马志伟
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摘要：改革开放以来我国国民经济高速发展，人民生活水平不断提高，在这个过程中，我国建筑行业也经历了一个快速发展的过程，随着经济的发展，人们对居住和生活环境的要求也越来越高，人们对居住房屋的要求不仅仅局限于能居住，还要求能住得舒服、安全，同时人们对于生活配套设施及场所的舒适性的要求也越来越高。因此，作为当前已经竣工的许多建筑，有必要重新对建筑本身进行一定的加固及改造，在满足新的功能要求的同时，也保证了结构的安全可靠。由于受自然环境、人为等外部因素的影响，建筑加固改造的原因是多方面的，也是很有必要的，本文简单分析建筑加固改造的原因和必要性，并探讨建筑加固改造中结构设计的一些问题。
关键词：加固改造原因；加固必要性；加固改造原则；加固改造方法
建筑加固改造在建筑行业中所占的比重逐年上升。本文着重分析建筑物需加固改造的原因和必要性，并结合实际案例介绍建筑加固改造的应用及方法，希望能够对我国建筑改造和加固施工工作提供参考。
1 建筑加固改造的原因和必要性
新建的建筑物往往耗费大量的人力、物力和财力，也会造成很多不必要的损失和建筑垃圾的问题。废弃建筑会占用大量的土地和空间资源，影响环境健康和市容市貌，通过改造和维护旧建筑，可以解决很多现实问题。既有建筑进行改造可以有效延长建筑使用寿命，对节能减排可持续发展意义重大。开展既有建筑加固改造、节能改造与使用功能提升综合改造将是今后建筑领域一项主要工作，以新建为主逐步过渡到新建与既有建筑改造并举的局面。在我国国家政策和基本国情的引导下，旧建筑的维修加固改造已成为不可抗拒和阻挡的建设力量。
1.1 建筑加固改造的原因
我国有大量的厂房、办公楼、公共建筑等，这些建筑物具有悠久的历史，由于使用维护不当或本身施工质量问题，已有的建筑物存在一些结构安全问题。如果重建，则需要耗费大量的人力、物力和财力，所以很难选择拆除重建的方式，而是采用结构加固改造的方法，用最少的投资进行结构的改造、修复更新和加固，从而提高建筑结构的可靠性和承载能力。具体来说，建筑加固改造的原因主要有以下几个方面。
1.1.1 建筑结构的设计缺陷及建造时遗留的隐患
建筑结构的缺陷及建造时留下的隐患主要包括人为造成的隐患、原建筑结构设计时已存在的问题、承建施工和建设等几方面的原因。人为隐患主要是施工单位在没有施工图纸和施工资质的情况下隐瞒施工，导致施工过程的质量得不到保证，造成质量监督不严、竣工验收不合格的现象。
建筑设计的缺陷主要表现在建筑结构设计上，由于建筑或结构在总体布置方案上不合理，影响建筑的安全使用性能，或由于当时规范的不齐全不完善，导致设计方法或计算模型假定存在缺陷，考虑不周，都会降低建筑的安全性和可靠性。建筑施工方面的主要原因是建筑施工质量不合格，建筑工程质量与施工技术人员的整体素质和施工工艺水平、天气等因素密切相关。由于当时施工人员缺乏施工经验、技术水准参差不齐以及施工方法受到局限，导致施工质量较低，甚至施工时使用劣质的建筑材料，导致建筑物在刚建成时就出现裂纹或其他损坏情况。因此很多结构构件的实际强度和承载力等达不到设计要求。这类建筑物严重影响建筑的安全性，存在安全隐患，因此，需要对此类建筑结构进行可靠性鉴定，必要时予以加固改造以达到相关规范的规定及使用要求。
1.1.2 后天损坏降低建筑结构的安全可靠性或建筑使用时间接近设计使用年限
建筑物后天损坏的原因主要包括周边建设环境的影响、灾难及使用不当等几个方面。建筑物维护不当、材料分化、酸雨或周围恶劣的环境是引起结构缺陷和损伤的主要因素，极端情况下可能会完全丧失相应的功能。灾难性事故包括地震、风暴、龙卷风、滑坡、泥石流等无法预测的灾害，这些灾难性事件对房屋造成巨大的破坏，对建筑物的结构造成不可预知的后果。
每栋建筑物都有自己的设计使用年限，建筑物经过多年的使用后即将达到其原有的设计使用年限，为了更为充分的发挥既有建筑的性能，需对建筑进行安全性检测及鉴定，确定建筑物是否存在安全问题，并对存在安全问题但能通过加固改造处理后继续使用的建筑采取合理的加固改造方案进行加固，延长其使用年限。
1.1.3 国家现行规范设计标准和要求的提高
随着国家和社会的发展科学技术日趋成熟，社会财富增加，人民对住房安全的研究也在不断更新。在建筑方案规划前期，不断改变优化标准和方向，在原有建筑的基础上完善要求，确保工程质量的安全可靠性。
我国第二次世界大战以后通过学习苏联建筑规划设计，把地震带来的影响列入设计标准，但当时对于抗震的认识还不够透彻，早期的规范不是很完善，随着科技的不断进步，人们对抗震的不断深入研究，现行规范在原有规范的基础上做了很多修正和完善，对我国建筑也的发展有一定的促进作用。早期的建筑因按照旧的标准设计的结构，并不能很好的满足现行规范的要求，尤其是不满足现行《建筑抗震设计规范》的要求，已经无法满足未来使用的安全需求，因此需要对既有建筑进行加固改造设计，以达到抗震要求。
1.1.4改变使用功能
随着社会的发展，人们生活水平的不断提高，很多既有建筑的使用功能、荷载、层数等方面需要进行改变才能满足现在人们的使用需求。拿商场为例，现在城镇人口越来越多，各种品牌商家层出不穷，商场首先需要足够的空间来为商家提供卖场，现在的人们需要的不仅仅是一个购物场所，更需要的是一个集休闲娱乐餐饮于一体的综合场所，原来层数少空间局促的单一购物商场已无法满足现在顾客的需求，就需要进行扩建或加层、在空间及功能上加以改变来适应市场需求。由于建筑结构中某些房间的使用功能发生变化或者增加设备等导致结构局部甚至整体荷载发生变化，甚至需要拆除某些结构构件以获得足够的空间，这时原有结构形式不能满足相关规范要求。还有的建筑还要加装电梯，扶梯，增加疏散楼梯等，这就体现了既有建筑物进行加固改造设计的必要性。
1.2 建筑加固改造的必要性
结构的安全性能和耐久性是评价建筑物是否可靠的重要指标，但多数老旧的建筑物不能满足这些性能要求。经过专业机构的鉴定后，这些建筑需要采取措施加固补强后才能正常使用，否则存在诸多安全隐患。这些年来，我国建筑加固工程的成功案例很多，通过一系列的实践和研究，归纳总结有关建筑加固改造的文献，并颁布一系列结构构件损伤加固的规范和标准，通过全面的总结和归纳，我国建筑加固技术逐渐成熟，促进建筑改造加固技术的迅猛发展。
建筑加固改造的目的主要包括以下两点：(1)满足新的使用功能的要求；(2)提高构件的承载能力和耐久性。不同的建筑物损伤程度不同，建筑物加固改造维修的要求与目标也不同，需要根据具体情况使用相应的加固维修方法，制定符合要求的加固方案，对建筑物进行结构加固改造。
2 建筑结构加固改造设计原则
2.1 整体性原则
建筑结构加固改造设计工程中，首先要考虑建筑结构的整体性，其体现在对实际施工效果的展现，即建筑结构改造设计方案的整体施工效果。建筑物中的各结构构件会对建筑物的整体稳定造成影响，当其中部分结构构件出现问题时，仅对其进行加固改进，会影响建筑物的抗震能力和周围机构的刚度，使结构内力发生变化，降低加固改造技术的实际应用效果。因此，对建筑进行结构加固改造需要考虑其对建筑整体的影响程度，并在设计阶段进行建筑结构的整体性分析，避免在工程中出现质量问题。
2.2 合理性原则
对建筑进行结构加固改造设计不仅需要考虑其整体性，还要考虑其在工程施工中的合理性和经济性，设计方案的科学合理能保证加固改造工程的质量安全。
在建筑结构的加固改造工程中，依据设计方案对其结构构件进行加固改造，能够改善建筑物的系统受力情况，若实际施工效果达不到设计期望，则需根据工程具体情况进行合理分析，着重进行设计方案中的关键结构构件施工，分析其周围构件性能是否达到要求，使加固改造设计更加合理。设计阶段还要对施工成本进行控制，尽量保证工程施工的高性价比。
2.3 必要性原则
建筑行业的发展提高了建筑使用者对建筑结构的稳固性需求。在传统的建筑物工程施工中，为保证建筑物的稳固性，十分重视建筑结构的加固设计和施工应用。
随着加固改造技术的不断提高，为使建筑结构的加固改造效果更好，常在工程设计阶段对结构加固改造的必要性进行分析。建筑物在长期使用过程中，其结构会受日常老化、自然灾害等因素侵扰，常出现墙体结构开裂、产生裂缝、表层脱落等现象，对存在这些问题的建筑结构进行加固改造，要对其加固改造的必要性进行分析，对于一些受害程度低的结构，可根据其具体情况进行加固改造，若其受害程度不影响建筑结构的安全质量，对这些结构进行加固改造也就不具有必要性。建筑结构的加固改造设计对建筑物的质量有重要影响，是加固改造工程中至关重要的环节。
3 工程实际中的建筑加固改造设计
3.1 工程概况
3.1.1 省房屋建筑改造概况
随着现代城镇化建设的迅速发展，城市城镇既有房屋数量较多，农村房屋建筑的使用跨越年代久远，部分已超过设计使用年限，房屋建筑的安全改造迫在眉睫。为了改善市民的生活环境，让一些为社会主义建设添砖加瓦的人民共享社会主义经济发展的成果，本文以某机关幼儿园的房屋改造建设为例，展开研究。
3.1.2 项目现状及存在的问题
幼儿园位于高架桥之下，采光受到一定的影响，但是高架桥已经采取隔音措施。当今幼儿园有三栋建筑分别为1、2、3号楼，其中1号楼与2号楼连接，可以看作是一个整体，3号楼是临时建筑。
项目存在的问题主要有以下几个方面：首先，1号楼和2号楼建造时间较早，建设初期设计不够规范。按照要求，幼儿园建设必须高度重视消防安全，在建设中严格执行相关防火标准，确保建筑消防安全。当前，幼儿园建筑应符合《建筑设计防火规范》，幼儿园现状并不符合该规范要求，存在较大的安全隐患。其次，现在幼儿园房间有限，辅助用房只能安排在较高的楼层或者是违规建造的3号楼里。再次，幼儿园的活动面积较小，每间寝室面积都不符合现行幼儿园活动及辅助用房使用面积的标准，建筑整体老化严重。
3.2 改造要点
加固改造必须要保证符合使用的目的，保证建筑的安全耐用性、施工和后期改造维修便利，使经济与环境相协调。不同结构有不同的性能要求，对结构性能进行改造时，需要考虑剩余使用寿命以及设计使用的目的、改造的重要性及其他因素。本案例主要采用修复为主的方案，改造要点主要包括以下几个方面的内容。
3.2.1 增设必要的功能空间
建筑改造可以通过改变局部使用功能来增加构件，从而扩大使用面积或改变使用功能。案例中幼儿园建筑项目的改造，采用改造3号楼建筑的方式来增加幼儿园的功能空间，适度扩大部分功能空间，如增加层数、增加空间宽度或者是拆掉部分非承重墙体的方式来扩大空间。
无论采用哪种改造方案，都须符合以下几点规定：首先，当层数增加或楼层尺寸加宽时，应该获得相关部门的批准。其次，加层时应该对楼层梁、柱等受力构件及地基基础的承载力进行建模验算，如不足应依据规范进行加固设计，并考虑是否会遮挡影响其他使用空间的采光和通风问题。最后如需拆除墙体时，应要充分考虑施工偶然荷载和是否影响原建筑结构的承载力。
3.2.2 改善房屋建筑通风、日照采光状况及隔音性能
可以通过增加窗户、调整窗户的高度或者光反射的方式来完善房屋建筑的采光节能状况。在保证房屋建筑同等温湿度的前提下，降低房屋加固改造的耗能，节约能源。因为幼儿园有较多的小朋友，孩子们休息或上课时需要安静的环境，因此要保证园区的安静。可以通过提高原有房屋建筑阻挡固体传声能力的方式，来提高房屋建筑的隔音能力，降低房屋建筑本身噪声的影响。
4 建筑结构加固改造设计技术
4.1 加大截面加固法
对建筑物原有混凝土结构进行外层加固即为建筑结构加固改造技术中的加大截面加固法，其外层加固一般使用型钢结构和钢筋混凝土结构。
加大截面加固法的技术原理是加大结构构件的截面，对必要结构进行改造，使原有结构材料与外层加固材料互相连接成为一个整体，共同承受作用力，提高建筑物的抗震能力，增加建筑结构的材料性能。
加大截面加固法能够改善建筑结构的耐久性，修复损坏的混凝土结构，提高建筑结构中单一构件抗剪、抗弯和抗压性能，增大建筑物的整体承载性能。
加大截面加固法主要应用在墙体结构、梁体结构和混凝土柱等结构，其技术工艺流程完善成熟，在施工中广泛应用。但由于其进行湿作业施工，且需较长工期，还占用大部分的原建筑空间，导致建筑结构重量增加，影响建筑物的整体平衡性，因此，在建筑结构的加固改造设计中要对工程进行全面分析。
4.2 置换混凝土加固法
使用新材料对建筑物中的混凝土结构进行置换即为置换混凝土加固法，其使用高强度、高性能的混凝土置换承载性能差、低强度、低性能的原有建筑混凝土。
置换混凝土加固法的技术原理是以建筑结构的加固改造为目的，通过提高受压混凝土结构的材料性能实现工程设计要求。其技术在工程施工应用中操作较为简便，对建筑结构的重新浇筑也不会影响其自身净空性，常应用在混凝土柱和混凝土梁的缺陷部位，在工程施工中成本较低，但存在工期长、结构支撑施工标准和结构卸载技术要求高等问题。
4.3 粘结外包型钢加固法
加大截面加固法中也包含粘结外包型钢加固法，在粘结外包型钢加固法的施工应用中，其主要将型钢构件加固到混凝土结构外层，用以提高原建筑的混凝土结构的受力性能。粘结外包型钢加固法的技术原理是将外层型钢和混凝土结构通过粘结技术将两者互相连接起来，其粘结过程主要通过灌注结构和锚栓等粘结材料实现，让两者构成一个整体，共同承受外力作用，并改善原建筑混凝土结构的性能。粘结外包型钢加固法与混凝土加大截面加固法相较而言，前者的可靠性更高，占用建筑空间小，施工技艺完善成熟，但也存在不足，由于其通过外层型钢进行建筑结构加固，极易受到高温场地的限制及其他能影响型钢构件性能的因素，如腐蚀、生锈和火灾等因素。
4.4 粘贴纤维加固法
利用纤维材料进行建筑结构的加固即为粘贴纤维加固法，其技术原理是通过使用纤维材料粘贴到原建筑结构材料上，让两者互相粘结为一体，以提高原建筑结构的性能。粘贴纤维加固法在对建筑结构进行加固改造中，应用于受力性能较弱的结构部分，由于其材料具有重量轻、耐潮湿、维护成本低和耐腐蚀等性能优势，在施工中则需要进行防火处理。
5 结语
我国因为特殊的地势和发展方式遗留较多既有建筑，这些建筑经过时间的洗礼加上施工质量、自然因素等对房屋构造的损坏，导致各项性能不达标，通过对建筑物实施修复加固处理，保证建筑物达到使用功能要求。在建筑加固改造的实施过程中，应该根据项目所在位置并结合当前的政策法规，制定有针对性的方案，保证工程顺利实施。
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