传统加固改造设计与施工的精髓

一根据佟建国总工程师历次讲话整理

我们的老祖宗几千年前就知道如何进行加固了。你看”固”字不就是把“古”字的结构“口”起来吗?而现代建筑之所以在强震的作用下其受损程度比以往任何时代惨重,我想很大程度上是由于现代建筑的高大质量和刚度。刚度突变和质量差异造成的破坏在5.12汶川大地震中表现尤为突出。因此,我在与设计院朋友交流时反复强调这点。虽然是老话常谈,但一些设计还是不尽人意。为了帮助工程师进行结构设计,我国推出了大量的规范、规程及标准。但问题是一些设计,过于依赖于电脑的输出结果,对规范中的基本理论了解不足。日本东京工业大学的和田章教授说的好”我们不能只是一味的抓着这些指南(等同国内的规范)中像枝叶一样繁冗的各项条款不放。应该拨开这些繁密的枝叶,去发现其中的主干,也就是那些对建筑结构安全最为重要的基本原理。即结构设计要从理解结构普遍性的基本原理入手。

我的看法是: A.新增加的构件和材料,通过粘接、嵌入、植入、注入、围包、焊接、覆盖、喷射、预应力等技术手段与原主体结构紧密结合,形成新的整体共同工作。从而达到补强加固、增设构件以及改变受力的目的。这里特别应该提到的是紧密结合是必须的，但不是唯一的，唯一的是必须达到共同工作。使新增荷载有效地传递到复合构件上,从而经受使用、环境和时间带来的考验，这应该是加固技术最基本的机理和概念。

B.既有建筑进行加固改造不可避免的受到原结构以及使用功能要求等诸多限制,特别是节点核心区域的复杂受力和内部结构,我们的办法是力求在掌握现行规范(规程)原则前提下,紧密结合实际,采取有效措施灵活运用,保证新增构件与原结构连接可靠、牢固结合,从而达到共同工作的目的,使新增荷载有效地传递到复合构件上。

C.结构件的加固设计,除应满足承载力要求外, 尚应复核其抗震能力，不应存在因局部加强或刚度突变而形成新的薄弱点。同时，还应考虑结构刚度增大而导致的地震作用效应增大影响。同样,新建设计也是如此。

加固设计与施工基本要求

加固设计是按现行加固规范及相关标准对加固方案的深化过程，加固施工是对被加固结构按设计进行加固的实施过程。因此,我们强调加固设计与施工的过程,就是针对现有结构受损加固和抗震加固的基本特点和机理进行的,特别是施工过程中步骤是否符合系统受力,这个过程也包括了从安全性鉴定和抗震鉴定到完成审图的过程，整个过程应该有机的结合在一起。特别是采用加固前后的结构计算模型，手算和电算相结合完成验算及加固设计。深入实地的调查研究制定切实可行的加固方案和施工方案。

（1）我们在判断受损建筑是否严重,是否可以进行加固，不是看其裂缝的大小，而是认真检测系统的稳定性,沉降和倾斜是否在规定的范围内。

（2）加固方案的确定,是在全面综合地考虑原结构构件的损伤状况,原建筑使用空间和其它功能要求,加固施工的技术条件(施工技术、设备、熟练技工等)和非技术因素(资金、工期等)以及对加固效果的估计等多种因素后,经过多个方案分析比较选择使用最佳方案。不能单凭印象和经验办事。

（3）既有建筑在加固前必须进行抗震和安全性鉴定。仅凭应急评估是不行的。因为其鉴定结果是加固设计的主要依据。灾区的加固,特别是民用建筑及九十年代初以前的建筑，三分之二以上是没有完善竣工图的。其鉴定的质量和结果就更加重要了。

（4）加固设计前仍应对建筑的受损现状进行进一步的调查。发现图纸上未说明的缺陷和损伤进行专门分析。在加固时一并处理。

（5）加固是系统工程,包括整体房屋、区段以及构件加固。要优先采用增强结构整体承载力和抗震性能的手段方法,消除不利的因素。

（6）特别是要防止结构的脆性破坏,避免结构的局部加固,使结构承载力和刚度发生突变。

（7）框架结构加固后,宜尽量消除” 强梁弱柱”和”上强下弱”的不利于抗震的受力状态。使加固后的结构质量和刚度分布均匀、对称。减少扭转效应。

（8）要采取有效措施尽可能的保证新增加截面、构件和部分与原有结构未受损的部分能够可靠的协同工作,整体受力,共同承担加固后该结构构件应承受的荷载和外加(或约束)变形。如果技术上做不到新加部分与原有部分的协同受力,也要在构造和连接上做到加固部分分担被加固部分的荷载,减轻被加固部分的负荷,使其达到允许程度。

（9）新增构件与原主体之间应有可靠的连接,其连接质量是加固后结构整体协调工作的关键。

（10）新增的柱、墙等竖向构件应有可靠的基础。这些构件既是传递竖向荷载，又是直接抵抗水平地震作用的主要构件。必须自下而上连续设置并落在基础上。决不允许直接支承在楼层梁板上。

（11）对于加大截面的部分两端一定要避开节点核心区及刚度突变位置,对因加大截面而增添地震作用的柱应当专门验算。

（12）在加固构件时,尽量不损坏原有结构,并保留其有利用价值的部分避免不必要的凿伤、拆除受损,这样做，方面考 虑的是经济效益 ,另一方面考虑的是尽量减少薄弱部位。因为加固所新增的部分与原有部分的连接毕竟是建筑物的薄弱点。

（13）加固后新旧材料能够共同受力的构件,应考虑加截面材料的应力滞后问题。被加固的原截面,在加固前已受力,但新加截面并不立即分担其受力,而是在新增加的荷载作用下才可能受力。所以在加固后的截面，上始终存在着新加截面应力滞后于原截面应力的现象。这种应力滞后现象,使得加固截面到达其极限状态时,新加截面材料的应力可能较低,它们尚难以充分发挥其潜力。以钢筋混凝土轴心受压短柱的加固截面为例(图1 )。加固时原截面混凝土和钢筋已经受力,其应变为δ1。这时,混凝土的压应力为σ1c ,钢筋的压应力为σ1s ;但新加截面尚未受力，其混凝土和钢筋的压应力为零。待到加固截面达到承载力极限状态的瞬间,原截面混凝土的压应力为0.002 ,应力为fxk ,原截面钢筋的应变也为0.002 ,应力为fyk ;而新加截面混凝土和钢筋材料的应力却都未达到其强度标准值。

在实际设计时,考虑偏于安全的简化后, 新加截面材料强度设计值应引入强度降低系数n , n取0.8~0.9。 当加固截面的受力状态为轴心受压时,取偏低值;偏心受压或受弯时,取偏高值。当加固构件直接承受动力荷载或震动荷载时,取偏低值;否则,可取偏高值。详见《混凝土结构加固设计规范》( GB50367 -2006 )。