建筑结构加固施工与设计工程概述
- 建筑结构加固施工与设计工程是为了提高既有建筑结构的安全性、耐久性和承载能力，针对结构因老化、损伤、功能改变或设计标准提高等原因而开展的专业工程。通过科学合理的设计和规范的施工，使建筑结构能继续满足使用要求。
加固设计工程
1. 资料收集与分析
- 收集资料：收集建筑原设计图纸、施工记录、地质勘察报告、使用历史资料等。原设计图纸能提供结构的初始设计参数，如结构形式（框架、砌体、剪力墙等）、构件尺寸、材料强度等级等；施工记录可了解施工过程中的情况，包括混凝土浇筑质量、钢筋布置等；地质勘察报告有助于分析地基基础状况；使用历史资料能反映建筑在使用过程中是否经历过特殊事件（如火灾、地震等）及结构的损伤发展情况。
- 分析问题：根据收集的资料，分析结构可能存在的问题，如是否存在承载能力不足、结构损伤、抗震性能差等情况。例如，如果建筑有过火灾经历，要重点分析火灾对混凝土和钢筋性能的影响；若建筑使用年限较长，需考虑材料老化问题。
2. 现场勘查与检测
- 外观检查：对建筑结构进行全面的外观检查，包括墙体、梁柱、楼板等构件。查看墙体是否有裂缝（裂缝的宽度、长度、走向等信息）、剥落、倾斜等现象；检查梁柱是否有变形、混凝土剥落、钢筋外露等问题；观察楼板是否有裂缝、下沉等。例如，发现墙体有斜裂缝可能暗示结构受剪破坏，梁底出现竖向裂缝可能是受弯承载力不足。
- 材料性能检测：运用专业检测方法检测结构材料的性能。对于混凝土结构，可采用回弹法、超声 - 回弹综合法检测混凝土强度，用超声法检测混凝土内部缺陷，用钢筋探测仪检测钢筋的配置和锈蚀情况。对于钢结构，可通过探伤检测焊缝质量，检查钢材的厚度、强度等。通过这些检测获取准确的结构材料参数，为后续设计提供依据。
- 结构性能评估：结合现场勘查和检测结果，对结构的性能进行评估。计算结构在现有荷载下的承载能力、稳定性和变形情况，判断结构是否满足安全使用要求。例如，通过结构力学计算分析梁、柱的内力，与构件的承载能力进行对比，确定结构的薄弱环节。
3. 加固设计方案
- 目标确定：根据结构评估结果和使用要求，确定加固设计目标。如提高结构的承载能力到满足新的荷载标准、增强结构的抗震设防烈度、修复结构损伤以恢复其正常使用功能等。
- 方法选择：根据结构类型、存在的问题和加固目标选择合适的加固方法。
- 增大截面加固法：适用于混凝土梁、柱、墙等构件承载能力不足的情况。通过增加构件的截面尺寸，并配置相应的钢筋来提高承载能力。例如，在混凝土柱四周浇筑新混凝土并植入钢筋，新老混凝土和钢筋协同工作，增强柱的抗压和抗弯能力。
- 碳纤维加固法：常用于混凝土受弯、受剪构件的加固。碳纤维布具有高强度、高模量的特点，将其粘贴在构件表面可分担拉力。如在梁的受拉区粘贴碳纤维布，能有效限制裂缝发展，提高梁的抗弯承载能力。
- 外包钢加固法：对于混凝土柱或梁，可采用外包钢加固。有干式和湿式外包钢两种方式。湿式外包钢通过胶粘剂或灌浆使钢与混凝土紧密结合，可显著提高构件的抗压、抗剪能力和延性。例如，对混凝土柱采用湿式外包钢加固时，在柱子四周包裹角钢和缀板，通过灌浆使型钢与柱子紧密结合。
- 预应力加固法：适用于大跨度结构或对变形控制要求较高的结构。通过对加固构件施加预应力，产生与外荷载作用方向相反的内力，抵消部分外荷载产生的效应。比如对大跨度的混凝土梁，采用体外预应力加固，在梁的底部或侧面设置预应力筋，施加预应力后，梁的抗弯能力和抗裂性能得到明显提高。
- 设计计算：对选择的加固方法进行详细的设计计算。计算加固后结构在各种荷载组合下的内力、变形和承载能力，确保满足设计要求。例如，在增大截面加固计算中，要确定新增截面的尺寸、钢筋的规格和数量，考虑新老混凝土和钢筋的协同工作；碳纤维加固计算要根据构件受力情况确定碳纤维布的用量（层数、宽度、长度）。
- 构造设计：确定加固材料的布置方式、锚固措施等。如碳纤维加固时，要设计碳纤维布的粘贴方向、端部锚固长度和形式；增大截面加固时，要设计新老混凝土的结合面处理方式和钢筋的锚固构造；外包钢加固时，要设计钢板与构件的连接构造、锚栓布置。
- 施工图绘制：绘制详细的加固施工图，包括平面布置图、剖面图、节点详图等。在图中准确标注加固部位、材料规格、施工顺序等，为施工提供清晰的指导。
加固施工工程
1. 施工准备
- 组织准备：组建专业的施工队伍，包括管理人员、技术人员和施工人员。对施工人员进行技术培训和安全交底，使他们熟悉加固工艺、质量要求和安全注意事项。例如，向施工人员详细讲解碳纤维布粘贴的操作要点、胶粘剂的使用规范等。
- 材料准备：根据加固设计要求采购材料，如碳纤维布、钢板、钢筋、胶粘剂、灌浆料等。对材料进行严格的质量检验，检查材料的质量证明文件，并按规定抽样复验，确保材料质量合格。例如，碳纤维布的抗拉强度、弹性模量等指标要符合设计要求，胶粘剂的粘结强度和耐老化性能要达标。
- 设备准备：准备施工所需的设备和工具，如混凝土搅拌机、振捣器、电焊机、钻孔机、打磨机、喷枪等。检查设备性能，确保设备能正常工作。例如，检查电焊机的焊接电流稳定性、钻孔机的转速和扭矩是否满足施工要求。
2. 施工过程
- 按加固方法施工：
- 增大截面加固施工：对原结构构件表面进行清理、凿毛，清除疏松的混凝土、油污和锈迹等。植入新钢筋，保证植筋的深度、间距和锚固长度符合设计要求，并通过拉拔试验检验植筋质量。支设模板，确保模板的强度、刚度和稳定性，模板拼缝要严密，防止漏浆。浇筑新混凝土，控制混凝土的配合比、坍落度和浇筑高度，采用振捣器振捣密实，保证新老混凝土结合良好。
- 碳纤维加固施工：对构件表面进行打磨、清理，使其平整、干燥、无油污。涂刷底层胶粘剂，待其干燥后，将碳纤维布按设计要求裁剪、粘贴，用滚筒或刮板沿碳纤维布的纤维方向反复滚压或刮压，排除气泡，使碳纤维布与构件紧密贴合。若需多层粘贴，重复上述步骤，注意相邻两层碳纤维布的纤维方向应相互垂直。
- 外包钢加固施工：对构件和外包钢表面进行处理，对于湿式外包钢，在构件和钢表面涂刷胶粘剂或灌注灌浆料，将钢构件安装到位，通过焊接或螺栓连接固定，确保钢与构件之间填充密实、连接牢固。对于干式外包钢，要保证钢与构件之间的贴合紧密，通过合适的连接方式固定。
- 预应力加固施工：在构件上安装预应力筋，预应力筋的张拉设备要准确校准。按照设计要求的张拉顺序和张拉控制应力进行预应力张拉，在张拉过程中要密切监测预应力的变化和构件的变形情况。张拉完成后，对预应力筋进行锚固，确保预应力长期稳定。
- 质量控制：建立质量检查制度，对每一道施工工序进行质量检查。例如，检查混凝土的强度、外观质量，碳纤维布的粘贴质量（包括粘贴是否平整、有无空鼓、粘结强度是否达标等），钢结构的焊接质量（焊缝外观、探伤检测）和螺栓连接质量（拧紧力矩、防松措施）等。对不符合质量要求的部位及时整改。
- 安全管理：施工现场设置安全警示标志，施工人员佩戴安全帽、安全带等防护用品。对高处作业、电气焊接、机械操作等危险作业制定专门安全措施，防止安全事故发生。例如，高处作业要设置可靠的脚手架和防护栏，电气焊接要注意防火、防触电。
3. 竣工验收
- 资料审查：审查施工过程中的各项资料，包括材料质量证明文件、检验报告、隐蔽工程验收记录、施工日志等，确保资料齐全、规范。
- 外观检查：对加固后的建筑结构进行外观检查，检查加固部位是否符合设计要求，如混凝土表面是否平整、无蜂窝麻面，碳纤维布粘贴是否牢固、无褶皱，钢结构连接是否牢固、焊缝是否均匀等。
- 结构性能检测：根据需要进行结构性能检测，如对关键构件进行静载试验、对结构整体进行变形观测等，验证加固后结构是否满足设计的承载能力、稳定性和变形要求。验收合格后，方可交付使用。