住宅建筑工程结构检测与加固技术的分析及应用.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 21 日 作者简介：吴俊霖（1992)，男，广西北海人，研究方向为工程检测。-1-住宅建筑工程结构检测与加固技术的分析及应用 吴俊霖 北海市祥泰建设工程质量检测有限公司，广西 北海 536000 摘要：摘要：在现代建筑领域，结构的安全性至关重要，因此对结构进行定期检测和必要的加固变得尤为重要。首先介绍不同类型结构（混凝土、砌体、钢结构）的检测技术，包括针对锈蚀等问题的检测方法。接下来探讨相应的结构加固技术，以确保住宅建筑的结构强度和稳定性。最后通过具体案例研究分析这些技术在实际住宅建筑工程中的应用，特别是在面对锈蚀和火灾等突发情况时的应用。本研究旨在为建筑工程领域的专业人士提供有关结构安全的重要信息，以确保住宅建筑的持久性和居住安全。关键词：关键词：建筑工程；结构检测；加固技术 中图分类号：中图分类号：F407.9 0 引言 住宅建筑是人们日常生活的基本场所，其结构安全对人们的生命财产安全至关重要。然而，随着时间的推移，住宅建筑的结构可能会受到各种因素的影响，如自然灾害、锈蚀、老化等，导致结构的脆弱性增加。因此，结构检测与加固技术的研究和应用变得至关紧迫。在现有建筑结构检测与加固领域，混凝土、砌体和钢结构是常见的结构类型，各自面临不同的挑战。1 住宅建筑工程中结构检测技术 1.1 混凝土结构检测 不同的工程类型采用了不同的承重结构材料，常见的包括混凝土结构、砌体结构和钢结构。混凝土结构的主要检测项目和检测方法包括混凝土强度（可采用回弹法、钻芯法、超声回弹综合法、回弹-取芯法等）、混凝土耐久性（涉及抗渗性）、有害物质含量（如氯离子和碱含量）、钢筋配置以及保护层厚度（可采用电磁感应法、剔凿法等）、钢筋锈蚀状况（适用电阻率法、电位差法、截面损失率法等），以及混凝土缺陷损伤（通过超声法检测），还包括构件荷载试验（静载试验）等。在实际应用中，需要根据建筑物的结构类型、使用情况以及后续使用需求来选择合适的检测项目和检测方法。通常情况下，需要综合多种检测方法，相互验证，以确定建筑结构存在安全隐患的位置、类型以及原因。1.2 砌体结构检测 针对砌体结构，检测方法可以分为直接法和间接法两大类。直接法包括原位轴压法和扁顶法等，它们直接测试与砌体强度相关的参数，但在实际应用中可能会对结构造成一定的损坏。而间接法则以回弹法为代表，通过测量与砖块和砂浆强度相关的物理参数来评估砌体结构的强度，避免了直接法可能带来的损坏问题。然而，单独使用直接法或间接法都存在一些局限性。因此，在实际工程中，常常需要将这两种方法相互结合运用，以提高检测结果的准确性和可靠性。1.3 钢结构检测 与前两种建筑结构相比，钢结构因其材料的均匀性而具有更简便的结构检测方法，同时受到结构本身的影响较小。在实际检测过程中，常使用多种方法，如结构性能实荷检验与动测、超声无损检测、射线检测和磁粉检测等，以有效满足对钢结构强度、塑性和韧性等方面的检测需求。2 住宅建筑工程中结构加固技术 2.1 混凝土结构加固 在对混凝土结构进行加固处理时，常采用多种方法，包括加大截面加固、置换混凝土加固、体外预应力加固、外包型钢加固，以及粘贴钢板或碳纤维加固等。其中，体外预应力加固可进一步细分为高效预应力加固和预应力锚杆横向收紧加固两种方法。高效预应力加固是将钢绞线布置在需要加固的构件外部，然后通过千斤顶的张拉来提升结构的稳定性。而预应力锚杆横向收紧加固则是将钢筋作为补强拉杆，布置在需要加固的构件上，并通过人工横向收紧螺栓的方式，使钢筋在受到收紧力作用时产生预应力，从中国科技期刊数据库 工业 A-2-而提升混凝土结构的强度和稳定性。2.2 砌体结构加固 对于砌体结构的加固，与混凝土结构相似的方法可供选择，如钢筋混凝土面层加固、钢筋网水泥砂浆面层加固、外包型钢加固、外加预应力锚杆加固以及增设砌体扶壁柱等。以钢筋网水泥砂浆面层加固为例，典型的承重砌块墙体往往呈现出一定的脆性特征。通过采用钢筋网水泥砂浆的方式来增强夹板墙面层，可以显著提高墙体的承载能力和延性。这种方法不仅有助于改善砌体结构的品质和稳定性，还能显著提升整体工程的抗震性能。2.3 钢结构加固 在住宅建筑工程中，对钢结构进行加固处理通常采取多种方法，包括改变结构体系加固、增大截面加固、粘贴钢板加固、外包钢筋混凝土加固、预应力加固以及连接与节点的加固等。以改变结构体系加固方法为例，其主要目标在于降低结构荷载，侧重于通过改变荷载分布、调整传力路径、优化节点性质以及改进边界条件等方式来实现结构的强化。例如，可以通过增加支撑以形成新的空间结构，或者根据空间结构的验算方法进行加固。此外，还可以通过添加额外的支撑来提高结构的刚度，从而增加钢结构的承载能力并改善其动态特性。3 住宅建筑工程结构检测与加固技术实际应用分析 3.1 混凝土结构出现锈蚀 在某地下车库工程中，采用混凝土框架结构，总建筑面积达到 40000 平方米。然而，两年后的使用过程中，发现混凝土楼盖和框架柱出现了严重的锈蚀问题。在对工程现场进行结构锈蚀情况的勘察后，发现问题不仅限于楼板混凝土的锈胀和鼓起，还包括梁底箍筋的严重锈蚀、纵筋上的锈斑，以及框架柱箍筋的严重锈蚀。值得注意的是，尽管纵筋表面没有明显的锈蚀斑点，但仍需进一步检测以提供加固施工的依据。3.1.1 结构检测技术的应用 在考虑混凝土碳化对钢筋锈蚀的可能性时，进行了现场勘查，发现混凝土并没有发生碳化现象。然而，针对钢筋混凝土碳化深度的检测显示，它明显小于正常情况下的碳化标准，且在高湿度环境下，碳化速度逐渐减缓，这解释了锈蚀问题的存在，尽管没有明显的碳化迹象。针对混凝土受氯离子侵蚀引发锈蚀的可能性，采用了钻芯法，取样不同位置和深度的样品，并通过氯离子分析仪进行分析。结果显示，检测到的氯离子含量普遍在 0.02%0.07%之间，未超出环境标准规定的氯离子含量限值。此外，通过内层与外层混凝土的对比试验，发现外层混凝土的氯离子含量较高，尽管含氯离子盐雾对钢筋有侵蚀作用，但对混凝土结构的影响相对较小。除此之外，还从结构设计、施工和工作环境三个方面分析了混凝土结构锈蚀的原因。在结构设计方面，保护层厚度未满足潮湿多雾环境下的标准要求，未采用防水混凝土，增加了锈蚀风险。在施工方面，由于钢筋进场时间与实际施工时间相隔较长，且环境湿度较高，钢筋可能在浇筑混凝土之前已经出现一定程度的锈蚀。此外，许多构件的保护层厚度和质量性能未达标，容易导致钢筋进入活化状态，增加混凝土结构开裂的风险。在工作环境方面，虽然工程现场没有明显的工业污染，但长期处于高湿度环境中，各类金属构件表面长期处于潮湿状态，混凝土保护层的效果不佳，导致钢筋脱钝速率加快，最终引发钢筋轴线方向的混凝土裂缝。3.1.2 加固技术的应用 对于混凝土梁、板、柱等构件保护层厚度未达标的情况，首先需清除原有装修层，随后涂刷两道防锈浸渍剂，以遏制内部钢筋表面的锈蚀斑点扩大。对于钢筋面积损伤率未超过 5%的构件，可凿除钢筋外层混凝土并对钢筋表面除锈处理。然后采用喷射 C35 细石混凝土的方法，以确保符合相关规范的钢筋保护层厚度。而对于钢筋面积损伤率超过 5%的构件，除了凿除钢筋外层混凝土和除锈处理，还需应用 C35 细石混凝土增加保护层厚度，并通过粘贴碳纤维片材的方式提升结构的稳定性和承载能力。这些措施将有助于修复和强化受损构件，提高结构的安全性和性能水平。3.2 混合结构中遭受火灾 某商住楼位于地下一层和地上六层，地下一层用作停车场和仓库，一层到二层是商铺，三层到六层是住宅楼。总建筑面积约为 14465 平方米。建筑的结构类型包括地下一层到二层的框架结构和三层到六层的中国科技期刊数据库 工业 A-3-砖混结构。该建筑于 2005 年竣工，安全等级为二级，设计寿命为 50 年，混凝土强度等级为 C40 和 C20，砌体结构采用 MU10 烧结粘土砖和 M5.0 混合砂浆砌筑。在建筑使用过程中，一层商铺发生火灾，采用水浇灭火和泡沫灭火的方式进行扑灭，历时约 15 小时。火灾导致部分混凝土构件在高温和烈火作用下出现表面开裂、酥松、脱落、露筋和变形等现象。为了评估建筑火灾后的结构损伤程度以及当前阶段的安全状况，需要及时进行建筑结构检测和加固处理。3.2.1 结构检测技术的应用 经过现场勘查，本次结构检测首先需要调查火灾的燃烧范围和过火区域，通过分析现场残存材料的状态来判断火灾发生时的温度情况。并需要调查火灾后结构的损伤情况，包括混凝土表面的色泽变化、锤击反应、混凝土剥落、露筋情况以及表层混凝土的疏松程度等。另外，还需要对混凝土构件进行抽芯检测，以确定混凝土的强度和火灾烧伤层的深度。此外，还需要进行梁和板的挠度检测，以查看它们的挠曲变形情况。最后，需要对火灾后的钢筋进行力学性能检测。火灾的主要过火范围位于底部底框结构，导致部分混凝土柱、梁、板出现颜色变化、表层剥落、露筋等现象，同时围护墙体的粉刷也受到了破坏，门窗也有损坏。火灾经历了发展期、旺盛期和衰减期，其中旺盛期对结构造成了最严重的损害。根据未燃尽的塑料制品和轻纺制品的残留物以及部分变形的型钢，结合构件的外观和烧损情况，可以估算过火区域的最高温度约为 1200。混凝土构件的抽芯检测结果显示，受损层的厚度根据构件受损情况和抽芯样品综合判定，强度不符合设计和规范要求，部分构件强度损失较大。框架柱的烧损深度最大达 72mm，梁的烧损深度最大达 74mm，楼板下部结构的烧损深度最大达 68mm。对框架梁和楼板的挠度检测结果显示，所检测的楼板挠度最大值为48mm，框架梁挠度最大值为 44mm。最后，对纵向受力钢筋进行了力学性能检测，结果表明钢筋的力学性能符合设计和规范要求。3.2.2 加固技术的应用 在对工程项目进行现场勘察和检测后，确认建筑物不存在整体倒塌的危险。因此，我们迅速采取了一系列应急支撑措施，包括柱周围梁板的钢管架支撑以及柱外包角钢支撑。然后，根据详细的检测结果对火灾后的构件进行初步评估。状态a 的构件经受了轻微或未受烧灼影响，结构材料和性能未受或仅受轻微影响，因此无需采取措施，或者只需采取提高耐久性的措施。状态b 的构件经受了轻度烧灼，但对结构材料和性能没有明显影响，不会威胁到结构的安全性，因此需要采取耐久性或局部处理以及外观修复的措施。状态的构件经受了中度烧灼，尽管尚未严重破坏，但对结构材料和性能产生了明显影响，出现了明显的变形或开裂，这对结构的安全性和正常使用性造成了不利影响。因此，需要采取加固或局部更换的措施。状态的构件经受了严重破坏，可能在火灾中或火灾后导致结构倒塌或构件坍塌，结构严重烧损、变形或开裂，结构承载能力丧失或大部分丧失，危及结构的安全。因此，必须立即采取安全支护、彻底加固或拆除更换的措施。在进行加固工作时，针对不同损伤程度和构件类型采取了相应的方法。对于混凝土柱构件，状态级采用凿除受损结构面的方式，增大截面进行加固，按实际截面尺寸计算；状态和级采用增大截面的方式进行加固，不考虑原结构柱，而是按照箱形截面计算。对于混凝土梁构件，状态、和级采用凿除受损结构层的方式，增大截面进行加固。对于混凝土板构件，状态和级采用凿除受损结构面的方式，局部更换混凝土并粘贴碳纤维进行加固；状态级采用更换混凝土的方式进行加固，重新布置钢筋，按照简支板的要求进行。此外，对于三层到六层的砖混结构承载墙，采用了裂缝处理技术和钢筋网与聚合物砂浆面层加固，每层加固层厚度为 30mm。需要明确的是，混凝土梁板未受火灾影响，未发现明显损伤。这些综合措施的目的是确保建筑物的结构安全和稳定。4 结论 本论文对住宅建筑工程中的结构检测与加固技术进行了全面的分析与探讨。通过对混凝土、砌体和钢结构的检测与加固技术的详细介绍，深入理解了各种结构类型的特点以及相应的技术方法。在实际应用分析部分，针对混凝土结构的锈蚀问题以及混合结构在火灾后所面临的挑战，分别探讨了结构检测技术和加固技术的应用。这些案例研究展示了结构检测与加固技术在解决实际工程中的问题时的重要性和可行性。未来，随着建筑工程的不断发展和技术的进步，中国科技期刊数据库 工业 A-4-结构检测与加固技术将继续发挥关键作用，确保住宅建筑工程的安全性和稳定性。期待在更广泛的领域应用这些技术，为建筑行业的可持续发展做出更大的贡献。参考文献 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