建筑结构加固技术

建筑结构加固技术湖南高铁学院李文2017年9月22日建筑结构加固技术混凝土结构加固技术钢结构加固技术砌体结构加固技术混凝土结构加固技术4

1增大截面加固法这是通过在构件截面外围新浇混凝土，并加配受力钢筋或构造钢筋，以达到提高原构件承载力、刚度、稳定性和抗裂性之目的；对受压构件还可降低其长细比和轴压比。因此，常用于梁、柱、板和基础等的加固。5图1-1增大截面加固柱、梁示意图6

这种加固方法具有施工工艺简单、使用经验丰富、受力可靠、加固费用较低等优点，很易被人们所接受；但其施工时湿作业工作量大，养护期长，占用建筑空间较多等缺点，也使其应用受到一定限制。7

这种加固方法的施工要点，在于如何保证新、旧材料的共同工作，其关键是新旧混凝土界面上的剪应力能否有效地传递。为此，在施工工艺上应充分了解和贯彻设计的意图，采取适当的技术措施，以确保新、旧混凝土共同工作的可靠性。8

2钢筋混凝土面层加固法这是增大混凝土截面加固法在砌体柱、墙中的引用；也称钢筋网夹板墙或围套。具有成熟的设计和施工经验；能提高构件受压、受剪承载力和抗震能力，是砌体结构最常用的加固方法。施工简单，但湿作业时间长，且安装箍筋和拉结筋所需的凿洞工作量大。9图2增大截面加固砌体柱、墙示意（a）砖柱加固；（b）砖墙加固；（c）带壁柱砖墙加固10

3复合截面加固法通过采用结构胶粘结或高强聚合物砂浆喷抹，将增强材料粘合于原构件表面，使之形成具有整体性的复合截面，以提高其承载力和延性的一种直接加固法。11

1）粘钢加固粘贴钢板法是在混凝土构件表面用结构胶粘贴钢板，以提高构件承载力的一种加固方法。该方法适用于对钢筋混凝土构件受弯、斜截面受剪、受压和受拉构件的加固，但不适用于素混凝土构件，包括纵向受力钢筋配筋率低于现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010规定的最小配筋率的构件加固。12图3（1）粘钢法加固形式示意图13

2）粘贴纤维复合材加固这种加固法是以结构胶为粘料，将纤维织物或纤维板材外贴于被加固构件表面，利用纤维复合材的高抗拉强度和受拉弹性模量达到提高结构承载力和延性的目的。目前常用的有三种纤维材料：碳纤维（CFRP）、玻璃纤维（GFRP）和芳纶纤维（AFRP）。它们的施工方法基本一致。14图3（2）-a碳纤维织物（布）加固混凝土梁15图3（2）-b板底贴碳纤维布加固16图（2）-c梁高（T形截面腹板高）>450mm时应加贴腰压带17

3）外贴型钢加固这是在混凝土柱的四角包以型钢，并用结构胶粘结成整体的一种加固方法。最常用的是在方形或矩形柱的四角粘以角钢，并在横向以钢缀板施加约束的做法。这种加固方法可以大幅度提高原构件的承载能力，且无上限的控制，又不影响建筑空间，因而为大跨、重型结构加固所首选，但须由熟练的钢结构专业人员施工。18图3（3）外粘型钢加固19

4混凝土构件绕丝加固法这是通过缠绕退火钢丝使被加固的受压构件混凝土受到约束作用，从而提高其极限承载力和延性的一种加固法。在GB50367中，主要用于位移延性不足的混凝土柱的抗震加固。施工单位喜欢在新浇柱的砼强度达不到要求时使用。因为它可提高原混凝土强度1～2级。20图4绕丝构造示意图21

钢丝绳网-聚合物改性水泥砂浆面层加固法这是将小直径钢丝绳网片（钢铰线网片）敷设并固定于被加固构件部位，再在其表面喷涂约30mm厚聚合物改性水泥砂浆面层，固化后形成整体受力的加固方法。一般用以替代碳纤维复合材加固砼或砌体构件。其优点是原构件表面处理简单，缺点与碳纤维相近。90年代开始从韩国引进，但应用不多。22图5-1钢丝绳网-聚合物改性水泥砂浆外加层构件示意图23图5-2节点详图之一(a)双面加固穿实心楼板节点；(b)双面加固穿实心楼板节点；(c)双面加固穿空心楼板节点24

6外加预应力加固法这是通过施加体外预应力，使原结构、构件的受力得到改善或调整的一种间接加固法。近几年来在江浙一带经常用来提高混凝土构件的承载力，减小结构变形或增大结构跨度等目的。25图6-1预应力下撑式拉杆构造（次梁加固）1-主梁；2-次梁；3-楼板；4-拉杆；5-拉紧螺栓；6-支撑垫板及钢筋棒；7-挡板；8-钢套箍；9-锚栓26图6-2预应力下撑式拉杆构造（主梁加固）1-主梁；2-次梁；3-楼板；4-拉杆；5-拉紧螺栓；6-支撑垫板及钢筋棒；7-柱；8-钢套箍；9-锚栓钢结构加固技术第一节钢结构的加固方法第二节改变结构计算简图的加固第三节加大构件截面的加固法第四节连接的加固和加固件的连接第五节裂缝的修复和加固第一节钢结构的加固方法改变结构计算简图：改变荷载分布、传力途径、节点性质、边界条件、增设附加杆件和支撑、施加预应力、考虑空间协同作用等。不改变结构计算简图：对构件截面和连接进行加固（加大截面法）。加固方法卸载加固：构件损伤严重或接头应力很高、补强施工必须等。不卸载加固：原结构应有不少于20％的富余，焊缝厚度加大时，原焊缝在扣除焊接余热影响区长度后的承载力应不少于外荷载产生的内力。设计角度施工角度第二节改变结构计算简图的加固一、增加支撑或辅助构件1增加屋盖支撑以结构空间刚度使排架柱可以按空间结构进行验算，挖掘结构的潜力。增加屋盖支撑以增加空间空度1－1第二节改变结构计算简图的加固2增设支撑以调整结构的自振频率，改善结构的动力性能。增柱增梁撑杆加角撑加斜立柱第二节改变结构计算简图的加固3增设支撑以减小构件长细比，提高稳定性。上弦加固（平面内稳定）腹杆加固（平面内稳定）第二节改变结构计算简图的加固4在塔架等结构中设置拉杆或适度张紧拉索，加强结构的刚度。拉索拉杆加强支架的刚度减小跨中的挠度第二节改变结构计算简图的加固二、改变构件的弯矩图形1改变荷载的分布，将集中荷载改为多个集中荷载；2改变端部支撑情况，如改铰接和钢接；3增加中间支座，将简支改为连续；4调整结构支座位置，改变结构跨度；5将构件改为支撑式结构；6施加预应力施加预应力加固简支梁设置撑杆屋架下设置撑杆第二节改变结构计算简图的加固三、改变桁架杆件的内力1增加撑杆，变桁架为撑杆式构架；单下撑双下撑第二节改变结构计算简图的加固三、改变桁架杆件的内力2加设预应力拉杆；桁架下加直线预应力拉杆平行弦加直线预应力拉杆桁架下加折线预应力拉杆第二节改变结构计算简图的加固四、改善受力状况1加强节点和增加支撑，使钢屋架和天窗架共同工作；2排架和框架中，为减小加固工作量和加固施工影响，集中加强某一柱列刚度，其他柱列可不加固或少加固。加强某一柱列第三节加大构件截面的加固法一、改变构件截面加固形式受拉构件截面加固形式第三节加大构件截面的加固法受压构件截面加固形式第三节加大构件截面的加固法受弯构件截面加固形式第三节加大构件截面的加固法二、加大截面法考虑的因素1保证加固构件有合理的传力路径，及与原构件能共同工作；2加固构件布置应适应原构件几何形状或已发生变形，以利施工；3尽量减少加固施工工作量（尽量采用焊接）；4采用焊接时，应尽量减少焊接工作量，注意焊接顺序，降低焊接变形和应力，竭力避免仰焊。在负载状态焊接应采用较小焊接尺寸，并应首先加固对原有构件影响较小、构件最薄弱的部位等；5轻钢结构中的小角钢和圆钢杆件不宜在负载状态下进行焊接，必要时应采取适当措施，圆钢严禁在负载下焊接；6加大截面尺寸不能过多削弱原构件的承载力，尽量采用小螺栓和高强度螺栓，焊接时应尽量避免采用与原构件应力方向垂直的焊缝。否则应采取专门措施。第三节加大构件截面的加固法三、加大截面法计算的一般规定1完全卸载时，构件强度与稳定性计算与新结构相同；2负载状态下，原构件承载力应至少有20％的富余。加固后构件承载力计算应根据荷载形态分别进行计算。对于静力荷载或间接动力荷载构件，按加固后整个截面进行承载力计算。但为安全计，应根据原构件受力状态引入钢材强度折减系数，轴心受力实腹构件取0.8，偏心构件、受弯构件及格构式构件取0.9，综合考虑了施工条件恶劣、应力滞后、焊接残余变形和残余应力影响等。钢材强度设计值取新旧钢材较小者。对于动力荷载，应以弹性阶段按原构件截面边缘屈服准则进行计算。加固前原构件的应力和加固后增加应力之和不应大于钢材强度设计值。第三节加大构件截面的加固法3负载状态下，采用焊接方法加大构件截面，应首先根据原构件的受力、变形和偏心，校核在加固施工阶段的强度和稳定性，原构件的β值（截面应力σ与钢材强度设计值的比值）满足下列要求时，方可在负载状态下加固：对于静力荷载或间接动力荷载构件β≤0.8；对于动力荷载β≤0.84构件加固后，应注意截面形心轴的偏移。计算应将偏移的影响包括在加固后增加的荷载效应中。当形心偏移较小（5％截面高度）一般情况下可忽略其影响。第三节加大构件截面的加固法四、轴心受力构件的加固计算轴心受力构件一般是对称的，如果构件损伤不严重，可采用对称形式加固；如果损伤非对称宜采用不改变截面形心位置的加固方式，以减小附加受力的影响。当采用非对称或改变截面形心位置的加固截面时，应按偏心受力构件计算。1轴拉构件计算加固前加固后新增加固前后一端螺栓数加固前后最外列螺栓处加固折减系数第三节加大构件截面的加固法（2）承受动力荷载构件摩擦型高强度螺栓连接的强度计算（1）承受静力荷载构件摩擦型高强度螺栓连接的强度计算第三节加大构件截面的加固法（2）承受动力荷载（1）承受静力荷载2轴心受压构件加固前轴压构件的稳定系数；加固后整个截面轴压构件的稳定系数；第三节加大构件截面的加固法五、受弯构件的加固计算1在主平面内受弯的实腹式加固构件的强度（1）抗弯强度承受动力荷载承受静力荷载分别为加固后整个截面形心轴沿x轴和y轴方向距原有构件最远边缘的距离。第三节加大构件截面的加固法1在主平面内受弯的实腹式加固构件的强度（2）抗剪强度承受动力荷载承受静力荷载（3）局部承压强度（集中荷载作用处未设加劲肋、支座处）（4）折算应力（组合梁腹板计算高度上边缘）折算应力强度增大系数，σ与σc同号时取1.1，异号取1.2。第三节加大构件截面的加固法2在主平面内受弯的实腹式加固构件的稳定性承受动力荷载承受静力荷载3加固后构件的挠度计算（1）卸载加固则同新构件一样计算。（2）不卸载加固，则加固过程中产生的挠度加固后新增荷载产生的挠度第三节加大构件截面的加固法六、拉弯或压弯构件的加固计算1拉弯和压弯构件的强度承受动力荷载承受静力荷载第三节加大构件截面的加固法2弯矩作用在对称轴平面内（绕x轴）的实腹式压弯加固构件稳定性（1）弯矩作用平面内的整体稳定性承受静力荷载欧拉临界力加固后整个构件对x轴的长细比加固后整个构件截面在弯矩作用平面内较大受压纤维毛截面抵抗矩第三节加大构件截面的加固法对于加固后的单轴对称截面，当较大翼缘受压时，除按上式计算外，尚应按下式补充计算加固后整个构件截面在弯矩作用平面内对较小翼缘的毛截面抵抗矩第三节加大构件截面的加固法承受动力荷载对于加固后的单轴对称截面，当较大翼缘受压时，除按上式计算外，尚应按下式补充计算第三节加大构件截面的加固法2弯矩作用在对称轴平面内（绕x轴）的实腹式压弯加固构件稳定性（2）弯矩作用平面外的整体稳定性承受静力荷载构件均匀弯曲的受弯构件整体稳定系数，查规范等效弯矩系数，查规范承受动力荷载一、加固连接方法的选择加固连接方法的选择应综合考虑结构加固的原因、目的、受力状态、构造及工作条件和原有结构采用的连接方法，一般可与原有结构的连接方法一致。钢结构常用的连接方法中，其连接的刚度，即破坏时抵抗变形能力的大小，依次为焊接、摩擦型高强度螺栓、铆接和普通螺栓连接。一般应用刚度较大的连接加固比其刚度小的连接，在同一受力部位连接的加固中，不宜采用刚度相差较大的如焊缝与铆钉或普通螺栓共同受力的混合连接方法，但考虑其中刚度较大的连接（如焊缝）承受全部作用力时除外。如有根据可采用焊缝和摩擦型高强螺栓共同受力的混合连接。第四节连接的加固和加固件的连接二、焊缝连接的加固焊缝连接的加固，可依次采用增加焊缝长度、有效厚度或两者同时增加的办法实现。不论哪种方法，都应经过对施焊前后和过程中焊缝连接强度的计算。负荷下用焊缝加固结构时，应尽量避免采用长度垂直受力方向的横向焊缝，如果在负荷下加固垂直于受力方向的横向焊缝时，必须采取适当施焊工艺及安全技术措施，以免施焊中因焊件过热引起的构件和其连接的承载能力急剧降低而导致事故的发生。

第四节连接的加固和加固件的连接当仅用增加焊缝长度，有效厚度或两者共同的办法不能满足连接加固的要求时，可采用附加连接板的办法，附加连接板可以用角焊缝与基本构件相连、也可用附加节点板与原节点板对接，不论采用何种方法，都需进行连接的受力分析并保证连接（包括焊缝及附加板件、节点板等）能够承受各种可能的作用力。第四节连接的加固和加固件的连接三、螺栓和铆钉连接的加固螺栓或铆钉因松动、损坏失效或连接强度不足需要更换或新增加固其连接时，应首先考虑采用适宜直径的高强螺栓连接。当负荷下进行结构加固，需要拆除结构原有受力螺栓、铆钉或增加、扩大钉孔时，除应设计计算结构原有和加固连接件的承载能力外，还必须校核板件的净截面面积的强度。当用摩擦型高强螺栓部分地更换结构连接的铆钉,从而组成高强度螺栓和铆钉的混合连接时，因同直径的摩檫型高强度螺栓的承载力一般仅为铆钉连接抗剪承载力的85%，为保证连接受力的匀称,故宜对称地更换松动、损伤的铆钉，即将缺损铆钉和与其对称布置的非缺损铆钉一并更换。考虑原有铆钉连接的受力状况,对于构造性铆钉，可不受此限。由于焊接连接的刚度远大于铆钉或螺栓连接，因此，用焊缝连接加固螺栓或铆钉连接时，应按焊缝承受全部作用力设计计算其连接，不考虑焊缝与原有连接件的共同工作，且不宜拆除原有铆钉或螺栓，已损坏失效者除外。

第四节连接的加固和加固件的连接四、加固件的连接为加固结构而增设的板件（加固件）应经计算确定，除须有足够的设计承载能力和刚度外，还必须与被加固结构有可靠的连接以保证二者良好的共同工作。加固件与被加固结构间的连接，应根据设计受力要求经计算并考虑构造和施工条件确定。加固件的焊缝、螺栓、铆钉等连接的计算可按《钢结构设计规范》（GB50017-2003）相关的规定进行，但由于加固件与结构间连接的施工常在现场进行，并且受力较不均匀，因此计算时，对角焊缝强度设计值应乘以0.85，其他强度设计值或承载力设计值应乘以0.95的折减系数。

第四节连接的加固和加固件的连接一、裂纹修复要求当结构因荷载反复作用及材料选择、构造、制造、施工安装不当等产生具有扩展性或脆断倾向性裂纹损伤时，应设法修复。在修复前必须分析产生裂纹的原因及其影响的严重性，有针对性地采取改善结构实际工作或进行加固的措施，对不宜采用修复加固的构件，应予拆除更换。在对裂纹构件修复加固设计时，应按《钢结构设计规范》相关规定进行疲劳验算，必要时应专门研究，进行抗脆断计算。为提高结构的抗脆性断裂和疲劳破坏的性能，在结构加固的构造设计和制造工艺方面应遵循下列原则：降低应力集中程度，避免和减少各类加工缺陷，选择不产生较大残余拉应力的制作工艺和构造形式，以及采用厚度尽可能小的轧制板件等。在结构构件上发现裂纹时，作为临时应急措施之一，可于板件裂纹端外（0.5～1.0）t（t为板件厚）处钻孔，以防止其进一步急剧扩展，并及时根据裂纹性质扩展倾向再采取恰当措施修复加固。第五节裂纹的修复和加固第五节裂纹的修复和加固第五节裂纹的修复和加固第五节裂纹的修复和加固砌体结构加固技术1.砌体结构加固设计概述2.墙体裂缝的修复与补强3.墙体承载力不足时的加固4.砖柱承载力不足时的加固5.窗间墙的加固6.加强砌体结构整体性的加固7.砌体结构构件间连接的加固1.砌体结构加固概述：需加固的情况（1）由于地基不均匀沉降，墙体产生沉降裂缝。（2）由于屋面热胀冷缩，墙体产生温度裂缝。（3）局部砌体墙、柱承载力不足。（4）由于房屋改建加层而使原砌体房屋承载力不足。（5）在抗震设防区经抗震鉴定，房屋抗震能力不足或房屋抗震构造措施不满足要求。（6）在地震发生房屋受损后的修复或加固。直接加固法，是不改变原结构的承重体系和平面布置，对强度不足或不满足要求的部位进行加固或修复。1.砌体结构加固概述：加固方法改变荷载传递加固法，是指改变结构布置及荷载传递途径的加固方法，这种方法需要增设承重墙柱及相应的基础。外套结构加固法：在原结构外增设混凝土结构或钢结构，使原结构的部分荷载及加层结构的荷载通过外套结构及基础直接传至地基的方法。这种方法主要用于加层改建工程。2.墙体裂缝的修复与补强墙体因不均匀沉降，热胀冷缩而产生裂缝或因承载力不足，或因地震作用而开裂，可在裂缝开展稳定后，采取对裂缝进行修复补强的方法进行加固。（1）当墙体裂缝数量较少，开裂墙体数量较多时，可采用灌浆加固方法。（2）当房屋中有墙体严重开裂以至于不能灌浆时，可拆除重砌，闭合缝处最好用压力灌浆。（3）当墙体裂缝分布较密时，克采用增设局部钢筋网水泥砂浆层加固方法。3.墙体承载力不足时的加固扶壁柱法：是工程中最常用的墙体加固方法，这种方法可有效地增加墙体的折算厚度和墙体截面或减少墙体的计算高度，从而有效地提高墙体的受压承载力。扶壁柱法可分为砖扶壁柱法和钢筋混凝土扶壁柱法两种。增设钢筋网砂浆（或混凝土）面层加固砖墙：当砖墙受压承载力严重不足或抗剪强度、抗侧刚度不够时，宜用增设钢筋网面层的方法加固。3.墙体承载力不足时的加固：砖扶壁柱法1、砖扶壁柱法的构造要求a,b,c为插筋法d为挖镶法2、砖扶壁柱加固墙承载力验算考虑到后砌扶壁柱存在着应力滞后，计算加固砖墙承载力时应对后砌扶壁柱的抗压强度设计值f乘以折减系数0.9予以降低。N≤

(

A+0.9

1A1)

注意：验算加固后砖墙的高厚比以及正常使用极限状态要求时，不必考虑后砌扶壁柱的应力滞后，可同一般砖墙一样按规范进行。在计算受压构件承载力影响系数时，应按增设扶壁柱后的组合截面进行计算。3.墙体承载力不足时的加固：砖扶壁柱法3.墙体承载力不足时的加固:混凝土扶壁柱法1、加固砖墙构造

:当原墙厚度<240mm，U形连接筋应穿透墙体，并加以弯折且竖向间距不大于240mm销键连接法，销键的竖向间距不应大于1000mm2、混凝土加固砖墙壁柱构造3.墙体承载力不足时的加固:混凝土扶壁柱法3、加固墙体的承载力验算

经混凝土扶壁柱法加固后的砌体成为组合砌体。考虑到新浇混凝土扶壁柱与原墙的受力状态有关，并存在着应力滞后，因此计算组合砖砌体的承载力时，应对新浇扶壁柱引入强度折减系数α。轴心受压组合砖砌体的承载力可按下式计算：

N≤

con（

A+

cAc+

S

y’As’）

3.墙体承载力不足时的加固:混凝土扶壁柱法3.墙体承载力不足时的加固：增设面层当砖墙受压承载力严重不足或抗剪强度、抗侧刚度不够时，宜用增设钢筋网面层的方法加固。但下述情况不宜采用钢筋网面层的方法进行加固：（1）孔径大于15mm的空心砖墙。（2）砌筑砂浆强度等级小于M0.4的墙体。（3）墙体表面严重酥碱，或油污不能消除，不能保证面层与墙体间粘连质量的墙。可增设的面层：（1）双面（或单面）增设钢筋网砂浆层。（2）双面（或单面）增设钢筋网细石混凝土层。（3）双面增设水泥砂浆层。

3.墙体承载力不足时的加固：增设面层采用上述三种面层加固时，为保证水泥砂浆（或混凝土）能与原砌体有可靠的粘结，施工时应将原墙面的粉刷铲去，砖缝剔深10mm，用钢刷将墙面刷净，并洒水湿润。3.墙体承载力不足时的加固：增设面层受压承载力计算：同混凝土扶壁柱计算。抗剪承载力计算：1、面层砂浆强度控制时：

2、钢筋强度控制时：

3.墙体承载力不足时的加固：增设面层4.砖柱承载力不足时的加固：增大截面法增大截面法加固砖柱包括侧面增设混凝土层加固（简称侧面加固）和四周外包混凝土或钢筋网1、侧面增设混凝土层加固砖柱

当砖柱承受的弯矩较大时，往往采用仅在受压面增设混凝土或双面增设混凝土层的方法予以加固。新浇混凝土的强度等级宜用C15或C20，受力钢筋距砖柱的距离不应小于50mm，受压钢筋的配筋率不宜小于0.2%，直径不应小于8mm。侧面增设混凝土层加固后的砖柱成为组合砖砌体，其受压承载力可按式混凝土扶壁柱法计算。

4.砖柱承载力不足时的加固：增大截面法2、四周外包混凝土加固砖柱四周外包混凝土加固砖柱的效果较好，对于轴心受压砖柱及小偏心受压砖柱，其承载力的提高效果尤为显著。

受压承载力计算：

4.砖柱承载力不足时的加固：增大截面法4.砖柱承载力不足时的加固：外包角钢加固外包角钢加固砖柱可以在砖柱尺寸增加不多的情况下，较多地提高砖柱的承载力，大幅度地增加砖柱的抗侧力能力。一般作法：先将砖柱四角粉刷层铲除，洗刷干净，在砖柱角表面抹一层10mm厚水泥砂浆找平，将角钢粘贴于受荷砖柱的四周，并用卡具卡紧，随即用缀板将角钢连成整体，最后去掉卡具，粉刷水泥砂浆以保护角钢。角钢应很好地锚固，以保证其有效地参加工作，不宜小于L50×5。外包角钢加固后的砖柱亦是组合砖柱，但由于缀板和角钢对砖柱的横向变形起到了一定的约束作用，砖柱的抗压强度就有所提高。

加固后为轴心受压的砖柱：对于加固后为偏心受压的砖柱

：4.砖柱承载力不足时的加固：外包角钢加固5.窗间墙的加固窗间墙的加固方法可采用增设扶壁柱，增设钢筋网面层，增大截面和外包型钢等加固方法，如窗洞可适当减小，则在原窗间墙两则增设混凝土柱是比较经济而有效