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【摘 要】 本文紧密结合某中学教学楼的改扩建工程实例，介绍了改建加固施工过程中的施工思路、加层方案和加固工艺的选择以及细部处理方法，阐明了结构整体抗震性能分析在施工落实中的重要性，对比分析了工程中常用的几种钢筋混凝土构件的加固工艺和适用范围。
【关键词】 改扩建；加固；施工工艺
1 工程概况
某中学教学楼项目属于现浇混凝土框架结构，没有地下室，地上建筑有五层，底层层高大约4米，其上各层是3.9米，建筑物总的高度数值大概是19.3米，建筑总的面积是8700平方米。基础形式属于人工挖孔桩基础，工程严格按照相关规范进行施工，建成之后使用至今。原建筑平面图如图1所示，改扩建之后的建筑平面图如图2所示。改、扩建加固施工之后使用年限是五十年，本项目的建筑改造内容主要包括：整体性的建筑改建成为单廊式的教学楼，对原有建筑的外立面进行改造，四面两处可以从第一层到第五层各新增一个楼梯，北面以及南面新增几个办公室，同时拆去走廊西边以及走廊南边的教学楼，东北方向从第一层到第五层新增加几间卫生间。屋顶增添几处坡屋面。本改扩建项目一方面改变了平面的形状、功能分布以及立面加层，另一方面还必须保证抗震规范的顺利交替。其中所包含的未知因素很多。
2 选用合适的加层方案
屋顶增设坡屋面方案采用钢筋混凝土结构或者钢结构，比较如下：钢筋混凝土结构与下部结构刚度统一，造价低，坚固耐用等特点，但是自重增加较大，可能会引起基础承载力不够和下部的柱子轴压比不足的问题。钢结构自重小，施工周期短，但是可能会有刚度突变等不利影响。从对原结构影响较小的角度出发，本工程的加层采用钢结构。钢结构加层施工的重点是节点，钢构件与混凝土连接处的尺寸必须进行测量，量体裁衣。为了减小对原建筑构件的影响，钢柱布在框架柱上，柱脚采用铰接，避免对原框架柱产生附加弯矩和剪力。
3 加固施工工艺
3.1三种常用加固工艺的对比分析
三种常用加固工艺包括：外粘型钢法（即湿式外包钢法）、粘贴钢板法、粘贴碳纤维法。从20世纪90年代国家就已发布有关加固的推荐性标准，在这期间不断有新的加固技术面世，以混凝土的直接加固法而论，湿式外包钢法与粘贴钢板法以及粘贴碳纤维法这三种加固方法效果好，应用广泛且技术相对成熟，在混凝土结构的加固工程中，往往不可避免的采用这三种方式中的一种或几种。但是一个加固工程如何真正能做到合理、经济、适用，还需要灵活的应用。表1从各角度对比了湿式外包钢法与粘贴钢板法以及粘贴碳纤维法这三种加固方法各自的特点，为选用提供依据。
表1 三种常用加固方式的比较分析
3.2碳纤维加固对大偏压柱的影响
从表1可以看出，碳纤维加固能够增加延性的这个优点很突出，但是否也能对大偏压柱的轴压比和配筋产生影响，本人认为至少可以从以下几点来阐述：约束混凝土可使混凝土强度提高，因为碳纤维的高强度决定了最终围压的大小，高弹性模量决定了提供围压的刚度。约束混凝土可使混凝土极限变形提高。柱的抗剪承载力可以提高（尤其对于短柱和抗震非常有用）。这三点的提高，可使柱中的混凝土应力应变曲线关系发生变化，变高，变长，体现在截面施工中就是构件的极限曲率大了，轴压比限值和相对受压区高度限值都能够相应放松。混凝土强度提高，柱配筋也相应减小。
3.3柱、梁、板的加固
部分框架柱在地震作用下抗弯纵筋不足，且实际配筋面积与验算所需配筋面积差距较大，因而采用外包钢法，用角钢的有效截面面积代替需要增加的纵筋面积。纵筋能够满足要求的情况下，尚有箍筋不够的情况则采用碳纤维加固的方法。主梁的加固：12m跨度的框架梁，截面400×960，原次梁位置不变，增加分隔墙，不影响使用功能的前提下，新增次梁采用铰接支座，植筋仅作为固定作用，避免了采用刚接节点时的种种弊端，见图3。框梁原配筋满足梁受弯承载力要求，但次梁搁置处需进行抗剪加固，U形箍两端外贴100mm宽压条进行锚固，见图4。板采用碳纤维加固，出现在新旧结构交界附近的支座处，采用单层碳纤维布粘贴于板面，宽度为100mm，轴线距离为500mm。
3.4基础加固施工工艺
在本次的加固改造中，人工挖孔桩是一个有利的条件，直径较大，抵抗侧向变形能力较强，具有较好的稳定性，承载力也有富余，但个别位置的桩位布置在改造施工中也有新的问题。瑏瑢轴～瑏瑣轴间为走廊，瑏瑢轴和瑏瑣轴上有填充墙，如果仅仅在原基础平面上增大基础面积，承载力没有问题，但是在拆除填充墙的卸载过程和以后的加载过程中如何保持结构的自稳定成为一个新的问题，两柱一桩如天平般的平衡状态势必会被破坏。为解决这一问题，改造方案在原承台两侧各增设人工挖孔桩，增大承台范围，形成联合承台。
3.5新旧承台的连接以及抗剪槽
结构加固的一个关键问题就是新旧结构之间的协同工作以及新旧结合面的连接问题。与天然基础的按地基承载力计算底面积不同，多桩承台的底面积一般按构造要求，对承台高度则需进行冲切和抗剪验算。在条件允许的情况下，新旧承台的连接可以在不进行钢筋锚固的情况下实现，同时也避免了新桩与老承台的连接问题。本工程原承台标高-2.900，室外地坪的标高-0.900，在旧承台顶面上重新增加新承台不影响使用功能，如图5、图6所示。混凝土规范中的抗剪验算，是解决斜截面抗剪的问题，新旧混凝土面的连接不是斜截面抗剪的问题，而是直截面“抗滑移”的问题，规范没有解决，但是在加固施工时必须考虑这个问题。新旧混凝土界面设置“抗剪键”，做法是新增界面的中部位置老界面凿毛时向内凿出200宽25深的抗剪槽，界面凿毛后清除浮灰及松动残渣，涂刷混凝土界面剂后浇筑新增混凝土，新增梁混凝土强度等级比原结构大一级。（见下图5、图6）
4 结语
本项目改扩建的内容比较多，实际运作过程中以扩建为主，扩建与改建的部分很难完全区分开，改建内容与扩建掺杂在一起，乍看起来，每一个部分的施工显得繁杂而又无规律可循，将改建思路和改建目标明确之后，施工过程主要围绕着加固工艺的选择和实施来进行，整个过程简化之后，为项目施工提供了很多方便。
参考文献：
[1]班玲.某體育馆改扩建工程结构植筋加固施工技术要点[J].工业建筑.2013（04）
[2]李建忠.对新增楼面荷载结构的加固与实践[J].建筑施工.2013（02）
【关键词】 改扩建；加固；施工工艺
1 工程概况
某中学教学楼项目属于现浇混凝土框架结构，没有地下室，地上建筑有五层，底层层高大约4米，其上各层是3.9米，建筑物总的高度数值大概是19.3米，建筑总的面积是8700平方米。基础形式属于人工挖孔桩基础，工程严格按照相关规范进行施工，建成之后使用至今。原建筑平面图如图1所示，改扩建之后的建筑平面图如图2所示。改、扩建加固施工之后使用年限是五十年，本项目的建筑改造内容主要包括：整体性的建筑改建成为单廊式的教学楼，对原有建筑的外立面进行改造，四面两处可以从第一层到第五层各新增一个楼梯，北面以及南面新增几个办公室，同时拆去走廊西边以及走廊南边的教学楼，东北方向从第一层到第五层新增加几间卫生间。屋顶增添几处坡屋面。本改扩建项目一方面改变了平面的形状、功能分布以及立面加层，另一方面还必须保证抗震规范的顺利交替。其中所包含的未知因素很多。
2 选用合适的加层方案
屋顶增设坡屋面方案采用钢筋混凝土结构或者钢结构，比较如下：钢筋混凝土结构与下部结构刚度统一，造价低，坚固耐用等特点，但是自重增加较大，可能会引起基础承载力不够和下部的柱子轴压比不足的问题。钢结构自重小，施工周期短，但是可能会有刚度突变等不利影响。从对原结构影响较小的角度出发，本工程的加层采用钢结构。钢结构加层施工的重点是节点，钢构件与混凝土连接处的尺寸必须进行测量，量体裁衣。为了减小对原建筑构件的影响，钢柱布在框架柱上，柱脚采用铰接，避免对原框架柱产生附加弯矩和剪力。
3 加固施工工艺
3.1三种常用加固工艺的对比分析
三种常用加固工艺包括：外粘型钢法（即湿式外包钢法）、粘贴钢板法、粘贴碳纤维法。从20世纪90年代国家就已发布有关加固的推荐性标准，在这期间不断有新的加固技术面世，以混凝土的直接加固法而论，湿式外包钢法与粘贴钢板法以及粘贴碳纤维法这三种加固方法效果好，应用广泛且技术相对成熟，在混凝土结构的加固工程中，往往不可避免的采用这三种方式中的一种或几种。但是一个加固工程如何真正能做到合理、经济、适用，还需要灵活的应用。表1从各角度对比了湿式外包钢法与粘贴钢板法以及粘贴碳纤维法这三种加固方法各自的特点，为选用提供依据。
表1 三种常用加固方式的比较分析
3.2碳纤维加固对大偏压柱的影响
从表1可以看出，碳纤维加固能够增加延性的这个优点很突出，但是否也能对大偏压柱的轴压比和配筋产生影响，本人认为至少可以从以下几点来阐述：约束混凝土可使混凝土强度提高，因为碳纤维的高强度决定了最终围压的大小，高弹性模量决定了提供围压的刚度。约束混凝土可使混凝土极限变形提高。柱的抗剪承载力可以提高（尤其对于短柱和抗震非常有用）。这三点的提高，可使柱中的混凝土应力应变曲线关系发生变化，变高，变长，体现在截面施工中就是构件的极限曲率大了，轴压比限值和相对受压区高度限值都能够相应放松。混凝土强度提高，柱配筋也相应减小。
3.3柱、梁、板的加固
部分框架柱在地震作用下抗弯纵筋不足，且实际配筋面积与验算所需配筋面积差距较大，因而采用外包钢法，用角钢的有效截面面积代替需要增加的纵筋面积。纵筋能够满足要求的情况下，尚有箍筋不够的情况则采用碳纤维加固的方法。主梁的加固：12m跨度的框架梁，截面400×960，原次梁位置不变，增加分隔墙，不影响使用功能的前提下，新增次梁采用铰接支座，植筋仅作为固定作用，避免了采用刚接节点时的种种弊端，见图3。框梁原配筋满足梁受弯承载力要求，但次梁搁置处需进行抗剪加固，U形箍两端外贴100mm宽压条进行锚固，见图4。板采用碳纤维加固，出现在新旧结构交界附近的支座处，采用单层碳纤维布粘贴于板面，宽度为100mm，轴线距离为500mm。
3.4基础加固施工工艺
在本次的加固改造中，人工挖孔桩是一个有利的条件，直径较大，抵抗侧向变形能力较强，具有较好的稳定性，承载力也有富余，但个别位置的桩位布置在改造施工中也有新的问题。瑏瑢轴～瑏瑣轴间为走廊，瑏瑢轴和瑏瑣轴上有填充墙，如果仅仅在原基础平面上增大基础面积，承载力没有问题，但是在拆除填充墙的卸载过程和以后的加载过程中如何保持结构的自稳定成为一个新的问题，两柱一桩如天平般的平衡状态势必会被破坏。为解决这一问题，改造方案在原承台两侧各增设人工挖孔桩，增大承台范围，形成联合承台。
3.5新旧承台的连接以及抗剪槽
结构加固的一个关键问题就是新旧结构之间的协同工作以及新旧结合面的连接问题。与天然基础的按地基承载力计算底面积不同，多桩承台的底面积一般按构造要求，对承台高度则需进行冲切和抗剪验算。在条件允许的情况下，新旧承台的连接可以在不进行钢筋锚固的情况下实现，同时也避免了新桩与老承台的连接问题。本工程原承台标高-2.900，室外地坪的标高-0.900，在旧承台顶面上重新增加新承台不影响使用功能，如图5、图6所示。混凝土规范中的抗剪验算，是解决斜截面抗剪的问题，新旧混凝土面的连接不是斜截面抗剪的问题，而是直截面“抗滑移”的问题，规范没有解决，但是在加固施工时必须考虑这个问题。新旧混凝土界面设置“抗剪键”，做法是新增界面的中部位置老界面凿毛时向内凿出200宽25深的抗剪槽，界面凿毛后清除浮灰及松动残渣，涂刷混凝土界面剂后浇筑新增混凝土，新增梁混凝土强度等级比原结构大一级。（见下图5、图6）
4 结语
本项目改扩建的内容比较多，实际运作过程中以扩建为主，扩建与改建的部分很难完全区分开，改建内容与扩建掺杂在一起，乍看起来，每一个部分的施工显得繁杂而又无规律可循，将改建思路和改建目标明确之后，施工过程主要围绕着加固工艺的选择和实施来进行，整个过程简化之后，为项目施工提供了很多方便。
参考文献：
[1]班玲.某體育馆改扩建工程结构植筋加固施工技术要点[J].工业建筑.2013（04）
[2]李建忠.对新增楼面荷载结构的加固与实践[J].建筑施工.2013（02）