打抱箍是什么意思(浅谈既有建筑鉴定与改造加固（十五）)

Posted 2023-05-27

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打抱箍是什么意思(浅谈既有建筑鉴定与改造加固（十五）)

浅谈既有建筑鉴定与改造加固（十五）

砌体结构和钢结构加固设计

王锁军

奥福科技有限公司

（原北京蓝图工程设计有限公司）

一

砌体结构加固

先谈砌体结构基本加固，暂时不涉及其抗震加固。

砌体结构最常见的和最有效的加固方法是新增钢筋混凝土截面（砖柱或砖墙）、钢筋网细石混凝土面层、钢绞线聚合物改性水泥砂浆面层或钢丝网普通水泥砂浆面层法（砖墙）。

90年到初，我做了很多砖与混凝土组合截面的新建民用和工业建筑组合砖砌体设计。那时建筑层数还不高，这样做是为了节约造价，《砌体结构设计规范》有组合砖砌体一节专门规定。

我们知道砖砌体抵抗弯矩的能力很差，而这是钢筋混凝土的强项，所以当砖砌体承受偏心荷载时，采用组合砖砌体是很好的选择。

对于新建砖混结构这种理念是八九十年代短缺经济时代的产物，但对于当今的砌体结构加固来说，组合砌体却还是非常好的加固方法。

对于轴心受压的组合砖砌体，考虑钢筋混凝土和砖砌体承载力之和再乘以一个稳定系数即可。

但对于偏心受压组合柱，受力计算就复杂得多了。我们知道钢筋混凝土偏心受压柱什么大偏心小偏心的计算极其复杂，组合砖砌体偏心受压要分别考虑混凝土和砖的受压区高度，计算界限受压高度等，其复杂程度更是上了一个台阶，大家自己脑补一下，我就不谈这些复杂得公式了，实际工作中很少用，即使采用组合截面进行加固砖混结构，也应该不考虑砖砌体的受压区作用仅按混凝土受压考虑，规范给出的组合计算方法只是短缺经济时代的理论而已，新建结构这种组合砌体设计应该已经淘汰了。

即使在八九十年代我们采用组合砖砌体设计时，也基本采用粗略的估算和构造，在老工程师的传帮带下凭经验完成的。

砖混结构的增加混凝土法虽然难以算清，但是是非常有效的加固方法。尤其作为一个结构整体加固更是如此，比如唐山地震后很多砖混建筑采用外套钢筋混凝土构造柱和圈梁的方法。最近很多城市老旧砖混住宅的加固，大量采用了在建筑外部增设混凝土通长的混凝土框架阳台结构，即增加了建筑面积又能增加了一个钢筋混凝土的外套框架。我们很难建立这样的砖混和混凝土框架结合的模型，即使建立了，其计算结构也只能是参考，还是按粗略计算、构造和整体结构的角度来进行设计。这样的做法是结构抗震加固的重点，到抗震加固时，我们再细谈。

增加断面的方法分新增钢筋混凝土截面（用于砖柱或砖墙）、钢筋网细石混凝土面层、钢绞线聚合物改性水泥砂浆面层或钢丝网普通水泥砂浆面层法（主要用于砖墙）法，原理都差不多，只是具体构造和施工工艺要求不同。很多喷射混凝土或砂浆面层的方法，非常方便。钢绞线网面层加固法，施工时应该张紧，这不属于通常的予应力，只是把松弛弯曲的绳网拉平直。

很容易理解，增加断面或面层也可以大幅度的提高柱和墙的抗剪能力，尤其大幅度提高砖混墙体抗震能力和刚度，故砖混砌体增大断面和墙体面层加固法是砖混结构的最常用的方法。

外包型刚和撑杆加固法仅仅用在加固独立的砖柱。这两种加固法和我们已经谈过的混凝土柱加固原理类似。规范虽然列出了这种加固方法，但是实际工程中很少遇到，偶尔可能在早期砖柱厂房、仓库中可能采用，但是钢与砖砌体的材料性能差的太多了，很难让他们协调作用，所以最好还是采用增加混凝土断面法加固。

规范还给出了增设砖壁柱的加固方法，其实这种方法也只是存在于规范的条款中，一是如何保证新旧砌体的共同作用（规范作了抱箍固定，太麻烦了），二是现在钢筋混凝土价廉物美，其与砖砌体的共同作用好多了，既然都是加大断面何必采用这种效果很差的加固方法呢。

粘贴碳纤维复合材加固法。显然这种方法只能提高砖墙抗震时的抗剪能力。

单纯从公式看，碳纤维提高其抗剪能力的效果非常明显，即使

（0.4~1.0，见规范表格）进行了折减。但是这两种材料的抗拉强度及弹性模量差的太多了，能否共同作用及碳纤维与砖墙粘接的牢固性让结构工程师怀疑。实际一般的砖混结构的加固，遇到仅仅砖墙抗剪不足的时候很少，往往都是其抗压、构件高厚比、结构整体抗震、墙体的抗剪等综合问题，所以这种仅仅加固砌体的抗剪的加固方法并不常用。

二

钢结构加固

以下主要以《钢结构加固设计标准GB51367》为脉络进行讲述。从宏观上看，如果抛开钢结构稳定问题的复杂计算问题，单纯从加固上看，钢结构加固相对于混凝土和砖混等结构是比较容易的。

首先，我们可以比较方便的改变结构受力体系，比如增加支撑、增加柱、增加支点、斜柱、斜撑、抗推桁架等等，这种加固设计本和新建钢结构原理差不多，只是改变原结构的受力体系需要考虑新旧结构受力关系、新增构件在二次受力时，能否发挥作用、原荷载和二次加载、施工阶段的稳定和强度验算等。

如果不改变整体结构体系，仅对钢结构构件层面进行加固，加固方法也比较容易实现。当柱、梁、桁架、受拉杆等构件断面强度和构件整体稳定性不足时，我们有很多种办法增加其断面板材尺寸（焊接、螺栓连接、粘接等），见下图：

节点强度不够时，同样我们可以采用加大节点板材厚度、加掖、增设牛腿、加焊、增加高强螺栓等方法。

当然如果你对钢结构设计本身就不熟悉，自然就不能进行钢结构加固了，如果很熟悉的话，似乎按普通的钢结构设计就可以了。如此看，钢结构的加固似乎就没什么可说的了，但是钢结构加固有其特殊的地方。

钢结构加固时，如果能够做到完全卸除外部荷载，则钢结构加固和新建结构几乎相同，只是注意：

A、原构件缺陷和损伤已得到有校补强。

B、原构件钢材强度设计值应根据可靠性鉴定给出的强度数值。

C、当采用焊接方法加固时，新老构件的可焊性已得到确认。

大部分钢结构加固是在负荷状态下进行的，此时进行加固设计和新建钢结构设计有很大的不同，有必要详细说下：

1、

先需要计算原结构在加固时荷载作用下的名义应力

公式中的

是考虑稳定对弯矩的增大系数，见6.1.8。令人不解的是，为什么这里的轴力应力项不考虑稳定系数。建议大家在实际工作中也应该考虑进去。

2、有了

，再根据结构使用条件按《钢加标准》确定原钢结构的类别：

若名义应力不符合表中要求时，不得采用焊接结构。什么意思呢？是说如果原结构种得负荷过大，焊接的时候，因为钢材局部高温丧失了强度，高应力会给结构带来无法承受的变形和局部应力。

即使符合表中规定，对于ⅠⅡ类结构也要对其焊接的不利影响进行评估后，才可采用焊接加固方法。

采用螺栓或铆接的加固方法，名义应力可以放大到0.85倍的钢材设计强度。

显然，对于一般的钢结构，如表中的Ⅲ Ⅳ类结构，采用焊接是简便的方法，即使其名义应力大于表格规定，也应该首先采用部分卸除荷载或支撑的方法，保证名义应力符合表格规定，而不是采用螺栓，更不可能采用铆接，铆接早已被淘汰了。

受弯构件的加固设计

受弯构件强度计算公式和普通构件相同，只是钢材的强度设计值需要乘以一个折减系数

对于受弯构件的整体稳定的验算，公式也按《钢标》，只是新旧钢材的综合的强度应该按规范要求折算为

。当新增钢材不大于旧钢材的1.15倍时，可以按旧钢材的强度指标，当大于1.15倍时，应该按新旧钢材面积、强度指标和惯性矩进行折算。

对挠度控制有要求的受弯构件，总挠度应包括初始挠度、因焊接造成的挠度和加固后的挠度增量。计算方法按《钢结构加固设计标准》6.2.6、6.2.7。

其它轴心受压构件、拉弯、压弯构件加固的强度计算公式和刚才讲的受弯构件的思路一致。计算公式和《钢标》相同，只是强度计算乘以折减系数

、

。稳定计算采用新旧钢才的强度综合值

和折减强度

。

加大断面钢结构加固法，构造要求如下：

《钢结构加固设计标准》给出了粘贴钢板增大断面法。显然只能对板材件进行粘钢板加固，大大限制了加固能力，加固能力的提高有限，规范要求不能超过30%。

钢材本来很方便焊接，而粘钢法用费力却效果不好的方法加固，所以这不是通常的加固方法，其加固原理也不复杂，和上述讲的类似，只是具体的折减参数和构造上有所区别，很容易理解，本文不再赘述。

外包钢筋混凝土加固法。一般应用于钢柱的加固，这样加固柱就变成了钢骨柱，钢骨柱的计算是非常复杂的，加固得钢骨柱计算更复杂。实话说我没有能力解释《钢结构加固设计标准》钢骨柱计算公式得原理。实际上，我们在选择加固方法的时候，一定考虑整体结构形式。对于大部分纯钢结构来说，加固变成一个刚度发生巨变的局部钢骨构件，往往会使结构整体结构体系的刚度发生突变，除非对于那种如排架一样的静定结构，一般都不是一个很好的选择，也很少有加固计算软件支持工程师采用这种方法。对于不考虑结构整体，加固单个钢柱承载力和稳定性的，采用这种钢骨柱倒是一种选择。钢管填充混凝土和这个类似，不再详述。

钢结构予应力加固法是比较先进也比较复杂的加固方法。《《钢结构加固标准》把这种方法归入了间接加固法。予应力加固方法需要设计师对结构在予应力作用下的受力状态非常清楚，才能按有关规范进行设计。虽然《钢加标》给出了一些计算公式，但没有相对应的结构受力模型，公式意义模糊不清，很多其实不能应用，还是应该采用基本的结构概念进行设计。

在设计时，要考虑不同予应力筋的予应力的限值、予应力损失、构造要求等，《钢加标》有相应规定。

我们用几种加固形式来说明予应力加固原理：

1、对受弯构件或桁架的予应力下撑杆加固：

这和混凝土梁体外予应力加固方法类似，但是要注意予应力施加对梁得整体稳定及桁架原受拉杆件施工过程中或使用荷载还未施加时杆件的受压稳定问题。

2、轴心受拉构件予应力加固，看下规范给的这个予应力索断面公式：

公式并没有考虑上述第1条谈到施工过程或设计荷载还未施加时可能存在得杆件受予加压力的稳定问题，假如受拉杆件施工时设计受拉应力还很小，此时施加的预压力，可能已经使杆件失稳了了。所以这个公式应该修正如下：

其中的

为施工过程中受拉杆件承受的荷载。

不但如此，还要注意，不能在后期使用过程中出现卸载（比如装修改造）而使受拉构件变成了因予应力存在而造成的受压杆件的受压失稳问题。这点规范并没有提，但是一旦出现问题，你也不能说规范错了，所以作钢结构加固设计，需要结构工程师有清晰的力学概念，包括施工和后续使用过程中受力状态。这和混凝土的予应力情况不同，因为混凝土体外予应力不不会造成稳定问题。

注意很多公式中的予应力和荷载产生的应力是否同号，不要搞错了。