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傳統加固改造設計與施工的精髓

一根據佟建國總工程師歷次講話整理

我們的老祖宗幾千年前就知道如何進行加固了。你看”固”字不就是把“古”字的結構“口”起來嗎?而現代建筑之所以在強震的作用下其受損程度比以往任何時代慘重,我想很大程度上是由于現代建筑的高大質量和剛度。剛度突變和質量差異造成的破壞在5.12汶川大地震中表現尤為突出。因此,我在與設計院朋友交流時反復強調這點。雖然是老話常談,但一些設計還是不盡人意。為了幫助工程師進行結構設計,我國推出了大量的規范、規程及標準。但問題是一些設計,過于依賴于電腦的輸出結果,對規范中的基本理論了解不足。日本東京工業大學的和田章教授說的好”我們不能只是一味的抓著這些指南(等同國內的規范)中像枝葉一樣繁冗的各項條款不放。應該撥開這些繁密的枝葉,去發現其中的主干,也就是那些對建筑結構安全最為重要的基本原理。即結構設計要從理解結構普遍性的基本原理入手。

我的看法是: A.新增加的構件和材料,通過粘接、嵌入、植入、注入、圍包、焊接、覆蓋、噴射、預應力等技術手段與原主體結構緊密結合,形成新的整體共同工作。從而達到補強加固、增設構件以及改變受力的目的。這里特別應該提到的是緊密結合是必須的，但不是唯一的，唯一的是必須達到共同工作。使新增荷載有效地傳遞到復合構件上,從而經受使用、環境和時間帶來的考驗，這應該是加固技術最基本的機理和概念。

B.既有建筑進行加固改造不可避免的受到原結構以及使用功能要求等諸多限制,特別是節點核心區域的復雜受力和內部結構,我們的辦法是力求在掌握現行規范(規程)原則前提下,緊密結合實際,采取有效措施靈活運用,保證新增構件與原結構連接可靠、牢固結合,從而達到共同工作的目的,使新增荷載有效地傳遞到復合構件上。

C.結構件的加固設計,除應滿足承載力要求外, 尚應復核其抗震能力，不應存在因局部加強或剛度突變而形成新的薄弱點。同時，還應考慮結構剛度增大而導致的地震作用效應增大影響。同樣,新建設計也是如此。

加固設計與施工基本要求

加固設計是按現行加固規范及相關標準對加固方案的深化過程，加固施工是對被加固結構按設計進行加固的實施過程。因此,我們強調加固設計與施工的過程,就是針對現有結構受損加固和抗震加固的基本特點和機理進行的,特別是施工過程中步驟是否符合系統受力,這個過程也包括了從安全性鑒定和抗震鑒定到完成審圖的過程，整個過程應該有機的結合在一起。特別是采用加固前后的結構計算模型，手算和電算相結合完成驗算及加固設計。深入實地的調查研究制定切實可行的加固方案和施工方案。

（1）我們在判斷受損建筑是否嚴重,是否可以進行加固，不是看其裂縫的大小，而是認真檢測系統的穩定性,沉降和傾斜是否在規定的范圍內。

（2）加固方案的確定,是在全面綜合地考慮原結構構件的損傷狀況,原建筑使用空間和其它功能要求,加固施工的技術條件(施工技術、設備、熟練技工等)和非技術因素(資金、工期等)以及對加固效果的估計等多種因素后,經過多個方案分析比較選擇使用最佳方案。不能單憑印象和經驗辦事。

（3）既有建筑在加固前必須進行抗震和安全性鑒定。僅憑應急評估是不行的。因為其鑒定結果是加固設計的主要依據。災區的加固,特別是民用建筑及九十年代初以前的建筑，三分之二以上是沒有完善竣工圖的。其鑒定的質量和結果就更加重要了。

（4）加固設計前仍應對建筑的受損現狀進行進一步的調查。發現圖紙上未說明的缺陷和損傷進行專門分析。在加固時一并處理。

（5）加固是系統工程,包括整體房屋、區段以及構件加固。要優先采用增強結構整體承載力和抗震性能的手段方法,消除不利的因素。

（6）特別是要防止結構的脆性破壞,避免結構的局部加固,使結構承載力和剛度發生突變。

（7）框架結構加固后,宜盡量消除” 強梁弱柱”和”上強下弱”的不利于抗震的受力狀態。使加固后的結構質量和剛度分布均勻、對稱。減少扭轉效應。

（8）要采取有效措施盡可能的保證新增加截面、構件和部分與原有結構未受損的部分能夠可靠的協同工作,整體受力,共同承擔加固后該結構構件應承受的荷載和外加(或約束)變形。如果技術上做不到新加部分與原有部分的協同受力,也要在構造和連接上做到加固部分分擔被加固部分的荷載,減輕被加固部分的負荷,使其達到允許程度。

（9）新增構件與原主體之間應有可靠的連接,其連接質量是加固后結構整體協調工作的關鍵。

（10）新增的柱、墻等豎向構件應有可靠的基礎。這些構件既是傳遞豎向荷載，又是直接抵抗水平地震作用的主要構件。必須自下而上連續設置并落在基礎上。決不允許直接支承在樓層梁板上。

（11）對于加大截面的部分兩端一定要避開節點核心區及剛度突變位置,對因加大截面而增添地震作用的柱應當專門驗算。

（12）在加固構件時,盡量不損壞原有結構,并保留其有利用價值的部分避免不必要的鑿傷、拆除受損,這樣做，方面考 慮的是經濟效益 ,另一方面考慮的是盡量減少薄弱部位。因為加固所新增的部分與原有部分的連接畢竟是建筑物的薄弱點。

（13）加固后新舊材料能夠共同受力的構件,應考慮加截面材料的應力滯后問題。被加固的原截面,在加固前已受力,但新加截面并不立即分擔其受力,而是在新增加的荷載作用下才可能受力。所以在加固后的截面，上始終存在著新加截面應力滯后于原截面應力的現象。這種應力滯后現象,使得加固截面到達其極限狀態時,新加截面材料的應力可能較低,它們尚難以充分發揮其潛力。以鋼筋混凝土軸心受壓短柱的加固截面為例(圖1 )。加固時原截面混凝土和鋼筋已經受力,其應變為δ1。這時,混凝土的壓應力為σ1c ,鋼筋的壓應力為σ1s ;但新加截面尚未受力，其混凝土和鋼筋的壓應力為零。待到加固截面達到承載力極限狀態的瞬間,原截面混凝土的壓應力為0.002 ,應力為fxk ,原截面鋼筋的應變也為0.002 ,應力為fyk ;而新加截面混凝土和鋼筋材料的應力卻都未達到其強度標準值。

在實際設計時,考慮偏于安全的簡化后, 新加截面材料強度設計值應引入強度降低系數n , n取0.8~0.9。 當加固截面的受力狀態為軸心受壓時,取偏低值;偏心受壓或受彎時,取偏高值。當加固構件直接承受動力荷載或震動荷載時,取偏低值;否則,可取偏高值。詳見《混凝土結構加固設計規范》( GB50367 -2006 )。