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高層建筑發(fā)展現(xiàn)狀
1.1 什么是高層建筑
國家標準《民用建筑設(shè)計通則》(GB50352—2005)中規(guī)定,高層建筑是指10層及10層以上的住宅及高度大于24m的公共建筑,建筑高度大于100m的民用建筑為超高層建筑。按1972年召開的國際高層建筑會議中確定:第一類高層建筑,9~16層(最高到50m);第二類高層建筑,17~25層(最高到75m),第三類高層建筑,36~40層( 最高到 100m);超高層建筑,40層以上(高度100m以上)。
1.2 我國高層建筑概況
我國在20世紀50年代迎來一次大規(guī)模的建設(shè),該建設(shè)時期高層建筑得到較大的發(fā)展,同時由于該時期經(jīng)濟水平較低以及建筑標準尚未形成,故該時期對于高層建筑的標準要求較低。20世紀80年代,我國迎來建筑行業(yè)快速發(fā)展的第二階段,在該階段建筑特點表現(xiàn)為新建與改造、維修并舉,除此之外,建造的標準與技術(shù)水平得到較高的提升。
目前,我國建設(shè)用地較為緊張,文物和環(huán)境保護意識增強,高層建筑單體綜合功能特別是綠地空間、節(jié)能減排需要,城市經(jīng)濟發(fā)展及剛性住房觀念極為突出,城鎮(zhèn)化促使高層建筑全面發(fā)展。同時,從20世紀70年代中期以來,通過大量的工程實踐,我國的高層建筑施工技術(shù)、施工裝備、施工材料及大數(shù)據(jù)的應用等得到很大的發(fā)展。形成了大模板、爬模、滑模、全現(xiàn)澆、內(nèi)澆外掛、內(nèi)澆外砌等成套工藝;在設(shè)備方面已有手動、液壓和電動提升設(shè)備;地質(zhì)探勘、基礎(chǔ)處理及結(jié)構(gòu)大數(shù)據(jù)計算運用等,促進了高層建筑的發(fā)展。
高層建筑加固的原因
(1)設(shè)計不達標、建筑功能設(shè)計不能滿足正常使用需求。
(2)基礎(chǔ)性的設(shè)計概念理解偏差,導致設(shè)計計算及設(shè)計方案出現(xiàn)偏差。
(3)受限于施工技術(shù)以及施工水平,施工過程中出現(xiàn)的設(shè)計問題沒有得到很好的解決,導致施工存在一定的問題。再加之施工中所使用的建筑材料未能達到設(shè)計標準要求,導致建筑結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件在建成的使用過程的耐久性受到嚴重的影響。
(4)在施工過程中對建筑結(jié)構(gòu)或構(gòu)件進行用途的變更,導致構(gòu)件荷載超過極限。
(5)擅自進行建筑功能的改變,對于建筑結(jié)構(gòu)進行改造,或隨意對房屋進行增層、增加荷載等。
(6)使用環(huán)境惡劣,對材料性能產(chǎn)生嚴重影響。如自然環(huán)境對木結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的功能及力學性能會產(chǎn)生削弱影響。
(7)文物及古建筑的保護,大開發(fā)對周邊環(huán)境特別是地質(zhì)的影響,輕微地震等對高層建筑的影響。
(8)拆除重建受限或經(jīng)濟性價比等原因。
高層建筑結(jié)構(gòu)加固基本原則
(1)高層建筑結(jié)構(gòu)的力學體系構(gòu)建需要遵守總體效應原則。雖然有時進行結(jié)構(gòu)加固僅為提高某些危險構(gòu)件的性能,但是仍需要從整體結(jié)構(gòu)體系角度進行結(jié)構(gòu)加固的考慮。
(2)先鑒定,后加固的原則。正常情況下,需要以加固高層建筑的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件信息為基礎(chǔ)進行全面系統(tǒng)的鑒定分析, 在客觀分析現(xiàn)有結(jié)構(gòu)材料性能、結(jié)構(gòu)與構(gòu)造、結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)缺陷、結(jié)構(gòu)及構(gòu)件受損程度、結(jié)構(gòu)受力狀況、持力水平等數(shù)據(jù)之后,進行科學合理的高層建筑結(jié)構(gòu)加固方案的制定。
(3)以材料的性能為基礎(chǔ)進行初選方案的挑選,確保選取的方案數(shù)值與原結(jié)構(gòu)設(shè)計相符。若施工的高層建筑結(jié)構(gòu)沒有原始資料記錄,需要進行認真細致的材料強度等級測試。進行混凝土強度等級的確定時,需要在原結(jié)構(gòu)混凝土強度等級的基礎(chǔ)上進行一級強度等級的提高,以此實現(xiàn)對構(gòu)件的加固處理。
(4)充分發(fā)揮原有材料及構(gòu)件的作用,實現(xiàn)社會及經(jīng)濟效益的最大化。雖然原有高層建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)一定破損,但仍有一定承載能力。進行結(jié)構(gòu)加固設(shè)計時,可以盡量提高對原有高層建筑結(jié)構(gòu)的利用率,減輕對原有高層建筑結(jié)構(gòu)或構(gòu)件因拆除造成的二次損傷或破壞。
(5)對高層建筑的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件進行加固處理的方案具有多樣性,并不是唯一的,所以進行最終處理方案的確定時需充分考慮各方意見,并對最終確定的設(shè)計處理方案遵循優(yōu)化加固方案的原則,確保高層建筑結(jié)構(gòu)加固方案技術(shù)上的可行性以及可靠性,經(jīng)濟指標上的合理性,加固施工上的方便性、快捷性以及加固方案上的環(huán)保性。
(6) 高層建筑結(jié)構(gòu)進行加固需要與抗震設(shè)防進行結(jié)合的原則。我國是地震頻發(fā)國家,6度及以上級別的地震區(qū)幾乎遍及全國。我國的高層建筑在1976年以前對于抗震設(shè)防進行得極少。1989年以前的抗震規(guī)范僅為7度以上震區(qū)進行抗震設(shè)防設(shè)計。但2008年汶川地震以后,我國地震災害引發(fā)的問題不容小視,嚴重影響到我國社會及經(jīng)濟的健康穩(wěn)定發(fā)展。
高層建筑結(jié)構(gòu)加固方法
4.1 框架柱加固
(1)框架柱軸壓比超過規(guī)范規(guī)定可根據(jù)碳纖維布試驗結(jié)果纏繞加固,增加柱混凝土側(cè)向約束,并提高構(gòu)件在地震荷載作用下的變形性能。
(2)可根據(jù)現(xiàn)場實際情況和施工條件在原柱四周加包鋼筋混凝土,增強區(qū)域框架柱承載能力。
(3)留用原結(jié)構(gòu)柱,在柱周包型鋼骨架,并在二者之間灌注結(jié)構(gòu)膠,隨后對加固后的柱外包鋼絲網(wǎng)抹高強砂漿。
4.2 框架梁加固
(1)采取結(jié)構(gòu)膠粘鋼板剪力箍加固框架梁,并在鋼板表面抹水泥漿。
(2)對于主梁端部箍筋不滿足規(guī)范要求的梁體,可在梁端粘貼U形碳纖維布提高抗剪能力。
(3)對非結(jié)構(gòu)垂直裂紋進行結(jié)構(gòu)膠灌注加壓封閉處理。
(4)進行鋼筋阻銹處理,穿入加強通長筋,植入U形箍筋,安裝抗剪鋼托座并采用對拉螺栓固定。
4.3 框架其他結(jié)構(gòu)加固
(1)獨立基礎(chǔ)加固:可部分留用老獨立基礎(chǔ),加大長、寬和高度,澆筑加寬部位混凝土墊層,且避免破壞底板鋼筋。然后對原基礎(chǔ)進行鋼筋阻銹處理并涂刷新舊混凝土界面劑。
(2)柱根部位:在柱周植入柱墩主筋并綁扎柱墩鋼筋,此部位新澆筑混凝土時也應涂刷新舊混凝土界面膠。澆筑混凝土后支模、拆模、養(yǎng)護澆筑混凝土。
(3)樓板部位:在原有樓面板和屋面板粘貼碳布加固,對原樓板底進行鋼筋阻銹處理。
(4)結(jié)構(gòu)連接:對于原結(jié)構(gòu)梁與新增梁體連接時,應將次梁下部主筋植入原梁體,并補澆混凝土以保證次梁的抗剪強度,隨后進行拆模及養(yǎng)護等工序。
4.4 加固方案比較
(1)加大梁橫截面:梁是建筑物的重要重力支持,對梁的截面進行加大,可以大大提高構(gòu)件的承載力;與此同時,對梁的截面進行增加相應會增加結(jié)構(gòu)的自重,促進樓層凈空的減少;若全采用梁加大橫截面法,需要做好混凝土、鋼筋、模板等各個工序的施工配合,施工的工程量相應加大。
(2)粘鋼或粘碳布:采用該加固方式進行施工處理,可以加快施工速度,在不影響結(jié)構(gòu)外形的前提下直接完成抗震目的的加固;單以膠粘接鋼板或碳纖維布對梁進行加固,其長期抗老化性能還有待考察。
(3)框架結(jié)構(gòu)梁底加固:對結(jié)合面及鋼板結(jié)合面進行加固處理是整個加固施工過程的關(guān)鍵。干式加固施工方法可以更好地使角鋼緊貼構(gòu)件的表面,需要注意的是要做好混凝土表面的平整工作,確?;炷帘砻鏌o雜物及塵土;加固過程中使用濕式加固方法施工時,需要做好角鋼筋及混凝土表面的清理工作,做好鋼板的除銹工作。
總結(jié)
隨著我國高層和超高層建筑的進一步發(fā)展,傳統(tǒng)技術(shù)會進一步提高,一些新理論、新技術(shù),新工藝也在不斷涌現(xiàn),結(jié)構(gòu)加固作為一個技術(shù)含量要求較高的新興行業(yè)也得到較大的發(fā)展。為提高結(jié)構(gòu)加固工程的施工質(zhì)量,需要找專業(yè)設(shè)計單位進行設(shè)計,再找有加固改造專業(yè)資質(zhì)的施工單位進行工程的施工。
搞好舊房的加固與改造工作能夠節(jié)省資源、優(yōu)化基建投資、縮短建設(shè)工期、延長高層建筑的使用壽命,緩解我國住房緊張的矛盾。