时间:2023-07-20 16:30:40
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中图分类号:TU318 文献标识码:A 文章编号:
1工程概况
某大厦高层建筑原主体楼15层,地下1层面积3980m2,主体楼面积43200m2。原主体采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构体系,抗震设防烈度为7度,剪力墙抗震等级为二级,框架抗震等级为三级。基础采用高强预应力混凝土管桩Φ500,壁厚125mm,AB型,桩端持力层为砂土状强风化花岗岩,桩长约25米,单桩竖向极限承载力标准值为5000kN。由于业主提出加层要求,由原15层加至21层,建筑屋面高度由50.6米加高到79.7米,增加面积约9800m2。该工程为在建时加层续建,前后两次设计均采用同一现行规范,故本工程不存在设计使用年限和新老规范衔接等相关标准问题。
2结构加层设计分析
在建项目由15层扩建到21层,关键是解决好在新增的竖向荷载和地震作用及风荷载作用下结构体系的整体性能、已建结构构件的承载能力及加固方法等问题。首先进行结构整体分析计算,初步判断加层的可能性。为了充分发挥原已施工完成的各结构构件及抗侧力体系,先按原结构布置方案直接增加6层进行分析计算。采用刚性楼板假定,按模拟施工加载方式,考虑±5%偶然偏心及双向地震扭转效应作用,对结构进行了弹性静力分析,由计算结果可知:结构整体刚度偏柔,周期偏长,楼层层间最大位移与层高之比为1/720,超过规范1/800限值,楼层最小地震剪力系数值为1.51%,小于7度区的规范0.016限值,底部框架部分承受的地震倾覆力矩大于总力矩的50%,部分框架柱轴压比达到1.15,严重超限,框架梁、剪力墙存在超筋现象。根据原结构直接加层存在的问题,经过多轮方案试设计,确定采用增设钢筋混凝土剪力墙,加大剪力墙和框架柱截面尺寸,既提高结构刚度又提高承载力的结构加层加固的基本方法,上部续建结构也采用框架-剪力墙结构体系以保持与原结构的一致性和协调性。根据建筑使用功能的要求,以及结构加固效果的需要,设计时在建筑的角部增设剪力墙,在原中部核心筒楼电梯处增加剪力墙的长度。结合原框架柱轴压比的严重不足,采用增大截面法加固,同时适当增加刚度。结构整体分析主要结果见表1,可以看出:在风荷载和地震荷载作用下,结构的最大层间位移角均满足现行设计规范的要求;结构的第一自振周期为平动周期,且结构以扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比小于0.9;结构的剪重比、底部框架部分承担的倾覆力矩以及墙柱轴压比(柱最大轴压比0.79)均满足规范要求。
表1结构整体分析结果表 图1斜柱大样
新设计方案由于建筑立面需要退台,在十四层处有五根框架柱内退1500mm,造成竖向构件不连续,按常规抬柱转换将形成高位转换,对结构抗震不利。本设计采用从十二层至十三层增设斜柱(撑),斜柱上方与十四层内退框架柱连续,其倾斜仅为1:6,下部外排框架柱又向上延伸两层至十四层楼面,并且在十二层和十四层斜柱转折处楼层框架梁予以加强(梁截面为600×1000),其剖面见图1。根据电算分析,十四层侧移刚度与下一层之比为0.93,不存在刚度突变。由于斜柱作用,对十二层处与之相连的梁板产生642kN的水平拉力,在该影响范围内楼板加厚到180mm,另加该方向受拉钢筋上下各20Φ12@100,同样与之相连的框架梁另加6Φ25通长受拉钢筋。在此范围内的各构件均相应提高配筋率和加强构造措施,提高其承载力和延性,关键构件斜柱及其下层柱和12、14层与之相连的框架梁按中震不屈服进行分析计算,确保结构安全可靠。
3结构构件加固改造
3.1地基基础加固
在房屋加层续建工程中,必然要遇到地基基础问题。为了减少基础改造的工作量,要最大限度挖掘上部荷载潜力。首先是墙体材料,把原先使用的保温烧结空心砖和砼空心砌块均改用容重较低的加气砼砌块,办公区内的砖砌墙改用轻质隔墙,同时首层地面回填土部分根据情况采用架空板,以及电算荷载按实际情况输入等措施,多方面多渠道合理卸载。通过在基础上埋设锚杆固定压桩架,以建筑物自重荷载作为压桩反力,用千斤顶将预制桩逐段压入土中,并与原基础连接,提高桩基总承载力。锚杆静压桩采用 ZHB30,采用焊接接头,桩身砼为C30,锚杆静压桩桩长约8-10米,持力层为土层⑤砂质粘性土,桩端进入持力层不少于2米,单桩竖向承载力特征值为500kN,施工压桩力为1000kN,共增补锚杆桩130根。为保证新补的锚杆桩能与原桩基形成有效整体,共同受力,需扩大原承台截面,使得补桩反力作用在新浇捣的混凝土扩大部分上,新旧混凝土通过凿毛和植筋方式形成一体。新承台尚应重新进行受力验算,根据计算需要利用建筑面层200-300mm厚度加高承台,满足受力要求。承台加固大样见图2。为了更好发挥补桩的作用,避免应力滞后,确保新、旧桩基共同受力,要求上部结构应待桩基补强结束后方可继建。
图2承台加固大样图3梁粘钢加固大样
3.2上部构件加固
考虑尽可能减少加固施工对原结构构件的损害,遵循对原有构件不动或少动的加固原则,对构件进行强度和刚度的补强。
部分框架柱存在轴压比超限严重,必须进行加固。在高层建筑结构的墙柱加固设计中,最简单、最优先采用的方法是加大截面加固法。该方法简单、可靠,符合强柱弱梁抗震原则,同时对框架梁采取粘钢加固时的节点锚固处理很有帮助,故本工程墙柱加固均采用此方法。在柱截面加大设计中,会遇到新加柱的纵筋与钢筋混凝土框架梁相碰的问题,纵筋排列应全部或大部分绕过框架梁,然后采用1:6的坡度内收至设计位置,为满足规范规定的竖筋间距要求,在框架梁上下各增加附加钢筋植入梁内。柱纵筋实配时可考虑原柱纵筋能够承担的部分弯矩。为保证加固效果,构件截面加大尺寸均不小于100mm,新浇注混凝土强度等级比原构件混凝土强度提高一级,新旧混凝土交接面均应凿毛,并在浇捣前除尘洗净后涂刷界面剂。
1.建筑工程加固改造行业现状分析
我国建筑物加固改造技术发展迅速,尽管取得一些成果,但总体水平较低,市场秩序较乱,缺少统一行为准则来规范人们的业务活动。目前, 主要技术力量集中在少数专业研究院、高等学校及少数大型设计院、生产企业,发展不平衡。在解决工程问题时,有时仍以经验为主进行判断, 增加了技术风险。施工操作的随意性比较大, 缺少配套的施工操作规程规范以及质量验收标准。
2.加固改造工程程序
根据有关文献和我国近几年的工程实践经验,加固改造工作一般程序可概括为现状鉴定、加固改造设计、施工与工程效果检验四步。
(1)现状鉴定:进行现状鉴定的目的是为制定加固改造方案,提供技术依据, 确定导致可见损坏的原因,确认结构的整体性和工作性能。鉴定报告是现状鉴定的最终成果,它是制定加固改造的主要技术依据,
鉴定报告的内容一般应包括:工程对象受损的范围、程度; 工程对象整体技术状态;造成结构及结构材料劣化、损坏的主要原因;应采取的处理措施或对策。
(2)设计:在现状鉴定基础之上,设计的主要任务是制定加固改造方案,选择加固改造材料及施工方法,绘制加固改造施工图,设计过程要充分考虑施工期间对建筑物正常使用时可能产生的影响。
(3)施工:通常加固改造施工是一项专业性很强的技术,要求施工单位既要有良好的技术素质,又要有专业工程经验, 施工之前还要进行详细的施工组织设计,制定完善的施工操作流程表。
(4)验收与工程效果检验:加固改造完成之后要按照既定标准进行验收。
3.加固改造方法及其选择
(1)加截面法:用增大结构构件或构筑物截面面积进行加固的一种方法,不仅可提高被加固构件承载能力, 而且可加大其截面刚度,改变自振频率。这种方法广泛用于加固混凝土结构中的梁、板、柱和钢结构中的柱、屋架,以及砖墙、砖柱等。但使用这种方法会减少使用空间,增加自重荷载。
(2)外包钢加固法:是一种在结构构件四周包以型钢进行加固的方法,可以在基本不增加构件截面尺寸情况下提高构件承载力,增大延性、刚度,适用混凝土柱、梁、屋架和砖窗间墙以及烟囱等结构构件和构筑物加固,但成本较高。
(3)预应力加固法:是一种采用外加预应力钢拉杆或撑杆,对结构进行加固的方法,可提高结构构件正截面及斜截面承载力,广泛用于混凝土梁、板等受弯构件以及混凝土柱的加固。
(4)改变受力体系加固法:是一种通过增设支点,或采用梁拔柱的方法以改变结构受力体系的加固方法,可以减少结构构件的计算跨度,降低计算弯矩,大幅度提高结构构件的承载力,减小挠度,缩小裂缝宽度,多用于大跨度结构, 缺点是会减小使用空间。
(5)外部粘钢加固法:是一种用胶粘剂把钢板粘贴在构件外部进行加固,常用胶粘剂以环氧树脂为主配剂, 这种加固方法施工工期短, 可以大大提高结构构件承载力和正常使用阶段性能。
4.结构加固的基本原理
加固结构受力, 尤其是当结构临近破坏时,结合面会出现拉、压、弯、剪等复杂应力,特别是受弯或偏压构件的剪应力, 有时相当大。加固结构新旧两部分整体工作的关键,主要在于结合面能否有效传递和承担这些应力,而且变形不能过大。结合面传递压力,主要是剪力和拉力。由于粘结强度低,且离散性大,结合面混凝土所具有的粘结抗剪和抗拉能力有时远不能满足受剪和受承载力要求。混凝土加固结构结合面和受剪承载力, 可按下式计算:
τ≤fv+0.56ρsvfy
式中: τ―结合面剪应力设计值;fv―结合面混凝土抗剪强度设计值;ρsv―横贯结构面的剪切-摩擦筋配筋率; fy―剪切―摩擦筋抗拉强度设计值。
该公式是保证混凝土加固结构新旧两部分按截面共同工作的必要条件,但并不是充分条件,在实际设计时,加固结构承载力可采用截面组合系数ψ予以衡量,根据有关试验研究,ψ值主要与结合面构造处理和施工做法有关。
5.工程实例
(1)事故分析: 阳江市某仓库发生火灾,火源起于一层,该仓库为五层内柱外墙结构, 柱间距为6m×6m,纵向4跨,横向5跨,楼盖为无梁体系,板厚200mm,双向配筋设计,混凝土强度等级第一层为C30,混凝土采用卵石骨料,普通硅酸盐水泥。火灾后结构烧损严重,第一层顶板、柱、砖砌墙体的水泥粉刷层、混凝土保护层全部剥落。第一层混凝土柱高5.7m,共30根,在标高1m以上区段烧损严重。第一层混凝土无梁楼板厚200mm,钢筋保护层剥离, 钢筋外露, 最大裂缝宽10~13mm,一层四周墙层出现剪切裂缝,最大宽50mm。第二层顶混凝土无梁板保护层大部分剥离,板面标高处四周墙体产生劈裂裂缝,最大宽3~4mm。
(2)加固设计:① 采用外包钢筒现场拼接,定位后浇注C30细石混凝土,内掺CMA外加剂。② 外包柱截面原设计700mm×700mm,烧损后外包柱截面采用圆形外包钢板筒形成钢管取代模板, 浇注混凝土直径为1000mm,钢板厚4mm。加固后柱截面面积为0.785m2,原截面设计面积为0.49m2,增加面积为0.295m2,同时考虑外包钢板筒作用,每根柱外包A3钢板,钢板厚4mm,面积约19m2。③加固钢管柱受力分析:外包钢板后,形成钢管混凝土柱,利用钢管和混凝土在受力过程中相互制约, 即钢管对混凝土约束,使混凝土处于复杂应力状态, 同时混凝土的变形使钢管也处于复杂应力状态, 二者结合使承载力提高, 延性增大。④钢筋混凝土柱受压承载力确定:极限状态时,钢管核心混凝土处于三向受压的应力状态下,钢管的变形条件对核心混凝土无影响。三向压力下的混凝土强度极限条件可用f*=fc[1+1.5 s r/ fc 2sr/ fc ]描述。钢管混凝土的外包钢板,不仅起环向箍筋作用,而且起纵向压筋作用,承载力简化为Nu=Ac(fc+2utfs),ut=As/Ac。据此条件,计算加固柱承载力可达3.5×106N以上,加固可满足柱承载力要求。
(3)工程施工:所有施工人员上岗前进行安全、技术培训; 高空作业要系好安全带;做好个人PPE;现场严禁吸烟。整个施工过程中,没有发生任何安全事故,施工速度及工程质量均受到好评。
参考文献:
水利建设工程项目在建设过程中,其项目的建筑坝体的稳定性、牢固性直接决定着整个水利建设工程项目的安全性和项目的使用寿命周期,建筑坝体的稳定性、牢固性直接影响着其水利建设项目的蓄水、发电及抗洪能力。由于水利建设项目的建筑坝体在经过长时间使用,其整个建筑坝体在稳定性和牢固性上都会产生一定的问题,导致其稳定性降低,产生坝体的松动或者坍塌等问题的出现。因此只有定期对水利建设项目的坝体进行定期检查,发现问题要及时处理,对坝体进行加固,使其水利建设项目的使用周期得以提升,让其水利建设项目的作用得到充分的发挥。故而,水利建设项目的坝体加固设计尤为重要,这对后期的项目建设的安全性和使用周期的长短起到非常重要的作用,其意义重大,前期的设计合理,更有利于水利建设项目发挥出更大的社会经济效益。
1建设水利工程项目中影响建筑坝体安全稳定性的主要因素
由于水利项目主要是为了消除水害、控制和利用水资源等情况从而进行建设的,那么,在水利工程中坝体建筑的一些常见的问题(如异常渗漏、裂缝、滑坡等),极为容易导致水利工程的安全稳定性,造成坝体受损,故而导致安全等诸多问题和次生灾害。
1.1建设水利工程项目中坝体异常渗漏问题
在水利建设工程项目中,最为常见的能影响到坝体的稳定性的就是坝体异常渗漏的问题,坝体异常渗漏的危害性非常大,我们正常情况下的水利建设项目中建筑坝体都具有一定的透水性,这在水利项目的前期设计中就有所考虑,一般坝体的透水性都在一个合理的数值范围内,只要在合理的透水性的范围内,那么,坝体渗漏的问题就不会对坝体造成太大的损伤。如何判定坝体渗漏的情况在合理的渗漏范围值以内,则就要结合坝体的水的渗漏量的大小来看,我们将其渗漏的情况分成正常渗漏状态和异常渗漏状态。若坝体建筑有异常渗漏的情况,坝体的蓄水压力就会增大,会对坝体产生不利影响,造成坝体的安全等问题,使得坝体失去稳定性和牢固性。一般水利工程项目的渗漏问题极易出现在坝基和涵洞上,所以对坝体的加固设计尤为重要,对坝体进行加固有利于提高坝体的稳固性,只有坝体的稳固性得以提高,其渗漏问题就较为容易解决,从而避免因渗漏的问题导致安全问题。
1.2建设水利工程项目中坝体裂缝问题
在水利建设项目中,坝体出现裂缝的问题也是极为常见的现象,坝体建筑出现裂缝问题也仅仅是出现在坝体的外部,坝体建筑的内部同样也会出现这样的裂缝问题,而且还不容易被人发现。一旦坝体建筑的内部出现裂缝问题,这会是影响整个坝体建筑的稳定性的极大风险。一般坝体出现裂缝,其裂缝的大小会不断的发生变化,从小裂缝逐渐变成大裂缝,坝体出现裂缝会对坝体的稳定性造成严重的影响,一旦坝体的裂缝贯穿到整个坝体,不能及时得到修复,就会造成坝体建筑乃至整个水利建设项目的使用寿命周期造成影响,会使得整个建设水利项目的寿命缩短。
1.3建设水利工程项目中坝体滑坡问题
建设水利工程项目中坝体极为容易出现滑坡现象,然而,滑坡问题是由于受各种因素影响所造成的,例如坡度问题、抗剪力不足等。当然,滑坡问题有时候也是因为自然环境等问题所造成,导致的自然灾害,从而出现坝体建筑的大面积滑坡现象。坝体一旦遭受自然灾害,导致滑坡,必然会影响坝体的整体性结构,一旦滑坡的范围影响过大,大面积滑坡,甚至会导致人们的生命安全和经济损失。要想增强坝体的抗滑坡的能力,就要加强坝体的稳定性,根据项目建设的实际需要,在项目前期的设计及建设过程中就要注重对坝体进行额外的加固,以保证坝体的安全稳定性。
2建设工程水利项目中的坝体建筑的具体加固措施
2.1安徽省潜山县境内下浒山水库工程项目概况
本文以安徽省潜山县境内下浒山水库工程项目为例,下浒山水库工程地处长江北岸菜子湖水系大沙河中上游,是一个综合性水利工程建设项目,下浒山水库主要以防洪抗旱、灌溉农田、供水为主,兼顾发电功能,正常蓄水位115m,总库容2.02亿m,防洪库容0.44亿m。灌溉农田35.08万亩,灌溉引用流量22.8m/s,该工程主要是由两个坝体和一个发电站组成,主要起到农田灌溉、供水和防洪抗旱作用,目前正在建设中。
2.2建设水利工程项目坝体建筑加固的主要技术措施
2.2.1建设水利工程项目坝体建筑的裂缝采取灌浆加固技术对建设水利工程项目的坝体裂缝采取加固处理,要科学的合理的使用裂缝灌浆加固技术,坝体建筑的裂缝加固处理技术是最为常见的建筑坝体加固技术,坝体建筑的裂缝加固技术分为全孔和孔底灌注两种技术方法,如果要对灌浆压力进行非常有效的控制,则需要将浆液向裂缝中灌注。使用裂缝过程中需要综合分析坝体裂缝。同时深入分析坝体应力情况,依据裂缝形成原因布孔,通过灌浆加固坝体。裂缝灌浆技术应用水力劈裂原理,在水的压力作用下,扩大坝体裂缝,对坝体实施灌浆操作。综合分析坝体应力分布,把握裂缝形成规律[2]。一般建筑坝体的断面截层都成梯形状态,工程技术人员要根据建筑结构的特征进行计算建筑坝体的应力分布,通过对建筑坝体的应力分布情况进行计算,从而才能准确的顺利的推动后续的裂缝灌浆施工工作和布孔的施工工作。正常情况下我们利用高压装置来灌浆,将泥浆填充进坝体,从而良好的填充裂缝,实现对建筑坝体的加固。施工期间,同时应将合适的水分灌注进坝体中,来提高坝体的稳定性和密实度,从而减少相应的弱应力。
2.2.2建设水利工程项目坝体建筑加固需结合防渗墙技术建筑防渗墙技术主要起防渗效果,防渗墙技术可以满足在施工过程中抗压、抗剪及抗拉的需要。防渗墙技术可以应用机械造槽以及射水造槽两种方法,其中射水造槽方法具有明显的优势,该方法成本低廉,且操作简便,可以应用于各种土质条件下,由于射水造槽法的便利,只需要简单操作就能完成施工,应用这种方法施工可以快速完成工程,节约大量操作时间,这种方法可以有效提升造槽速度,并达到较高的成孔率[4]。因水泥的使用量是相对比较少的,所以它在施工过程中的回填量流失的也比较少。此方法遇上砾卵石地层时就不太适合了,施工过程中使用的机械设备也是相对复杂的,施工机械的操作技术上受客观因素影响,其自动化水平低而且操作上也并不灵活。
2.3建设水利工程项目坝体建筑的加固设计
2.3.1建设水利工程项目坝体建筑的主坝及防渗墙结构的加固设计建设水利工程项目设计时常常会遇到风化岩层的造孔施工,遇到风化岩层坝体建筑施工时要使用一定距离的帷幕来进行灌浆处理。坝体建筑的防渗墙结构加固设计中,其中建筑主坝体和防渗墙应应用支撑的方式进行连接且要注意两者的协调性。建筑坝体的荷载力量会直接作用墙体上,因墙体两侧会产生摩擦力,会导致主坝体变形,防渗墙的荷载力量应满足实际需要,在这个加固设计中我们可以用厚度墙为基础来制作计算简图底稿,用有限差分法对建筑坝体的防渗墙结构进行加固设计。
2.3.2建设水利工程项目坝体建筑的发电隧洞加固设计由于受环境等客观因素的影响,发电隧洞的洞壁出现剥落,钢筋混凝土被侵蚀,钢筋等出现破损等情况,我们需要清理被侵蚀破损的钢筋混凝土,然后用新的钢筋混凝土进行焊接补漏、坚固、找平等处理。发电隧洞出口出现的锈蚀性的钢板,要用环氧玻璃丝和全新的钢板进行修补处理,从而加固发电隧洞。
2.3.3建设水利工程项目坝体建筑的溢洪道加固设计溢洪道一般都是由泄槽、进水渠、宽顶堰共同构成,一般溢洪道的坡段和消力池设计结构不合理的话,就会导致水流出现混乱,地基造成渗漏问题,则溢洪道的结构上就会存在安全隐患问题。下浒山水库工程的进水渠总长度为32m,宽度为50m,进水渠的两侧均设置了直立导墙,充分的利用了埋石状态混凝土,墙体的背坡值为2∶1,顶部应用宽顶堰的结构形式,坡面采取斜坡式进口设计。在泄水段采取矩形断面设计,在出水渠上采取梯形断面的设计,两侧边墙上使用埋石的混凝土挡墙。在水库渠道的底板上采取钢筋混凝土浇灌设计,并在渠道的底部设置排水设施。
由于各种原因导致现有多层框架结构,在梁柱、部分楼板以及剪力墙等部位出现很多裂缝或者是破损的情况,需要采取一定的加固措施来保证建筑结构使用的安全性。
1 工程概况
该工程全框架结构地上6层,地下1层。由于某些特定原因该工程施工到第四层的时候停工,期间相隔两年时间,防护措施不到位。现在准备重新开工,业主提出两层西南角增设卫生间、轴外雨棚板面能放置4只3匹空调室外柜机。二层局部结构如图1。施工之前进行相关检测发现,混凝土强度基本符合规范要求,然而在2层、3层结构的部分梁底面出现了0.5~1mm间距不等的细小裂纹,结构存在着混凝土震捣不实,有胀模和跑模,还有局部钢筋外露,有着锈蚀等现象,配筋也没有严格按照规范要求进行。
2 加固设计
在该工程中所采取的加固措施因部位不同而不同,本工程的加固处理主要有一般梁KL1,2,3、悬挑梁XL2以及柱KZ1错位的加固处理:
2.1 梁的加固处理
对于KL1,2梁底部采取粘钢处理,须确保粘贴钢
板端部的锚固质量。锚固一般有两种方法,第一种是在自身的端部进行锚固,另外一种是将其他构件与粘贴钢板端部锚固在一起。对梁的两端都布置箍板来加强锚固,不仅能起到锚固作用,还能使得梁端的抗剪能力有所提高。在加强锚固的同时,还需要将抗剪箍板增设在主次梁的交接处,同时配置少量的附加箍筋。对于梁上部的粘钢加固,需要在没有足够负弯矩筋的部位采取粘钢加固的措施,而在有柱子的情况下采取别的处理措施。KL3梁侧面粘贴钢板的加固处理,这部分的处理比较困难,因为这个时候墙体已经建筑完成,为了能够不破坏已施工完成的墙体,对于这部分的梁体采用了图2的加固方法来对侧面进行粘钢。
卫生间隔墙板底L1,2梁,设计采用了15#槽钢,且沿长用φ10@500膨胀螺栓与现浇楼板紧固,保证了其侧向刚度稳定;梁端用了4颗φ14膨胀螺栓分别植入在KL1,2梁上。
2.2 悬挑梁的加固处理
悬挑梁XL2荷载增加也需要进行加固处理,而这部分的加固处理不能采用梁上部的处理方法,因为这会出现超筋的情况。通过进行计算分析,为了改变其受力情况来进行加固,可以采取加腋方法来加固,其中钢筋要与原梁柱进行锚固处理,最适合的方法就是钻孔植筋方法,下图3是具体的处理方法及尺寸情况。
2.3 柱“烂根”、错位的加固处理
在框架底层中柱KZ1的柱脚(±0.00米)处堆有部分建筑垃圾及杂质,这个部位的混凝土略显酥松,还有部分钢筋外露且出现锈蚀,纵筋不贯通,柱截面还有上下错位的情况。为了能够保证施工的便利性及保证加固质量,需进行柱截面的加固。具体措施是先将柱根周围疏松的混凝土清除掉,在露出主纵筋后配以同原框架柱的钢筋,之后再浇水湿润,构件表面无明水情况下,浇筑高出原混凝土一个强度等级的新混凝土。在新浇筑的混凝土中插入接长的钢筋,柱下端采用化学植筋,上端采用焊接连接,钢筋的锚固长度要符合规定的要求。
3 加固后的结构验算
在采取加固措施后,为保证加固后的框架结构满足强度要求,需要进行验算。具体的验算方法也因部位及方法不同而不同,如果采取的是增大截面的方法进行加固,验算的时候必须要按照加固后的尺寸来进行验算;如果采用的是粘钢加固的方法来进行加固,验算的时候必须要坚持刚度等效的原则,具体验算方程见公式(1),如果是采用碳纤维布来进行加固,其在刚度方面的提高必须要忽略掉,验算还采用原来的尺寸来进行,混凝土强度的验算公式按照公式(2)来进行,没有采取加固措施的构件按原来的尺寸进行验算。其中公式(1)由公式(3)、(4)推导出,(2)~(4)均出自混凝土的相关规范。
4 加固施工
4.1 碳纤维加固处理
对于工程中出现的细小裂纹,则灌缝处理后进行局部粘贴碳纤维布。在采用碳纤维进行加固的时候,一般最常用的材料是进口的30型碳纤维材料。胶水也要使用与其相配套的胶,对于碳纤维的要求也有相应的规定,宽度大概在100~200mm之间。为了保证其加固效果,在进行加固处理的时候还需要进行卸荷处理,这就需要借助数显液压千斤顶来卸除某些荷载。进行处理过后,还需要对构件的表面进行平整和清洁,有必要将构件表面的污垢以及杂质清除干净,对于不平整的地方要进行修补或者打磨,使得结构粘贴面能够保证平整。粘结施工的质量好坏对碳纤维加固的效果有着很直接的影响,其加固处理必须按照一定的流程来进行施工,也就是构件表面处理加固构件卸荷配制粘结剂涂敷结构胶粘贴碳纤维养护固化。
4.2 粘钢加固处理
在粘钢的选材方面要选择6mm厚的钢板,然后采用Q235钢板进行加固,再用冀研牌SKY-I型粘钢结构来将钢板粘结在一起。在用粘钢加固处理的过程中也需要进行卸荷处理,处理的方法与使用碳纤维加固的工艺相同。在卸荷处理后,也需要对黏贴面的平整度进行修整,避免进一步损坏原结构墙体,开凿部位必须要用静力水钻密布切割,再清除掉表面的污垢和杂质,保证平整。
对于加固构件的卸荷处理,取设计荷载的1/3为卸荷量比较合适,卸荷过程要实时监控,以避免在卸除荷载的过程中又使得构件出现一些新的损伤或者是裂缝。若梁是承受均匀荷载,则至少需要布置两点以上的卸荷支点,保证其分布要均匀。而若是承受多次梁作用的主梁,则需要将卸荷支点设置在每个次梁下。为了避免出现支撑结构传力不当的情况而损伤结构其他部位,必须要使用传力可靠合理的支撑结构来进行卸荷。
在配制粘接剂方面,秤量的时候要按照选定配比来进行配制,在配制粘结剂的时候,最好是在10~30℃的环境温度下进行。搅拌的时候必须要保证不能有水进入容器,所以在雨期施工时要特别注意。在胶水配制完成后需要进行涂胶与固定加压,之后再进行养护以及固化。用抹刀将配制好的粘结剂涂抹在经过处理的板面上,再用少量的胶来回刮抹,直到刮抹到规定的厚度,也就是在1~3mm之间,并且要保证边缘薄而中间厚。完成涂抹胶之后,在预定的位置黏贴好钢板。黏贴好之后,必须采取一定的支撑措施,辅以适度的加压,使得混凝土表面与钢板压实。一天后待粘贴剂固化之后便可拆除支撑以及夹具,三天后便可使用。
5 总结
通过一系列的加固补强处理,该工程的结构强度有了显著的提高,能够确保其在日后的正常使用的安全性,同时在一定程度上提高了框架结构的耐久性,实现了设计的加固效果。这表明,对于出现裂缝或其它损伤的多层框架结构,采取适当的加固措施是可以达到补救目的的。同时,需要我们通过总结类似工程的先进经验,以便更好地对现有的未完成加固的工程提供一定的借鉴。
参考文献:
1 改造加固工程的步骤
1.1 改造鉴定的标准和依据(更新下规范)
现行的规范规程。主要有:《建筑结构荷载规范》(GB50009 - 2001) ;《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010);《混凝土结构设计规范》GB50010-2011;《砌体结构设计规范》( GB50003 - 2001) ;《钢结构设计规范》GB50017-2003;《钢结构加固技术规程》(CECS77∶96) ;《混凝土结构加固技术规程》(CECS25 : 90) ;《多层砖房结构加层技术规范》(CECS78 :96)
1.2 改造加固鉴定步骤
已建工程在改造加固前均需要由专业技术人员对其进行调查鉴定。一般步骤是:
(1) 收集资料。调查了解该项目的状况(包括:设计图纸、竣工资料、使用维护日志、使用环境等) 和准备改造的内容(使用功能、条件等) 。
(2) 现场调查、测试。在现场收集建筑材料资料(主体结构和维护结构材料的损伤情况等) 和建筑结构(结构变形、裂缝等) 资料。
(3) 根据项目实际情况和要求的改造加固方案进行结构验算分析,以及进行相应的构件或模型试验,对改造加固方案加以验证。
(4) 改造加固工程一般应由具备相应资质并有经验的单位来施工完成,在这期间设计、监理单位应严格审查施工方案,并配合相关部门做好质检工作。
2 改造加固方法
2.1 砌体结构改造加固
(1) 对于砖砌体,主要问题可能是砖砌体承载力和稳定性不足,主要加固方法是扶壁柱法和钢筋网水泥法。
(2) 砖柱对应的加固方法主要有增大截面法和外包型钢法。
砖砌体结构中常见的裂缝需要根据情况具体分析处理。由于温度原因造成的裂缝, 可采取填缝封闭和加筋锚固方法; 对裂缝较细又数量较多的, 待裂缝发展稳定后可采用灌浆补强的方法; 而由于结构原因造成的裂缝则需先对承载力或稳定性不足的问题进行加固处理后再处理裂缝问题。
2.2 混凝土结构改造加固
混凝土结构常用加固方法的特点及适用范围见表1。
加固方法 主要特点 使用范围 计算方法
加大截面法
采用原结构材料加大构件截面以提高承载力 梁、柱、板、墙等一般构件
详文献1
外包钢加固法
在混凝土构件四周包以型钢使其与混凝土协同工作,提高承载力。做法有干式和湿式两种。 构件截面增大受限制或需要大幅度提高承载力。当采用化学灌浆外包钢时,型钢表面温度不应高于60 ℃,当环境具有腐蚀性介质时还应有可靠的防护措施。 详文献2
预应力加固法
采用预应力的钢拉杆或撑杆对原结构进行加固,使原结构承受的荷载部分转移到加固结构上。 可有效提高承载力、刚度和抗裂性。同时加固占用空间小,主要适用于梁、板、屋架等。不适用于温度高于60 ℃的环境和混凝土收缩徐变大的结构。 详文献1
增设支点法
增加支点以减少构件的计算长度和变形,提高承载力。有刚性和弹性支点两类。 适用于净空不受限的梁、板、桁架等。
详文献1
粘贴钢板法
在混凝土表面粘贴钢板以提高承载力。 适用于受弯、受拉构件(梁、板) 。不适用于温度高于60 ℃的环境,当环境具有腐蚀性介质时还应有可靠的防护措施。 详文献1
碳纤维织物加固
在混凝土表面粘贴碳纤维织物以提高承载力。
除具有粘贴钢板相似的优点外,还具有耐腐蚀、耐潮湿、几乎不增加结构自重、耐用、维护费用较低等优点,但需要专门的防火处理。 等效钢筋面积法
详本文
绕丝法
在混凝土构件四周包以钢丝使其与混凝土协同
工作,提高承载力。 适用于混凝土结构构件斜截面承载力不足的加固,或需对受压构件施加横向约束力的场合。
碳纤维织物加固混凝土梁正截面承载力的计算方法可根据基于平截面假定的混凝土梁受弯基本理论,采用等效钢筋面积法,计算比较简单并偏于安全。首先将碳纤维织物的面积转化为等效钢筋面积,即:
Ase = Acfs fcfs/ f y
其中:Ase为等效钢筋面积; Acfs为碳纤维织物的面积;fcfs为碳纤维织物的抗拉强度; f y 为钢筋的抗拉强度。
对应碳纤维织物的面积: Acfs = ntcfs Bcfs
其中: tcfs为碳纤维织物的计算厚度; Bcfs 为碳纤维织物的幅宽; n 为加固梁时碳纤维织物的粘贴层数。在得到等效钢筋面积后即可采用钢筋混凝土梁受弯构件的正截面承载力设计公式进行计算。
另外根据工程改造的实际情况还可采用增设支撑系统、剪力墙、钢拉杆圈梁等以增加原结构的整体性、改变构件的刚度比、改善构件受力状况、调整结构内力等。
3 改造加固设计中的工具软件
对改造加固工程,在进行现场调查和资料收集完毕后,应对提出加固方案进行结构验算。对于变动较大的工程项目须采用结构软件对其改造前后的结构模型进行计算分析以避免出现改造加固后给原结构带来新的结构安全隐患。砌体结构和混凝土结构可采用PKPM、TBSA ;对于其它一些有限元分析软件使用时需注意构件参数和荷载组合工况的设置等。
事实上在小型改造项目中和局部构件加固设计时,很多工具软件使用十分方便,设计效率也会提高很多。笔者在此介绍一些小型工具软件供参考。
(1) 粘贴钢板计算软件jg gb.exe(http :\\gzdbty.省略)
(2) 地震分析程序PRSDZH. exe
(3) 结构计算软件包SESV1.1 、理正工具箱等。
4 改造加固设计中需注意的一些问题
在改造加固工程中界面处理好坏, 将直接影响加固设计效果, 如果出现空鼓、脱落、“两层皮”等质量问题, 这将关系到结构改造的安全性问题。为此设计的构造措施、施工过程中应对此加以重视, 适当增大安全储备。针对新旧混凝土、新加混凝土与旧砖墙等不同界面, 采用植筋、增设暗销或抗剪件、结构胶等系列界面处理技术, 务必使加固面结合接触紧密, 达到设计要求。
改造加固工程中屋顶改造、加层等往往会加大基础荷载, 在设计时应根据实际情况对地基基础采取加固措施,注意减轻构件自重和调整受力体系。对于增加荷载不大的情况可考虑利用剩余的地基容许承载力。事实上地基在长期荷载作用下, 其容许承载力相应也会提高。根据相关资料, 提高系数K 可依据改造前后基底应力之比( p1 / p2 )参考选用(见表2) 。
表2 地基承载力提高系数 K
目前的加固基本上是针对构造和承载能力不足的构件,而在结构总体上的把握与判别上相对较弱。改造加固要注意局部构件加强后对相邻构件乃至对整体结构的影响。否则有时改造加固后会适得其反。例如: 对连续梁某一段采取增大截面法进行加固后由于刚度的变化会引起相邻跨梁、柱的内力重分布; 对多层砖混结构的某一层墙体采取夹板墙加固, 使得该层墙体的刚度大幅度增加, 形成与相邻楼层的刚度差, 对结构的抗震不利。此外还有加固后构件的承载能力提高, 防火等级大幅度下降等问题。为此, 对改造要求和加固方案在设计要从总体上把握, 满足结构设计理论和现行规范规程的要求(如建筑抗震设计中的概念设计、混凝土结构设计中的强柱弱梁强节点等) 。
结束语
建筑物作为特殊商品,要被使用几十年甚至永久地保存下去。但随着社会的发展对建筑物的要求也在发生变化。为此,目前建筑工程中改造加固项目也逐年增多。有些项目则是改变其外装修以跟进潮流满足城市规划或业主们的新要求;还有些项目是由于存在质量隐患或使用年限已到需要改造加固。
参考文献
[1] 建筑物的检测、鉴定. 加固与改造[M] . 冶金工业出版社,1997.
中图分类号:U2 文献标识码:A 文章编号:
一、基于建筑设计参数分析模型的工程造价估算研究现状
为实现工程项目经济性目标,对建筑工程造价进行合理地估算及控制是十分必要的手段。影响工程造价估算的因素有很多,通过对各种影响工程造价因素地分析,可以对工程造价进行估算。在影响工程造价的各种因素中,工程设计属于最为重要的因素,甚至在很大程度上来说,工程设计决定了工程造价。但由于在进行工程设计时,设计师不能及时而全面地掌握住工程中每一个环节的造价信息及数据,这也就导致了工程设计参数与工程造价分析的断层,更是由于在建筑工程设计构思及优化过程中,不能全面准确的对工程造价进行估算,也就出现了建筑设计无法对建筑造价进行有效控制的现象,最终引起工程设计方案不符合工程经济性原则。为此,研究并分析出建筑设计参数与工程造价之间的关系,建立基于建筑设计参数分析模型的工程造价估算就显得十分重要。基于建筑设计参数分析模型的工程造价估算可以让工程项目在设计阶段,让设计师在进行工程设计时,保障建筑质量与品质的同时充分考虑工程造价,注重经济性原则,进行工程造价估算,为工程设计方案提供依据。
在建筑设计参数与工程造价之间存在关系的研究领域中,出现了较多的研究成果。如有学者通过对建筑设计过程中影响工程造价的主要因素,如建筑面积、建筑材料、建筑设备、建筑平面形状、建筑层高等进行分析,提出在建筑设计阶段,采取标准设计、限额设计等设计理念,实现对工程造价的有效控制;有学者通过分析住宅项目造价资料,将建筑平面形状、建筑期望寿命、建筑区域、建筑规模、电梯数、外墙与窗户之间的比例等作为影响工程造价的主要因素,并建立估算模型,提高工程项目预算准确度;当前,研究建筑设计参数与工程造价的估算方法主要包括基于案例的比较分析法、神经网络模型及多元回归分析法,有学者认为,基于案例的比较分析法,根据专家对拟建工程与曾建工程的相似度进行判断分析,可以快速估算出工程造价,随着工程造价数据越发完善,使用案例比较分析法可以有效提高工程造价估算的准确度;根据灰色系统理论,有学者将影响工程造价的特征参数分配一定的权重,进一步分析设计参数对工程造价的影响,但这种研究方法并不能完全体现出多种建筑设计参数对工程造价的影响。在本文中,以住宅建筑为例,提出建立解释结构模型,分析建筑设计参数对工程造价的影响分析,并根据建筑设计参数对工程造价影响的程度划分层级,深入研究建筑设计参数与工程造价之间存在的关系。
二、建筑设计参数分析模型——解释结构模型的建立
通过建立建筑设计参数分析模型,可以快速有效地完成建筑设计参数对工程造价估算地分析,本文中,主要通过分析解释结构模型、解释结构模型的建立与运算、解释结构模型分析结果讨论研究建筑设计参数对工程造价的影响。
(一)解释结构模型
结构模型,指的是通过有相连接图的方式,描述系统中各种要素之间的两两关系,并建立出一种要素集合体的系统模型。解释结构模型属于使用最为广泛的结构模型建立方法。解释结构模型的特点是将整个复杂系统进行分解,获取若干子系统,通过计算机或人为处理,构建出一种分层级多递阶的结构模型。一般来说,在应用解释结构模型时,需要明确设定问题,选择出系统构成要素,并建立可达矩阵及邻接矩阵。可达矩阵表示系统中构成元素之间存在的间接与直接关系,邻接矩阵表示系统中构成元素中各元素两两之间存在的相互制约、相互影响关系。通过可达矩阵与邻接矩阵,制定出分层递阶有相连接图,形成结构模型,并根据结构模型建立出解释结构模型。
在分析建筑设计参数与工程造价的关系时,会发现各种建筑设计参数之间存在着一定地影响、制约作用,参数之间的关系较为复杂,不同的设计参数,对工程造价影响程度有所区别。使用解释结构模型分析建筑设计参数对工程造价的影响,可以将各种复杂的设计参数,依据设计参数对工程造价影响程度,将建筑设计参数与工程造价关系结构化,划分出不同层级,明确影响工程造价程度大小的建筑设计参数,从而深入研究工程造价在参数变化下地变化。在建筑项目初期造价估算时,可以将解释结构模型中影响工程造价最大的设计参数作为重要指标,应用神经网络或其他估算法,快速准确地进行工程造价估算。
(二)解释结构模型的建立与运算
实现解释结构模型的建立及运算,需要经过以下两个步骤:
1.明确研究系统,选择系统构成要素,并对系统构成要素之间存在的关系进行梳理。如以住宅建筑为例,将住宅建筑各种设计参数与工程项目最终造价为研究系统,选择出十七种建筑设计参数作为系统构成要素,并对各种设计参数之间存在的相互制约、相互影响关系进行梳理,将十七种建筑设计参数分为C1到C17,通过调查分析,可以获取各种设计参数之间存的影响关系表,如下:
建筑设计参数之间存的影响关系表
2.通过建筑设计参数之间存在的影响、制约关系,绘制各种设计参数之间的关系网络图,在进行关系网络图绘制过程中,需要明确逻辑关系;
3.依据设计参数关系网络图,建立系统要素邻接矩阵,
4.根据邻接矩阵结果,计算出可达矩阵;
5.根据可达矩阵计算结构,进行设计参数分层级。在可达矩阵中,各元素列向中所包含的元素个数存在着差异,将含有某种元素最少的排在可达矩阵最右边,向左依次递增,含有某元素最多的则位于可达矩阵的最左边;
6.对系统中个元素的层级关系、制约关系、影响关系进行区分,获取各个元素之间的关系结构图,通过将抽象关系结构图转化为各种设计参数层级图,其结果如下:
解释结构模型设计参数层级示意图
(三)解释结构模型分析讨论
在众多的设计参数里面,某些设计参数地改变,会引起该设计参数所影响、制约或被影响、制约因素地改变,从而引起整体建筑设计参数的变化,进一步影响工程造价。在解释结构模型设计参数层级示意图中可以看出,层级越高的设计参数,对工程造价影响越大,如建筑设计参数中的建筑规模,属于第一层级,在所有设计参数中,对工程造价的影响最大。所以在众多的项目建立初期,往往以工程项目规模为依据,对工程造价快速估算,在建筑设计初期,可以获取更多的建筑设计参数,如建筑结构形式、建筑平面形状、建筑层高净高等要素,这些建筑设计参数,作为解释结构模型中前面四个层级要素,利用这些要素建立估算模型,并对设计参数进行量化处理,从而获取更为准确的估算结果。
三、基于解释结构模型多元线性回归估算分析
通过社会实践证明,建立基于解释结构模型多元线性回归估算分析方法,可以建立工程造价快速估算模型,通常来说,投资估算的误差允许范围在20%—30%之间,而基于解释结构模型多元线性回归估算分析方法的工程造价估算误差在5%以内,可见这种方法的准确度是较高的。为避免在结合解释结构模型与多元线性回归估算方法分析时出现较大误差,需要十分客观地对建筑设计参数之间的关系进行研究;在使用多元线性回归估算方法时,在自变量选择上,需要选择较多的建筑设计参数,收集较多的同类工程造价信息,最终获取更为准确有效的工程造价估算结果。
进行多元线性回归估算需要以各种自变量彼此独立为前提,然而在建筑设计时,无法做到各种自变量彼此独立,在基于解释结构模型中,研究影响工程造价程度的设计参数,选择对工程造价影响程度较大的建筑设计参数作为回归分析的自变量,这些设计参数之间多为间接影响与制约关系,缺少直接影响与制约关系,因此各种变量之中的相关性相对较低,这也在一定程度上提高了多元线性回归估算的准确性,从而获取良好的工程造价估算效果,通过实践证明,基于解释结构模型多元线性回归估算分析适用于工程建设活动。
四、结语
针对基于建筑设计参数分析模型的工程造价估算,本文提出建立解释结构模型,并结合多元线性回归估算方法,通过实践,获得了良好效果。其中解释结构模型,是以建筑设计参数与工程造价之间的关系为研究系统,根据建筑设计参数影响工程造价的程度大小,将各种不同的建筑设计参数划分出不同层级,在层级划分中,层级越高,说明该建筑设计参数对项目工程造价影响的程度越大。本文以住宅建筑为例,选择建筑规模、建筑总高度、建筑平面形状、建筑结构形式、建筑层数等建筑设计参数为影响工程造价的主要因素,并建立解释结构模型。将解释结构模型与多元线性回归分析方法结合,选择出建筑设计参数中对工程造价影响较大的因素为自变量,建立工程造价估算模型,并在实际工程中应用,证明了基于解释结构模型多元线性回归估算分析可以有效而快速地实现工程造价估算,获得了良好效果。
参考文献:
[1]谷力.建筑设计参数分析模型的工程造价估算分析[J].科技创新导报,2011,(17):44,46.
[2]陈小龙,王立光.基于建筑设计参数分析模型的工程造价估算[J].同济大学学报(自然科学版),2009,37(8):1115-1121.
[3]张红琴.基于建筑设计参数分析模型的工程造价估算的探讨[J].建筑与文化(学术版),2013,(1):121.
[4]王立光.建筑设计参数与工程造价关系研究[D].同济大学,2009.
建筑结构工程在长期使用和自然力影响作用下,其功能必然减弱,设计工程结构时,要评估结构损伤的客观程度,并采取有效的方法保证结构的安全使用。建筑混凝土结构加固工程中,加固设计方案的制定尤为重要,对于需要加固的构筑物,应根据构筑物的不同情况制定不同的加固方案。方案的确定要遵循安全、经济、快捷、施工方便的原则,只有这样,加固工程才能收到良好的社会效益和经济效益。
一、建筑混凝土结构工程加固设计的方法
1.直接加固的方法。(1)粘钢加固法。钢筋混凝土受弯构件外部粘钢加固是在构件承载力不足区段(正截面受拉区、正截面受压区或斜截面)表面粘贴钢板,这样可提高被加固构件的承载力,且施工方便。(2)粘贴纤维增强塑料加固法。外贴纤维加固是用胶结材料把纤维增强复合材料贴于被加固构件的受拉区域,使它与被加固截面共同工作,达到提高构件承载能力的目的。除具有粘贴钢板相似的优点外,还具有耐腐浊、耐潮湿、几乎不增加结构自重、耐用、维护费用较低等优点,但需要专门的防火处理,适用于各种受力性质的混凝土结构构件和一般构筑物。(3)置换混凝土加固法。该法的优点与加大截面法相近,且加固后不影响建筑物的净空,但同样存在施工的湿作业时间长的缺点,适用于受压区混凝土强度偏低或有严重缺陷的梁、柱等混凝土承重构件的加固。(4)有黏结外包型钢加固法。外包钢加固是把型钢或钢板包在被加固构件的外边,外包钢加固钢筋混凝土梁一般应采用湿式外包法。即采用环氧树脂化灌浆等方法把型钢与被加固构件黏结成一整体,加固后的构件,由于受拉和受压钢截面面积大幅度提高,因此正截面承载力和截面刚度大幅度提高。(5)绕丝法。该法的优缺点与加大截面法相近,适用于混凝土结构构件斜截面承载力不足的加固,或需对受压构件施加横向约束力的场合。
2.间接加固的方法。(1)预应力加固法。预应力水平拉杆加固的混凝土受弯构件,由于预应力和新增外部荷载的共同作用,拉杆内产生轴向拉力,该力通过杆端锚固偏心地传递到构件上,在构件中产生偏心受压作用,该作用克服了部分外荷载产生的弯矩,减少了外荷载效应,从而提高了构件的抗弯能力。(2)增加支承加固法。增设支点加固法是通过减少受弯构件的计算跨度,达到减少作用在被加固构件上的承载效应,提高结构承载水平的目的。该法简单可靠,但易损害建筑物的原貌和使用功能,并可能减小使用空间。
3.混凝土结构加固改造配套技术。(1)植筋技术。是一项对混凝土结构较简捷、有效的连接与锚固技术,可植入普通钢筋,也可植入螺栓式锚筋,已广泛应用于已有建筑物的加固改造工程。(2)托换技术。就是托梁拆柱,托梁接柱和托梁换柱等技术的概称,属于一种综合性技术。适用于已有建筑物的加固改造。(3)裂缝修补技术。根据混凝土结构裂缝的起因、形状和大小、采用不同封护方法进行修补,使结构因开裂而降低的使用功能和耐久性得以恢复的一种专门技术,适用于已有建筑物中各类裂缝的处理。另外还有碳化混凝土修复技术,混凝土表面处理技术,混凝土表层密封技术等等。
二、建筑工程中的混凝土结构加固设计基本原则
加固设计应考虑施工方便且可行的施工方法。对于混凝土结构,宜提高一级强度等级,并加强构造和连接措施等,以保证原结构与新混凝土协同工作。由于高温、腐蚀、冻融、振动等原因造成的结构损坏,加固时应采取减小、抵御或排除上述不利水因素影响的对策,保证加固后的结构安全可靠,正常使用。结构加固应尽量考虑经济效果,尽可能做到在不停产的条件下加固,尽量不损伤原构件和减少构件的拆除,能够使用的应当保留。加固方案要在满足加固本身的要求上,多考虑使用新技术、新材料、新工艺。随着当今科学技术的飞跃发展,先进的技术、材料、工艺都能使加固方案达到事半功倍的效果,所以一个优秀的加固方案不但要在性价比、性能比上下功夫,还要体现其工艺技术的先进性和科学性。
三、建筑混凝土结构工程加固设计的应用
1.混凝土梁板加固设计的应用。(1)增大截面加固法。增大截面法,是指在原受力构件的单侧或双侧浇注一层混凝土来增大原混凝土构件的截面面积,同时加配一定数量的钢筋以达到提高原构件承载能力的方法。增大截面法的加固效果与多种因素有关,加固时的施工工艺以及是否对原结构进行卸荷处理将直接影响到加固工作的成败。(2)增补受拉钢筋法。对于承载力要求增加不大、经验算其截面高度满足要求的梁,只须适当增设受拉主筋即可。后补的钢筋可以直接焊在原梁的钢筋上。增补受拉钢筋法可分为全焊接补筋和半焊接补筋和黏结法三种。(3)黏贴加固法。黏贴加固法是用黏结剂(结构胶)将钢板或其他高强材料(如碳纤维、玻璃纤维)黏在需要加固的部位,以提高构件的抗弯、抗剪承载能力,亦可提高构件的刚度和整体性。该方法始于20世纪60年代,它不仅用于建筑,同时也用于桥梁、公路的加固。
2.混凝土柱加固设计的应用。混凝土柱的加固设计应根据现场调查结果以及室内的工作结果。判明混凝土柱破坏的原因,从而采取各种不同的加固方法,及时对受损坏的混凝土柱进行加固处理。(1)置换加固法。置换法是一种针对柱子混凝土部分进行处理而提高承载力的方法,采用这种方法时一般不考虑原钢筋利用率的折减。该方法普遍用于混凝土柱因火灾或其它破坏而导致混凝土强度下降引起柱承载力不足的情况。(2)预应力撑杆加固法。预应力撑杆加固框架柱是种简单又快速的加固方法,能有效地提高轴心受压或偏心受压柱的承载力,预应力撑杆有单侧和双侧两种:单侧撑杆适用于受压筋配筋量不足或混凝土强度过低、弯矩不变号的偏心受压柱加固;双侧撑杆适用于需变号的偏心受压及轴心受压柱加固。(3)增大截面法。增大截面法又称外包混凝土加固法,是一种使用最广泛的加固柱子方法,在条件允许的情况下,是一种最可靠的传统加固方法,它可以同时增加原有柱的截面面积和配筋量,能较大幅度的提高原有柱的承载能力和刚度,尤其是原柱加固后更符合规范所倡导的强柱弱梁的设计原则,具有更好的抗震性能。(4)外包钢加固法。所谓外包钢加固,就是在混凝土的四角或两面包以型钢的一种加固方法,它的优点是构件的截面尺寸增加不大,但原柱的载力能力提高较大,这种方法特别适用于构件外形受限制,不宜增加太多的情况。对于方形或矩形柱采用四周包角钢并在横向加缀板的方法,而对于圆柱或其它弧形柱则用扁钢加套箍的方法进行加固。
四、结束语:
综上所述,建筑混凝土结构工程加固设计是技术含量较高的工作,进行工程施工时应根据实际条件选择适宜的加固方法,最大限度地达到使用要求,实现预期的加固效果。
建筑工程混凝土结构加固设计需事先建立明确的工作思路,熟悉其工作性能和状况,从整体上分析原有结构体系和新增体系的合理性,是一个繁琐而技术含量较高的工作。改造方案要兼顾合理性和经济性,根据实际条件选择适宜的加固方法,实现预期的加固效果。
一、建筑工程中混凝土结构加固设计方法及改造配套技术
1、直接加固的方法。(1)置换混凝土加固法。该法的优点与加大截面法相近,且加固后不影响建筑物的净空,但同样存在施工的湿作业时间长的缺点,适用于受压区混凝土强度偏低或有严重缺陷的梁、柱等混凝土承重构件的加固。(2)粘钢加固法。钢筋混凝土受弯构件外部粘钢加固是在构件承载力不足区段(正截面受拉区、正截面受压区或斜截面)表面粘贴钢板,这样可提高被加固构件的承载力,且施工方便。(3)粘贴纤维增强塑料加固法。外贴纤维加固是用胶结材料把纤维增强复合材料贴于被加固构件的受拉区域,使它与被加固截面共同工作,达到提高构件承载能力的目的。除具有粘贴钢板相似的优点外,还具有耐腐浊、耐潮湿、几乎不增加结构自重、耐用、维护费用较低等优点,但需要专门的防火处理,适用于各种受力性质的混凝土结构构件和一般构筑物。(4)有黏结外包型钢加固法。外包钢加固是把型钢或钢板包在被加固构件的外边,外包钢加固钢筋混凝土梁一般应采用湿式外包法。即采用环氧树脂化灌浆等方法把型钢与被加固构件黏结成一整体,加固后的构件,由于受拉和受压钢截面面积大幅度提高,因此正截面承载力和截面刚度大幅度提高。(5)绕丝法。该法的优缺点与加大截面法相近,适用于混凝土结构构件斜截面承载力不足的加固,或需对受压构件施加横向约束力的场合。 (6)锚栓锚固法。该法适用于混凝土强度等级为C20-C60的混凝土承重结构的改造、加固,不适用于已严重风化的上述结构及轻质结构。
2、间接加固的方法。(1)增加支承加固法。增设支点加固法是通过减少受弯构件的计算跨度,达到减少作用在被加固构件上的承载效应,提高结构承载水平的目的。该法简单可靠,但易损害建筑物的原貌和使用功能,并可能减小使用空间。(2)预应力水平拉杆加固法。预应力水平拉杆加固的混凝土受弯构件,由于预应力和新增外部荷载的共同作用,拉杆内产生轴向拉力,该力通过杆端锚固偏心地传递到构件上,在构件中产生偏心受压作用,该作用克服了部分外荷载产生的弯矩,减少了外荷载效应,从而提高了构件的抗弯能力。
3、混凝土结构加固改造配套技术。(1)植筋技术。是一项对混凝土结构较简捷、有效的连接与锚固技术,可植入普通钢筋,也可植入螺栓式锚筋,已广泛应用于已有建筑物的加固改造工程。(2)托换技术。就是托梁拆柱,托梁接柱和托梁换柱等技术的概称,属于一种综合性技术。适用于已有建筑物的加固改造。(3)裂缝修补技术。根据混凝土结构裂缝的起因、形状和大小、采用不同封护方法进行修补,使结构因开裂而降低的使用功能和耐久性得以恢复的一种专门技术,适用于已有建筑物中各类裂缝的处理。另外还有碳化混凝土修复技术,混凝土表面处理技术,混凝土表层密封技术等等。
二、建筑工程中的混凝土结构加固设计的目的
建筑工程混凝土结构加固设计中其目的主要是提高结构或构件的强度和刚度、稳定性和耐久性,提高结构的安全度以减少事故的隐患,保证正常的使用要求。科学技术的发展,各种先进的技术、材料、工艺都能使加固方案达到事半功倍的效果,所以一个优秀的加固方案不但要在性价比、性能比上下功夫,还要体现其工艺技术的先进性和科学性。对于混凝土结构,宜提高一级强度等级,并加强构造和连接措施等,以保证原结构与新混凝土协同工作。由于高温、腐蚀、冻融、振动等原因造成的结构损坏,加固时应采取减小、抵御或排除上述不利水因素影响的对策,保证加固后的结构安全可靠,正常使用。结构加固应尽量考虑经济效果,尽可能做到在不停产的条件下加固,尽量不损伤原构件和减少构件的拆除,能够使用的应当保留。加固方案要在满足加固本身的要求上,多考虑使用新技术、新材料、新工艺。
三、混凝土结构加固设计在建筑工程中的应用分析
1、混凝土梁、板加固的设计。(1)增大截面加固法。是指在原受力构件的单侧或双侧浇注一层混凝土来增大原混凝土构件的截面面积,同时加配一定数量的钢筋以达到提高原构件承载能力的方法。增大截面法的加固效果与多种因素有关,加固时的施工工艺以及是否对原结构进行卸荷处理将直接影响到加固工作的成败。(2)增补受拉钢筋法。对于承载力要求增加不大、经验算其截面高度满足要求的梁,只须适当增设受拉主筋即可。后补的钢筋可以直接焊在原梁的钢筋上。增补受拉钢筋法可分为全焊接补筋和半焊接补筋和黏结法三种。(3)黏贴加固法。黏贴加固法是用黏结剂(结构胶)将钢板或其他高强材料(如碳纤维、玻璃纤维)黏在需要加固的部位,以提高构件的抗弯、抗剪承载能力,亦可提高构件的刚度和整体性。该方法始于20世纪60年代,它不仅用于建筑,同时也用于桥梁、公路的加固。
2、混凝土柱的加固设计。应根据柱子外观表现、现场调查结果以及室内的工作结果。判明混凝土柱破坏的原因,从而采取各种不同的加固方法,及时对受损坏的混凝土柱进行加固处理。(1)预应力撑杆加固法。预应力撑杆加固框架柱是种简单又快速的加固方法,能有效地提高轴心受压或偏心受压柱的承载力,预应力撑杆有单侧和双侧两种:单侧撑杆适用于受压筋配筋量不足或混凝土强度过低、弯矩不变号的偏心受压柱加固;双侧撑杆适用于需变号的偏心受压及轴心受压柱加固。(2)置换加固法。置换法是一种针对柱子混凝土部分进行处理而提高承载力的方法,采用这种方法时一般不考虑原钢筋利用率的折减。该方法普遍用于混凝土柱因火灾或其它破坏而导致混凝土强度下降引起柱承载力不足的情况。(3)增大截面法。增大截面法又称外包混凝土加固法,是一种使用最广泛的加固柱子方法,在条件允许的情况下,是一种最可靠的传统加固方法,它可以同时增加原有柱的截面面积和配筋量,能较大幅度的提高原有柱的承载能力和刚度,尤其是原柱加固后更符合规范所倡导的强柱弱梁的设计原则,具有更好的抗震性能。(4)外包钢加固法。所谓外包钢加固,就是在混凝土的四角或两面包以型钢的一种加固方法,它的优点是构件的截面尺寸增加不大,但原柱的载力能力提高较大,这种方法特别适用于构件外形受限制,不宜增加太多的情况。对于方形或矩形柱采用四周包角钢并在横向加缀板的方法,而对于圆柱或其它弧形柱则用扁钢加套箍的方法进行加固。
结束语:
建筑工程施工中混凝土结构加固设计是一个繁琐而技术含量较高的工作,进行工程施工时应根据实际条件选择适宜的加固方法,最大限度地达到使用要求,实现预期的加固效果。
中图分类号: TU198 文献标识码:A
固定总价合同作为建设工程施工承包合同三大计价方式之一,目前在建筑市场上的签订的施工合同中占有很大比例。固定总价是指在施工图范围内的内容合同总价一次包死,固定不变。这类合同中,承包商承担了大部分价格风险和工程量风险,加上此类合同结算简单、易于控制投资,所以成为业主普遍喜爱的一类施工合同。由于目一些发包方或承包方合同意识比较薄弱,未认识到该合同的局限性,在签订固定总价合同中概念混淆,约定不明,同时加上当地建设主管部门的合同备案工作把关不严最终往往导致大量的合同争议和纠纷问题在竣工决算中由审计部门提出疑问后才暴露出来。这些合同纠纷时有发生,而一旦发生纠纷,往往涉及争议数额比较大,双方都将面临着巨大的利益风险。这就要求在固定价合同的签订过程中,工程管理人员要深刻认识此类合同的各个方面,尽可能避免后期合同纠纷的发生。下面以几个常见的误区为例简要分析一下签订固定总价合同时应注意的几个问题:
一、分清固定总价合同的适用范围
固然固定总价有利于发包方规避风险和控制投资,但发包方务必要分析,现有的资源是否适用于固定总价合同?合同工期较短且工程总价较低的工程,可以采用固定总价合同方式。这里的工期短是指大致在一年左右(材料价格涨幅不大的时间段),工程总价较低是指工程量小,是在图纸详细完整,工程量、承包范围明确的情况下。一些跨年的大型工程,需要考虑通货膨胀的风险,合理约定调整因素分清双方的权利和义务是必要的,需要签订可调价合同。而施工图在招标前未审查完成则不能签订固定价合同,因为合同价款无法精确确定,此类情况适合签订费率合同。
二、固定总价并不是总价固定不变不可调价
若在施工中发包方不改变合同约定的施工内容,这种理想情况下自然合同约定的固定价款就是承发包双方最终的结算价款,总价固定不变。而多数情况下,不超概算仅按施工图内容结算的工程比较少见,以下两种情况是常见的固定总价合同价款可调的情形:1、原设计图纸之外的工程量变化,即出现设计变更的情形下工程款总额=合同包干固定总价+增补工程量款,2、双方签订合同时约定了可调范围,比如:国家政策调整时主材的价差调整,还约定了材料价格调整的风险范围,以甘肃本地规定为例:甘建价[2008]302号文件中规定“施工合同采用固定价格的工程,合同中约定了风险范围和风险费用计算方法,以及明确了风险范围以外单价调整方法的工程,按合同约定调整价差。”
三、固定总价合同中风险并不是全由承包方承担,发包方同样承担着风险
据研究表明,发包人在固定价合同中承担着约20%的风险,主要有以下几个方面:1、材料涨落,跌价的风险。在不约定调价范围的情况下如果材料价格涨了,自然承包商要承担涨价损失,而如果材料价格跌了,若事先未约定,则仍按投标时的单价核算那么对发包方来讲是有损失的。以甘肃本地规定为例:甘建价[2008]302号文件中同时规定“合同中未约定风险费用额度以及风险范围意外单价调整的,材料价差由发包人承担。”2、工程量的风险。固定总价合同不一定是最经济的,也会产生超概算的风险,不利于发包方的投资控制。许多工程由于急于开工,招标时的施工图纸设计不够全面,后期设计变更量大,这就导致了招标时施工企业低价中标,竣工决算时高价结算现象的产生。同时多数施工企业投标时采用不平衡报价有一定陷阱,发包商会因为增量的施工内容以当时的较高的单价结算而蒙受损失。还有部分施工企业在投标预算中故意漏项,也会造成此类风险,这一类风险可以通过及时的清标方式及早予以避免。
理解合同的组成部分,分清合同的优先解释权
建设工程施工合同示范本中规定,除专用条款另有约定外,组成本合同的文件及优先解释顺序如下:
1)本合同协议书 2)中标通知书 3)投标书及其附件4)本合同专用条款 5)本合同通用条款6)标准、规范及有关技术文件 7)图纸8)工程量清单9)工程报价单或预算书。合同履行中,发包人承包人有关工程的洽商、变更等书面协议或文件视为本合同的组成部分合同的组成文件是竣工决算中的必备资料,效力与施工合同等同,特别提醒的是会议纪要,甲乙双方签订的材料价差确定文件,补充合同都属于洽商的内容,即合同的组成部分。
理解以上内容可以帮助解释一些合同纠纷常出现的一些疑问,比如以下案例:
在某工程的审计决算过程中审计部门提出疑问:招标文件中的招标方式为“采用固定总价,一次包死”,而施工合同中约定合同计价方式为“采用固定总价合同,约定了材料价差调整的调整因素和风险范围”, 招标文件和施工合同条款有不一致的问题。承包商要求按照合同调整主材价差,审计部门经寻求司法解释后予以批准。原因如下:由于招投标文件不属于合同的组成部分,同时合同的优先解释顺序首先就是本合同协议书,所以应以合同约定为准。而招标文件的条款不完善,未约定风险范围,虽然不符合地方法规的文件规定,但不影响将施工合同中价款调整因素作为补充内容对合同进行完善。
结束语:
建议承包方和发包方双方在签订固定总价合同过程中重视其中的隐藏风险,从自身利益出发完善施工合同条款,充分协商,合理分配合同中的风险、义务和责任,切实避免合同签订出现错误或争议而引起的索赔问题及利益损失。
参考文献:
近年来,在建工程和新完工工程安全事故频频发生,一线施工人员占伤亡人数的大多数,建筑安全形势严峻。故此,建筑工程安全事故应急预案建设显得尤为重要,目前我国已颁布了多项建筑工程安全生产管理的法律法规,明确强调了建筑工程安全事故应急预案的重要性,但在推行过程中遇到各种各样的现实困扰,建筑工程安全事故应急预案建设管理工作不是十分有序。目前,我国建筑施工的安全管理水平和事故应急响应能力与发达国家比还存在相当大的差距,要提高国际竞争力,更应加强建筑工程安全事故应急预案的建设和规范。
二、建筑工程建立重大安全事故应急预案的必要性
建筑工程建立安全事故应急预案是对过去所经历的惨痛事故的应对手段。由于没有事先建立针对重大事故的安全事故应急预案,使得事故发生后,抢险救援不及时,无相应的应对措施和能力,造成严重的人员伤亡、财产损失。因此,建筑工程安全事故应急预案有着相当的必要性。
首先。建筑工程由于工程体量巨大,施工环境恶劣,人员和材料集中,施工工艺和程序繁杂,极易发生安全事故。建筑行业的施工现场处处存在安全隐患,作业工人素质相对偏低,重大危险因素众多,可发生的生产安全事故有高空坠落事故、触电事故、坍塌事故、机械伤害事故、火灾事故、场内车辆交通安全事故、有毒有害物质伤害事故、爆炸事故等。第二,安全是相对的,危险是绝对的。虽然建筑工程有相应的技术规范、操作规程和安全施工措施,可以预防事故发生,降低风险,但还达不到绝对的安全。第三,建立有效的安全事故应急预案可以大幅度降低事故的损失。有资料表明,建立有效地安全事故应急预案的事故损失只有未建立安全事故应急预案的事故损失的六分之一左右。第四,由于建筑工程自身具有的生产安全特点,决定了建筑工程的安全状况必将成为各级政府密切关注的对象。第五,国家安全生产法等法律法规明确规定,各级政府行政首长、企业法人应组织有关部门、有关人员对所辖区域内的危险源进行辨识、登记、建档,制定重大安全事故应急预案。建立建筑工程
重大安全事故应急预案是各级政府、企业负责人履行法律责任的重要体现。因此,加强对建筑工程重大安全事故应急预案的研究十分必要。
三、建筑工程安全事故应急预案建设中存在的问题及分析
经过多年努力,我国已经初步建立了“国家、省(市)、县(市)及企业”四级安全事故应急预案体系。但是,由于这项工作起步较晚,专业人才缺乏等各种原因,当前我国建筑工程的安全事故应急预案建设还存在不少问题,突出表现在如下几个方面:
第一,各个建筑工程安全事故应急预案缺乏整体性和统一性,内容、结构不一,同一级的安全事故应急预案之间也缺乏沟通,预案与预案之间的逻辑接口与相互支持性比较差。暴露出有关部门在建筑工程安全事故应急预案建设方面缺乏指导、协调、监督,这不仅增加了今后主管部门统一建筑工程安全事故应急预案的难度,而且各个企业和工程项目安全事故应急预案之间由于缺乏交流、沟通,各个建筑工程应急预案自成体系,造成有限的应急资源的浪费。例如据我们调查,在某建筑工程有多家施工企业,大部分企业都编制了安全事故应急预案,但是,没有一家企业在编写安全事故应急预案的时候,考虑需要借鉴相邻企业的预案,相互整合应急资源。当地的安监部门也没有给企业提出这样的要求。
第二,建筑工程安全事故应急预案与当地政府编制的区域安全事故应急预案之间不衔接,各级安全事故应急预案之间的逻辑整体性、相互支持性还有待于完善。建筑工程在编制安全事故应急预案时不注重和当地政府部门沟通,不去了解政府对建筑工程编制安全事故应急预案有什么要求?政府在编制区域安全事故应急预案时,不具体了解所辖区域企业重大危险源及针对重大危险源所编制的安全事故应急预案的情况。因此,政府有关部门所编制的区域事故应急预案就很难整合各地区、各企业的应急资源与力量,造成应急预案脱节,应急资源与力量就难免重复建设。更重要的是,政府与企业之间很难在应急工作上协调一致,一旦发生重大事故,影响救援效果。
第三,一方面建设工程各方责任主体本身的安全意识不够强,普遍出现“重质量、轻安全”的现象,以至于安全措施资金不足,应急救援体制不健全:另一方面,施工企业会认为对安全的投入是一种资金的浪费,是对企业效益的牺牲,存在盲目的侥幸心理,安全事故应急救援机构虚设、救援设施装备不到位,应急预案不切实际。在各个层级建筑工程安全事故应急预案的维护上,均表现出“重编制、轻培训与演练”,存在纸上谈兵之势。
第四,对于在市场经济条件下发展的建筑业,由于众多的施工企业各自在独立的区域内进行生产,使得政府在如何管理众多建筑工程安全事故应急预案这件事上办法还不多。
四、建筑工程安全事故应急预案建设对策与建议
针对我国建筑工程安全事故应急预案建设中存在上述问题,按照“以人为本,常备不懈”的原则,提出如下对策与建议:第一,国家要强化建筑工程安全事故应急预案的管理,提高安全事故应急预案统一性、整体性及应急效率。建议按照“政府为中心,企业分中心”的模式建设,即一级政府部门建立一个综合性应急响应中心,全面负责整个区域内的应急管理工作。同时,企业设立分中心,政府安全事故应急预案与企业安全事故应急预案高度统一,依法管理,分级控制,条块结合,系统联动。第二,建议政府在编制区域安全事故应急预
案时将所在区域内的建筑工程、重点企业的安全事故应急预案相关内容纳入其中。为此,政府一方面要尽快出台建筑工程安全事故应急预案的编制规范标准;另一方面政府要组织相关研究机构加强安全事故应急预案编制技术研究,如在编制安全事故应急预案时如何参考同级、上级安全事故应急预案的内容等。第三,建议政府主管职能部门应建立统计备案制度,充分利用和发挥现有资源,对已有的各类应急救援机构、人员、设备、物资、信息、工作方式进行整合,保证对事故的有效控制和快速处置,一旦发生事故,确保发现、救援、报告、指挥、处置,调查等环节紧密衔接、快速反应,协同应对。第四,建议政府主管部门委托有关研究机构加强建筑工程安全事故应急预案技术的研究工作,按照事先预防与应急救援(响应)相结合的原则研究如下问题:
1、如何解决各级建筑工程安全事故应急预案之间的接口问题,使不同级别安全事故应急预案之间高度关联、高度统一;
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