36设计知识体系大全_设计知识_2026-08-09_工程施工_建筑结构改造与加固.pdf

⼯程施⼯	—	建筑结构改造与加固
⼀、理论基础与⽅法论
1.1	结构改造与加固的学科定位
建筑结构改造与加固是⼟⽊⼯程的重要分⽀，涉及对既有建筑结构的安全性评估、功能改造和承载⼒提升。随着我国⼤量建筑进⼊"⽼龄化"阶段（1980-2000
年代建设的建筑已使⽤25-45年），结构改造与加固已成为万亿级市场。
改造与加固的理论基础包括：	-	结构可靠性理论（GB	50292）：安全性+适⽤性+耐久性的综合评价	-	结构损伤⼒学：裂缝扩展、材料劣化、疲劳损伤的⼒学模
型	-	界⾯⼒学：新旧材料（混凝⼟/钢材/FRP）之间的粘结/锚固机理	-	塑性⼒学：加固后结构的内⼒重分布和极限承载⼒分析
1.2	结构鉴定的层次
三步鉴定法：
第一步：初步调查
├──	资料收集（原设计图、施工记录、历次维修）
├──	外观检查（裂缝、变形、渗漏、锈蚀）
└──	使用历史调查（荷载变化、灾害经历）
第二步：详细检测
├──	材料强度检测（回弹/取芯/超声）
├──	钢筋检测（位置/直径/锈蚀）
├──	结构变形测量（倾斜/挠度/裂缝宽度）
├──	地基基础检查
└──	结构荷载调查
第三步：结构验算与评级
├──	承载力验算（按现行规范）
├──	抗震验算
├──	变形验算
└──	评级（A/B/C/D四级）
1.3	加固设计的基本原则
1.	 先鉴定后加固：必须基于科学检测鉴定结果
2.	 不降低原有安全度：加固后不低于原设计标准
3.	 尽量减少对原结构的损伤：避免⼤量凿除
4.	 加固与使⽤功能协调：不影响正常使⽤的空间/净⾼
5.	 经济合理：加固费⽤不超过新建费⽤的60-70%
⼆、核⼼知识点详解
2.1	拆除⼯艺
拆除⽅法分类：
⽅法 原理 适⽤ 振动 噪声 粉尘
机械拆除 液压锤/破碎锤 ⼤⾯积拆除 ⼤ ⼤ ⼤
静⼒切割 ⾦刚⽯绳锯/墙锯 精确切割 ⽆ ⼩ ⼩
爆破拆除 炸药 ⼤型建筑 极⼤ 极⼤ 极⼤
⼈⼯拆除 ⻛镐/锤 ⼩⾯积 中 中 中
静⼒切割技术是结构改造中最常⽤的拆除⽅式：	-	⾦刚⽯绳锯：可切割任意厚度混凝⼟，切割⾯平整	-	墙锯：适合墙体开洞，切割深度≤800mm	-	⽔钻：适合
管道穿孔，直径50-500mm
2.2	开洞加固
在既有结构上开设⻔洞/窗洞是最常⻅的改造需求。
开洞加固⽅法：
⽅法 适⽤ 步骤 优点
粘钢加固 板/梁开洞 切割→安装钢框→灌注结构㬵 施⼯快
碳纤维加固 板开洞 切割→打磨→贴碳纤维布 轻便、耐腐蚀
型钢框架 墙体开洞 切割→安装型钢框架→灌浆 承载⼒⾼
增设边梁 ⼤⾯积开洞 切割→增设混凝⼟边梁→植筋 整体性好
开洞位置选择原则：	1.	避开主梁、柱等关键受⼒构件	2.	洞边距梁/柱边≥150mm	3.	洞⾼≤层⾼×1/3，洞宽≤跨度的1/3	4.	开洞后需进⾏结构验算
2.3	碳纤维加固（CFRP）
碳纤维增强聚合物（CFRP）加固是近20年发展最快的加固技术。
碳纤维加固原理：	利⽤⾼强度碳纤维布/板通过结构㬵粘贴于混凝⼟构件表⾯，碳纤维承受拉⼒，与原结构共同⼯作，提⾼构件承载⼒。
碳纤维材料性能：
参数 ⾼强I级 ⾼强II级
抗拉强度标准值 ≥3400MPa ≥3000MPa
弹性模量 ≥240GPa ≥210GPa
伸⻓率 ≥1.7% ≥1.4%
纤维⾯积 按产品 按产品
碳纤维加固适⽤范围：
加固对象 加固效果 承载⼒提升 刚度提升
梁（受弯） 贴底⾯碳纤维布 20-60% 5-15%
梁（受剪） 贴U形箍 30-80% —
柱（轴压） 环向包裹 10-40% —
柱（抗震） 环向包裹 延性提升100%+ —
板（受弯） 贴底⾯碳纤维布 15-40% 5-10%
墙（⾯外） 贴碳纤维布 20-50% —
2.4	粘钢加固
粘钢加固是将钢板通过结构㬵粘贴于混凝⼟构件表⾯，提⾼构件承载⼒的⽅法。
粘钢加固设计要点：	1.	钢板厚度：3-5mm（不宜超过8mm）	2.	粘贴⾯积：受拉区≥计算⾯积的100%	3.	锚固措施：钢板端部须设锚栓或锚固钢板	4.	防腐处
理：钢板表⾯除锈+防腐涂料	5.	防⽕保护：钢板表⾯涂防⽕涂料或包裹
结构㬵性能要求：
参数 要求 检测⽅法
正拉粘结强度 ≥2.5MPa（混凝⼟破坏） GB	50728
抗剪强度 ≥12MPa GB/T	7124
抗压强度 ≥65MPa GB/T	2567
耐湿热⽼化 5000h后强度保持率≥85% GB	50728
2.5	增⼤截⾯加固
增⼤截⾯法是在原构件外表⾯增设混凝⼟和钢筋，增⼤构件截⾯⾯积和配筋量。
适⽤条件：	-	梁、柱、墙的承载⼒不⾜	-	需要同时提⾼承载⼒和刚度	-	允许增加截⾯尺⼨（不影响使⽤空间）
设计要点：	1.	新增混凝⼟厚度：≥60mm（梁），≥50mm（柱）	2.	新增纵筋直径：≥12mm	3.	新增箍筋直径：≥6mm	4.	界⾯处理：原混凝⼟表⾯凿⽑
（凹凸差≥6mm）	5.	植筋锚固：新增钢筋通过植筋与原结构连接	6.	新增混凝⼟强度等级：⽐原构件⾼⼀级
2.6	托换技术
基础托换（Underpinning）是将原有基础荷载转移到新设基础上的技术。
托换⽅法分类：
⽅法 原理 适⽤ 深度
坑式托换 分段开挖→浇筑新基础 浅基础加深 ≤5m
桩式托换 设置新桩→转移荷载 地基承载⼒不⾜ 不限
锚杆静压桩 利⽤建筑⾃重反⼒ 空间受限 ≤30m
树根桩 ⼩直径灌注桩群 复杂地质 ≤30m
注浆加固 注⼊⽔泥浆/化学浆 地基处理 按设计
三、材质与⼯艺
3.1	加固材料体系
材料 品牌/产地 规格 单价 标准
碳纤维布 国产：中复神鹰/进⼝：东丽 200g/㎡,	300g/㎡ 80-200元/㎡ GB	50728
碳纤维板 同碳纤布 厚1.2-1.4mm 200-400元/m GB	50728
结构㬵（粘钢/粘碳） 喜利得/慧⻥/国产：上海固特 — 30-80元/kg GB	50728
植筋㬵 喜利得/慧⻥/国产：南京曼卡特 — 40-100元/⽀ JG/T	160
灌浆料 北京中德/上海建筑 CGM系列 800-2000元/t GB/T	50448
钢板 Q235B/Q345B 3-8mm 4500-6000元/t GB/T	700
预应⼒钢绞线 天津瑞通/⽆锡 φ15.2mm 5000-7000元/t GB/T	5224
四、实践案例
案例1：北京国贸三期改造加固
类型：超⾼层办公楼加固
加固⽅法：粘钢+碳纤维+增⼤截⾯
亮点：在不停运状态下完成结构加固，夜间施⼯
造价：加固费⽤约5000万元
案例2：上海外滩历史建筑群保护性修缮
类型：历史建筑修缮
加固⽅法：型钢框架+碳纤维+灌浆
亮点：在保护历史⻛貌的前提下提升结构安全等级
特点：最⼩⼲预原则，可逆性加固
案例3：某医院扩建改造⼯程
类型：既有建筑功能改造
改造内容：拆除部分剪⼒墙+增设转换梁+楼板开洞
加固⽅法：粘钢加固+碳纤维加固
造价：加固费⽤约800万元
案例4：某⼯⼚⼚房加固
类型：⼯业⼚房增加荷载
原因：设备升级，楼⾯荷载增加50%
⽅法：梁底贴碳纤维+柱包裹碳纤维+增⼤截⾯
造价：300万元，为重建费⽤的30%
案例5-10:（涵盖桥梁加固、地铁上⽅建筑施⼯保护、古建筑修缮等案例）
五、施⼯/制作指导
5.1	碳纤维加固施⼯流程
施工准备	→	表面处理	→	涂刷底胶	→	找平处理	→	涂刷浸渍胶	→	粘贴碳纤维布
→	滚压排气	→	再次涂刷浸渍胶	→	表面防护	→	质量检验
关键控制点：
1.	混凝土含水率≤6%
2.	表面打磨至露出坚实骨料
3.	底胶完全渗透（指触干燥后再施工）
4.	碳纤维布搭接长度≥100mm
5.	养护期≥7天（温度≥15℃）
5.2	植筋施⼯质量控制
控制项 标准要求 检验⽅法
钻孔直径 ⽐钢筋⼤4-8mm 卡尺
钻孔深度 按设计（通常15-25d） 深度尺
清孔 三吹三刷 ⽬视+吹⽓球
注㬵量 孔深2/3 ⽬视
钢筋插⼊ 旋转插⼊到底 ⽬视
抗拔⼒ ≥设计值 拉拔试验
六、性能指标与评测
6.1	加固⽅法对⽐
加固⽅法 承载⼒提升 刚度提升 施⼯难度 造价 ⼯期 适⽤
碳纤维 20-60% 低 ★★☆ 中 短 梁板柱
粘钢 30-80% 中 ★★★ 中 中 梁板
增⼤截⾯ 50-100% ⾼ ★★★★ 低 ⻓ 梁柱墙
预应⼒ 30-60% ⾼ ★★★★★ ⾼ ⻓ ⼤跨梁
外包钢 50-100% ⾼ ★★★★ 中⾼ 中 柱
七-⼗⼀（略，详⻅完整版）
附录
核⼼标准
编号 名称
GB	50367 混凝⼟结构加固设计规范
GB	50728 ⼯程结构加固材料安全性鉴定技术规范
GB	50292 ⺠⽤建筑可靠性鉴定标准
JGJ	116 建筑抗震加固技术规程
CECS	146 碳纤维⽚材加固修复混凝⼟结构技术规程