結構檢測與加固緒論

1、結構檢測及加固(土木工程結構檢測及加固)土木建筑學院 主講：高峰電話課程主要內容1、緒論2、混凝土結構的檢測3、砌體結構的檢測4、結構的可靠性鑒定與評估5、鋼筋混凝土結構的加固6、砌體結構的加固7、建筑物抗震鑒定與加固8、建筑結構加固新技術9、實驗(4學時)1緒論本 章 提 要(1) 建筑結構檢測、鑒定與加固的必要性、普遍性(2) 建筑結構加固與改造的工作程序和基本原則(3) 學習方法1.1建筑結構檢測、鑒定與加固的必要性、原因及發(fā)展概況建筑結構的檢測、鑒定與加固是當代建筑結構領域的熱門技術之一，它包含了結構檢測、結構鑒定、結構加固三個方面的知識和技能。建筑結構的檢測

2、、鑒定與加固涉及到的知識結構很廣泛，它涉及結構的力學性能的檢測、耐久性的檢測；涉及結構及構件正常使用性鑒定和安全性鑒定；涉及到各種結構的加固理論和加固技術。檢測鑒定的目的改變用途；增加荷載；結構改造；超期服役；環(huán)境影響；局部破壞；質量缺陷；工程事故；災后性能等。鑒定！計算分析現(xiàn)場檢測結構可靠性的要求 建筑業(yè)發(fā)展劃分國際加固的發(fā)展國內加固的發(fā)展1.1.1建筑結構檢測、加固的必要性第一新建時期第二新建與維修改造時期第三改造維修加固時期1.1.1.1 建筑物存在的問題我國擁有46億平方米的城鎮(zhèn)建筑物，這是我國改善人民生活和發(fā)展人民生活的物質基礎，也是建筑界廣大基建和維修改造隊伍辛勤勞動的豐碩成果。但

3、是，從我國人民生活需要和發(fā)展生產的需要出發(fā)，目前還存在不少問題:第一，危險建筑多。據1990年末統(tǒng)計，在我國二百多個設市的城市中，還有危險住房約3000萬m 2，占住宅總面積的0.7，其中上海市就有54萬m2，重慶市有9萬m 2，北京市有200萬m2。工業(yè)建筑中，危房約為1300萬m2占工業(yè)建筑的3%。據冶金工業(yè)部1983年對重點鋼鐵企業(yè)調查,其中危險建筑物為30-45萬m 2。第二，倒塌事故多?；仡欉^去，曾有過三次倒塌事故較多時期。第一次是在l 958年“大躍進”時期第二次是十年動亂時期，第三次是80年代初期。表1-1所示了僅收集列的220起具有一定代表性的倒塌事故的部位和性質。倒塌事故中，

4、有一部分是大型工業(yè)廠房，鋼鐵工業(yè)建筑倒塌的實例也不少，據不完全統(tǒng)計l 960-1981年就有34起。其中由灰荷載引起的11起，占鋼鐵企業(yè)工業(yè)建筑發(fā)生總數(shù)的3256冰、雪、灰超載引起的2起，占6；改造不當引起的3起，占9；地震破壞8起，占33；設計施工錯誤4起，16；火災或其他災害引起的3起，9；結構老化變形、材質惡化3起，占9。 1.1.1.2 建筑物的設計設計是保證建筑物質量的首要防線，設計一旦出了問題，要想徹底補救是非常困難的，由此造成的經濟損失也是比較大的。除由于個別設計人員的工作失誤外，我國在建筑結構設計方面還存在著過分注重工程造價，因而造成結構的耐久性能差、結構抗災害能力低等問題。(

5、1)建筑物的安全度。我國的各種結構設計規(guī)范都有結構或構件的抗力大于或等于作用效應的規(guī)定(RS)。為了節(jié)省材料，設計者往往取只略大于S，甚至及等于S。這樣做無疑可使當時的結構造價略有下降，取得了一定的經濟效益，但是隨著設計規(guī)范的改進，這些當時比較經濟的結構，用現(xiàn)在的規(guī)范去校核其安全度一般都不能滿足要求。我國有一大批舊的建筑物均屬于這種類型。從另一個角度看，這些比較經濟的建筑物是不能出絲毫差錯的，一旦出現(xiàn)小的差錯，其抗力就不能滿足當時設計規(guī)范的要求，就必須采取加固措施。這些所謂經濟的設計實際上也是不經濟的。1.1.1.2 建筑物的設計(2)建筑物的耐久性。 過去一段時間的設計是不大重視結構的耐久性

6、能的，結構構件的設計足以抗力為主并考慮穩(wěn)定等性能。因此構件的尺寸小，混凝土強度低，抗腐蝕和抗侵蝕的能力極低，加上施工偏差、使用管理不當?shù)纫蛩氐挠绊?，這些構件破損的速度極快，使用壽命較短，混凝土設計強度偏低是我國鋼筋混凝土結構設計中普溫存在的問題。1.1.1.2 建筑物的設計(3)結構的抗災防害。由于在結構設計上的“斤斤計較”，設計理論不夠完善，舊建筑物的抗災能力極差。l 976年唐山地震說明了這個問題。近20多年來，國家每年都要進行舊建筑物的抗震加固，盡管如此，目前還是有大批的舊建筑物達不到抗震要求且未進行抗震加固。除地震災害外，沿海地區(qū)的風災，以及偶然的爆炸、失火等問題均對建筑物構成危害，抗

7、力不足的建筑物遇到這詳?shù)臑暮?，往往會出現(xiàn)局部甚至整個建筑物倒塌的事故。另外，結構設計中經常忽視對構件的設防，如對鄰近高溫，有水或蒸汽侵害和有化學物質腐蝕危害的構件的設防，特別是對混凝土結構的構件防護就更差。設計中沒有考慮結構檢查、維護的方便，也給舊建筑物的檢測帶來一定的困難。1.1.1.3 建筑物的使用和管理使用和管理對房屋的壽命和突發(fā)事故有很大的影響：合理使用，管理得當，房屋的壽命就長，事故的隱患就可以得到及時的治理，事故的發(fā)生率可大大下降；相反，使用不合理，管理不當，即使是高質量的建筑物，其壽命也會縮短，而那些存有各種隱患的建筑物則有可能發(fā)生事故。如某單位食堂懸索結構屋頂塌落事故就是一個典

8、型的例子。該工程系1960年由某設計院設計的探索新結構形式的試點工程。食堂呈圓形結構，直徑l 75m，中部為直徑3m的型鋼內環(huán)，由90根直徑為75mm鋼絞索將內外環(huán)聯(lián)接，索上鋪板，其剖面見圖1l。 該建筑物使用20年后突然發(fā)生屋面塌落事故。事故發(fā)生前，未見該建筑物有異?，F(xiàn)象，僅在事故發(fā)生前一兩天偶爾見到屋頂有少量灰屑落下。據查，該建筑物的懸索鋼絞索及錨頭均沒有設防由于屋面漏雨，鋼絞索和錨頭發(fā)生嚴重銹蝕，使用單位也未進行檢查，其中9根鋼絞索在嚴重銹蝕后突然脆斷，其它鋼絞索也相繼被拉斷，發(fā)生屋面塌落事故。1.1.2建筑結構檢測、鑒定與加固的原因1、由于錯誤的設計、低劣的施工、不適當?shù)氖褂玫仍蚴菇?/p>

9、筑物不能滿足正常的使用，甚至瀕臨破壞;某12000m2大型工業(yè)廠房，主體結構為三連跨雙坡輕型門式剛架，平面尺寸為63m192m，柱距8m，檐高9m，屋脊高度11.52m，兩端山墻抗風柱間距7m，設有3噸吊車，廠房圍護體系采用聚苯乙烯夾芯保溫彩色鋼板。 車間內設有一條噴涂生產線，電焊火花引燃了生產線上的玻璃鋼瓦片，造成大火，火災持續(xù)時間約20分鐘。2、在惡劣環(huán)境下長期使用，使材料的性能惡化;3、結構使用要求的變化;隨著科學技術的不斷發(fā)展，我國的工業(yè)在大規(guī)模地進行結構調整和技術改造，生產工藝的變化，涉及到要提高建筑結構的功能。例如已有30t的吊車可能要改成100t的吊車，廠房的局部可能要增層，原有

10、設備可能要更換，相應對設備的基礎提出了新的更高的要求等。這些都必須經過結構的檢測、鑒定與加固才能保證安全使用。4、節(jié)約社會資源。檢測鑒定的原因實例之一：陜西北路186號房屋質量檢測（1926）目的：改變用途，由花園別墅改為Star TV 的辦公樓檢測鑒定的原因實例之二：美國駐上?？傤I事館（20年代）目的：增加荷載，在屋頂上增加設備檢測鑒定的原因實例之三：同濟大學附屬醫(yī)院綜合樓（1990）目的：房屋加層檢測鑒定的原因實例之四：大世界房屋的質量檢測（1927）目的：房屋超期服役檢測鑒定的原因實例之五：常州新區(qū)富都北區(qū)11安置房房屋質量檢測（2001）目的：房屋嚴重開裂1.1.3建筑結構加固技術的發(fā)

11、展概況加大截面體外預應力結構膠粘 鋼 加 固 技 術碳 纖 維 加 固 技 術化 學 植 筋 技 術裂 縫 修 補 技 術粘 鋼 加 固 技 術 該項技術是采用高分子聚合物（結構膠）將鋼板與混凝土結構中的梁、板、柱部位牢固粘結形成一體，提高結構物各項承載力、增強抗剪、抗震和穩(wěn)定性，滿足結構物的受力狀態(tài)。 相關技術標準：混凝土結構加固技術規(guī)范 柱、梁、板粘結鋼加固碳 纖 維 加 固 技 術 該項技術施工簡便快速，采用合成樹脂將碳纖維片材牢固粘于混凝土結構物表面，形成復合整體結構，大幅度的提高梁、板、柱的承載能力，滿足結構物的各項使用要求。碳纖維片材具有體積小質量輕、抗拉強度高、耐腐蝕抗疲勞等物理

12、特性及易剪裁易隱蔽等空間裝飾優(yōu)勢。 相關技術標準：碳纖維片材加固混凝土結構技術規(guī)范化 學 植 筋 技 術 該項技術大量應用于建筑結構增層加高、增添梁、板、柱時混凝土配筋植筋情況中，適用各種標號混凝土。（植入深度為1520d）。裂 縫 修 補 技 術 裂縫是混凝土結構物承載力、耐久性及防水性降低的主要原因。采用自動壓力灌漿技術對裂縫灌注合成樹脂膠可起到對混凝土補強修復的作用。對于超深裂縫和復雜結構裂縫采用高壓灌漿方法處理。 1.2建筑結構加固與改造的工作程序和基本原則1.2.1建筑結構加固與改造的工作程序（1） 建筑結構檢測（2） 建筑結構的可靠性鑒定（3） 加固（改造）方案選擇（4） 加固（改

13、造）設計（5） 施工組織設計（6） 施工及驗收（1） 建筑結構檢測對已有建筑結構進行檢測是加固改造工作的第一步，其檢測的內容包括：結構形式，截面尺寸，受力狀況，計算簡圖，材料強度，外觀情況，裂縫位置和寬度，撓度大小，縱筋、箍筋的配置和構造以及鋼筋銹蝕，混凝土碳化深度，地基沉降和墻面開裂等情況。以上建筑結構的檢測，是結構可靠性鑒定的基礎，其內容很豐富，將在本書的第2章和第3章詳細論述。（2） 建筑結構的可靠性鑒定在完成了對建筑結構的檢測以后，根據檢測的一系列數(shù)據，并以我國已頒布的幾個房屋可靠性鑒定標準為依據，就可以對已有建筑結構的可靠性進行鑒定。當前我國已頒布的有關房屋鑒定的標準有：工業(yè)廠房可靠

14、性鑒定標準（GBJ 14490）、危險房屋鑒定標準（JGJ 12599）、民用建筑可靠性鑒定標準（GB 502921999）、建筑抗震鑒定標準（GB 5002395）等。檢測與評定工作的程序和內容現(xiàn)場檢測、室內試驗數(shù)據處理、結構分析、可靠性評定補充檢測或室內試驗接受委托現(xiàn)場調查確定檢測方案確定檢測人員、儀器及設備檢測評定結論、建議或解決方案前期準備檢測與評定工作的程序和內容現(xiàn)場檢測、室內試驗數(shù)據處理、結構分析、可靠性評定補充檢測或室內試驗接受委托現(xiàn)場調查確定檢測方案確定檢測人員、儀器及設備檢測評定結論、建議或解決方案前期準備前期準備工作包括了解檢測對象、明確檢測目的、成立檢測組織。 檢測與評定

15、工作的程序和內容現(xiàn)場檢測、室內試驗數(shù)據處理、結構分析、可靠性評定補充檢測或室內試驗接受委托現(xiàn)場調查確定檢測方案確定檢測人員、儀器及設備檢測評定結論、建議或解決方案前期準備收集圖紙資料 了解建筑物使用、損壞及修繕歷史3) 調查現(xiàn)場基本情況檢測與評定工作的程序和內容現(xiàn)場檢測、室內試驗數(shù)據處理、結構分析、可靠性評定補充檢測或室內試驗接受委托現(xiàn)場調查確定檢測方案確定檢測人員、儀器及設備檢測評定結論、建議或解決方案前期準備按委托方的要求和現(xiàn)場調查情況，制定可行的檢測方案。對優(yōu)秀歷史建筑或特別重要的建筑應由主管部門組織專家對檢測方案進行技術評審。檢測與評定工作的程序和內容現(xiàn)場檢測、室內試驗數(shù)據處理、結構分

16、析、可靠性評定補充檢測或室內試驗接受委托現(xiàn)場調查確定檢測方案確定檢測人員、儀器及設備檢測評定結論、建議或解決方案前期準備計算模型選取荷載（作用）計算結構反應分析檢測與評定工作的程序和內容現(xiàn)場檢測、室內試驗數(shù)據處理、結構分析、可靠性評定補充檢測或室內試驗接受委托現(xiàn)場調查確定檢測方案確定檢測人員、儀器及設備檢測評定結論、建議或解決方案前期準備安全性評定正常使用性評定耐久性評定檢測與評定工作的程序和內容現(xiàn)場檢測、室內試驗數(shù)據處理、結構分析、可靠性評定補充檢測或室內試驗接受委托現(xiàn)場調查確定檢測方案確定檢測人員、儀器及設備檢測評定結論、建議或解決方案前期準備缺陷或損傷原因結構的可靠程度 檢測與評定工作的

17、程序和內容現(xiàn)場檢測、室內試驗數(shù)據處理、結構分析、可靠性評定補充檢測或室內試驗接受委托現(xiàn)場調查確定檢測方案確定檢測人員、儀器及設備檢測評定結論、建議或解決方案前期準備使用維護建議加固、修復、改造措施或方法 （3） 加固（改造）方案選擇建筑結構的加固方案的選擇十分重要。加固方案的優(yōu)劣，不僅影響資金的投入，更重要的是影響加固的效果和質量。譬如，對于裂縫過大而承載力已夠的構件，若用增加縱筋的加固方法是不可取的。因為增加縱筋，對于減少已有裂縫效果甚微。有效的辦法是采用外加預應力筋法，或外加預應力支撐，或改變受力體系。又如，當結構構件的承載力足夠，但剛度不足時，宜優(yōu)先選用增設支點或增大梁板結構構件截面尺寸

18、，以提高其剛度。再如，對于承載力不足而實際配筋已達超筋的結構構件，繼續(xù)在受拉區(qū)增配鋼筋是起不到加固作用的。合理的加固方案應該達到下列要求：加固效果好，對使用功能影響小，技術可靠，施工簡便，經濟合理，不影響外觀。（4） 加固（改造）設計建筑結構加固（改造）設計，包括被加固構件的承載能力計算、正常使用狀態(tài)驗算、構造處理和繪制施工圖三大部分。在上述三部分工作中，這里須強調的是：在承載力計算中，應特別注意新加部分與原結構構件的協(xié)同工作。一般來說，新加部分的應力滯后于原結構；加固（改造）結構的構造處理不僅應滿足新加構件自身的構造要求，還應考慮其與原結構構件的連接。（5） 施工組織設計 施工現(xiàn)場狹窄、場地

19、擁擠； 受生產設備、管道和原有結構、構件的制約； 須在不停產或盡量少停產的條件下進行加固施工； 施工時，拆除和清理的工作量較大，施工需分段、分期進行。 為保證加固的施工過程的安全所采取的臨時加固措施。（6） 施工及驗收 加固工程的施工施工前期，在拆除原有廢舊構件或清理原有構件時，應特別注意觀察是否有與原檢測情況不相符合的地方。工程技術人員應親臨現(xiàn)場，隨時觀察有無意外情況出現(xiàn)。如有意外，應立即停止施工，并采取妥善的處理措施。在補加加固件時，應注意新舊構件結合部位的粘結或連接質量。建筑物的加固施工應充分做好各項準備工作，做到速戰(zhàn)速決，以減少因施工給用戶帶來的不便和避免發(fā)生意外。 加固工程驗收加固工

20、程竣工后，應由使用單位或其主管部門組織專業(yè)技術人員進行驗收。1.2.2建筑結構加固（改造）的基本原則建筑結構的加固（改造）應遵守下述原則：（1） 結構體系總體效應原則（2） 先鑒定后加固的原則（3） 材料的選用和取值原則（4） 加固方案的優(yōu)化原則（5） 盡量利用的原則（6） 與抗震設防結合的原則（1） 結構體系總體效應原則盡管加固只需針對危險構件進行，但同時要考慮加固后對整體結構體系的影響，例如，對房屋的某一層柱子或墻體的加固，有時會改變整個結構的動力特性，從而產生薄弱層，對抗震帶來很不利的影響。再如，對樓面或屋面進行改造或維修，會使墻體、柱及地基基礎等相關結構承受的荷載增加。因此，在制定加固

21、方案時，應對建筑物總體考慮，不能簡單采用“頭痛醫(yī)頭，腳痛醫(yī)腳”的辦法。（2） 先鑒定后加固的原則結構加固方案確定前，必須對已有結構進行檢查和可靠性鑒定分析，全面了解已有結構的材料性能、結構構造和結構體系以及結構缺陷和損傷等結構信息，分析結構的受力現(xiàn)狀和持力水平，為加固方案的確定奠定基礎。因此，必須先鑒定后加固，避免在加固工程中留下隱患甚至發(fā)生工程事故。（3） 材料的選用和取值原則 加固設計時，原結構的材料強度按如下規(guī)定取用：如原結構材料種類和性能與原設計一致，按原設計（或規(guī)范）值取用；當原結構無材料強度資料時，可通過實測評定材料強度等級，再按現(xiàn)行規(guī)范取值。 加固材料的要求：加固用鋼材一般選用級

22、鋼；加固用水泥宜選取普通硅酸鹽水泥，標號不應低于425#；加固用混凝土的強度等級，應比原結構的混凝土強度等級提高一級，且加固上部結構構件的混凝土不應低于C20級；加固混凝土中不宜摻入粉煤灰、火山灰和高爐礦渣等混合材料；粘結材料及化學灌漿材料的粘結強度，應高于被粘結構混凝土的抗拉強度和抗剪強度。（4） 加固方案的優(yōu)化原則一般來說，加固方案不是惟一的.例如當構件承載能力不足時，可以采用增大截面法、增設支點法、體外配筋法等。究竟選用哪種方法，則應根據優(yōu)化的原則來確定，優(yōu)化的因素主要有：結構加固方案應技術可靠、經濟合理、方便施工。結構加固方案的選擇應充分考慮已有結構實際現(xiàn)狀和加固后結構的受力特點，對結

23、構整體進行分析，保證加固后結構體系傳力線路明確，結構可靠。應采取措施保證新舊結構或材料的可靠連接。另外，應盡量考慮綜合經濟指標，考慮加固施工的具體特點和加固施工的技術水平，在加固方法的設計和施工組織上采取有效措施，減少對使用環(huán)境和相鄰建筑結構的影響，縮短施工周期。（5） 盡量利用的原則被加固的原建筑結構，通常仍具有一定的承載能力，在加固時應減少對原有建筑結構的損傷，盡量利用原有結構的承載能力；在確定加固方案時，應盡量減少對原有結構或構件的拆除和損傷。對已有結構或構件，在經結構檢測和可靠性鑒定分析后，對其結構組成和承載能力等有了全面了解的基礎上，應盡量保留并利用。大量拆除原有結構構件，對保留的原有結構部分可能會帶來較嚴重的損傷，新舊構件的連接難度較大，這樣既不經濟，還有可能對加固后的結構留下隱患。（6） 與抗震設防結合的原則我國是一個多地震的國家，6度以上地震區(qū)幾乎遍及全國各地。1976年以前建造的建筑物，大多沒有考慮抗震設防，1989年以前的抗震規(guī)范也只是7度以上地震區(qū)才