理表面，调节平整，要求钢板在自由状态时与混凝土紧密贴合，最大缝隙量需＜5 mm。

4.3.2 钢板黏结面及基面的处理

钢筋仅有轻微锈蚀时，先用电动钢丝刷除锈，再用棉丝蘸丙酮清理，最后打毛。钢板打毛统一沿着垂直于钢板受力的方向进行，工具采用角向磨光机，打毛时注重防油污、防潮，且需根据施工要求现用现打毛。

对于混凝土基面的处理，先清理表面的蜂窝、麻面、剥落、夹渣等劣化混凝土，用小铁锤和錾子剔除表层的浮浆层和抹灰层。基面局部混凝土有明显缺陷时，用高强聚合物砂浆将表面修复平整，必要时以灌缝或封闭的方法进行处理。

经过上述处理后，钢板黏结面和混凝土基面应坚实、干净、平整、干燥，为钢板的粘贴作业打好基础。

4.3.3 粘贴钢板

粘贴前，用丙酮清理钢板粘贴面和混凝土基面，按比例控制结构胶甲、乙组分，经过充分搅拌后，用刮板向基面和钢板粘贴面均匀涂胶。首先涂刮薄层，目的在于修整混凝土面，填充毛眼，再向钢板粘贴面和混凝土基面涂刮，以胶层的厚度≤5 mm 为宜控制涂刮量，涂刮后的胶不可流淌，两边略薄，中间略厚，确保粘贴钢板后胶体可保持饱满。

钢板粘贴工具包含活扳子、压板、垫片等，提前准备到位。由两组员工共同负责钢板的粘贴作业，向钢板上涂胶，再将其对准黏结面的指定位置，稳定粘贴到位，而后上紧固定支撑托，挤出多余的胶，胶层的厚度以2～3 mm 为宜。及时清理多余的胶，使边缘胶体保持平滑。

4.3.4 成品保护

钢板粘贴到位后，由专人加强管理和防护，确保24 h 内钢板无震动、移动等问题，可对钢板采取临时固定措施，防止钢板在固化期发生异常。固化3 d 后，钢板粘贴已进入稳定状态，可承受设计荷载。

5 结语

综上所述，建筑结构可能由于强烈的地震灾害而缺乏稳定性，影响建筑的使用安全，需要在建筑工程设计阶段和施工阶段采取科学可行的技术策略，提高建筑的抗震水平。由于地震的发生具有突发性，难以有效预防，若能做好建筑工程的前期抗震设计和施工，可提升建筑结构的抗震性能。经过本文的分析，提出建筑工程的抗震设计方案，包括压力灌注粘贴、高强度碳纤维布、粘贴钢板等多道抗震防线，并就建筑结构加固改造技术进行分析，全面提升建筑的抗震性能，所述技术对类似建筑工程有参考价值。