钢结构建筑加固技术与建筑结构加固综述

一、引言\n随着我国城镇化进程进入存量发展时代，大量既有建筑面临功能改造、荷载提升、抗震性能升级等需求。钢结构建筑以其自重轻、强度高、施工速度快等优势，在工业厂房、大跨公共建筑、高层建筑中应用广泛。因使用年限增长、设计标准修订、生产工艺调整或偶发灾害损伤，既有钢结构建筑的承载能力和耐久性可能不再满足现行规范要求，此时亟需科学的加固技术予以保障。因此，系统研究钢结构建筑加固技术及建筑结构加固的共性方法，对延长结构寿命、节约重建资源、实现可持续发展具有重要意义。\n\n二、钢结构建筑加固的必要性与技术原则\n（一）加固的必要性\n钢结构建筑需加固的情形主要包括：1）荷载变化，如增设设备、夹层或仓储密度提高；2）材料性能退化，如锈蚀、疲劳裂纹、防火涂层失效；3）设计标准更新，如抗震设防烈度提高、风荷载重定义；4）改变使用功能导致结构体系调整；5）施工缺陷或意外损伤修复。加固可避免拆除重建带来的巨额成本及环境负担，符合绿色建筑理念。\n\n（二）加固技术原则\n1. 结构整体性原则：加固应基于整体受力分析，避免局部削弱导致刚度突变或地震作用下的薄弱层转移。2. 协同工作原则：新增构件与原结构之间需通过可靠连接实现变形协调与内力合理分配。3. 最小干预原则：在满足安全前提下，尽量减少对原结构及建筑使用功能的干扰。4. 可逆性与耐久性兼顾：优选可拆卸、易维护的加固方案，并考虑长期防腐防火性能。5. 动态设计原则：加固设计应留有监测与二次调整空间，必要时结合健康监测系统。\n\n三、钢结构建筑常用加固技术\n（一）构件层面加固\n1. 增大截面法：在原有钢构件上焊接或高强螺栓连接附加钢板、型钢，提升截面承载力和刚度。适用于梁、柱因弯曲或轴压不足的情形。需注意焊接残余应力与连接节点处理。\n2. 粘贴纤维增强复合材料法：在钢构件表面粘贴碳纤维布或玻璃纤维布，利用其高抗拉强度补强抗弯、抗剪及疲劳性能。优点是自重轻、耐腐蚀、施工便捷，适用于受拉区补强或裂纹修补。界面粘结及长期耐久性是设计与施工关键。\n3. 外包混凝土/组合加固法：在钢构件外围浇筑钢筋混凝土，形成钢-混凝土组合截面，可大幅提高刚度和稳定性，同时改善防火与防腐性能，但增加自重并影响净空。\n4. 预应力加固法：通过体外预应力索或撑杆对梁、桁架施加反向荷载，消除部分原有应力，改善变形和裂缝。适用于大跨钢梁、屋架的挠度控制。\n\n（二）节点与连接加固\n1. 节点加强：采用加厚节点板、增设加劲肋、盖板焊接或翼缘贴板等方法，提高梁柱节点、支座、拼接区域的承载力。\n2. 螺栓/铆钉替换或补充：对锈蚀或松动的高强螺栓群进行替换，并增补螺栓进行荷载再分配；对老旧铆接节点可采用高强螺栓或焊接组合加固。\n3. 焊缝修复：对疲劳裂纹或焊接缺陷进行实测后，打磨消灭裂纹并用修整焊缝或补强板修复。需控制焊接工艺、减少热影响区脆化。\n4. 隔震与耗能节点增设：在节点的变形集中部位安装软钢阻尼器、摩擦阻尼器或粘弹性阻尼器，提高整体耗能能力而不显著增大刚度，适用于抗震加固。\n\n（三）体系层面加固\n1. 增设支撑体系：在框架结构中增设中心或偏心支撑、屈曲约束支撑，形成双重抗侧力体系，提升抗侧刚度与延性。设置位置需开放建筑功能限制并进行整体协同分析。\n2. 增设剪力墙或钢板墙：在钢框架内嵌钢板剪力墙或内填混凝土剪力墙，可有效提高抗侧承载力，但增加自重并影响基础。适用于高度较大的既有建筑。\n3. 屋盖与楼盖加固：增设水平支撑、更换或增加檩条、优化楼板组合作用，提高平面内刚度及整体稳定性。\n4. 基础加固与托换：当上部结构加固导致基础荷载增加时，可采用增大基础底面积、锚杆静压桩、树根桩等技术，必要时实施基础托换以保证沉降控制。\n\n四、建筑结构加固的共性方法与技术要点\n建筑结构加固涵盖混凝土、砌体、木结构及钢结构，既有共性亦有差异。作为广义体系，常用方法可归为：\n1. 直接加固法：如增大截面、外包钢、粘贴纤维材料、预应力加固等，通过提高构件承载力抵抗效应。\n2. 间接加固法：如增设支点、改变传力路径卸载或施加预应力造成反向内力，可通过结构体系调整改变荷载分布而降低原有构件负担效果。\n3. 整体加固法：如增设支撑、剪力墙、调谐质量阻尼器等，可改善整体动力特性以减少震动变形地震反应。\n技术要点包括：结合现场检测与鉴定确定结构现状（钢材强度、焊缝质量、锈蚀程度等）；采用合理软件建立三维模型并验证各类荷载工况；优先处理节点与连接，贯彻强节点弱构件准则；注重加固材料与原结构的粘结、连接及耐久匹配；施工过程推演控制安全，尤其在焊接和卸载阶段监测构件应力状态。\n\n五、发展趋势\n未来钢结构加固技术正向高性能材料应用、智能化评估及施工、性态抗震设计、绿色改造等领域不断发展。\n1. 高性能材料：包括高强碳纤维、芳纶纤维、超高性能混凝土和形状记忆合金用于结构自复位。\n2. 智能监测与数字化模拟：发展无线传感与无人机图像识别疲劳裂纹支持云端后处理。BIM+CIM多尺度技术为基础可实现检测加固运维全过程模拟。\n3. 性态优化及基于性能的抗震加固：选择性提高抗侧刚度或由集中消能支撑等手段调配多道设防体系以适应多种地震危险级别。\n4. 装配化干式加固新技术：如模块化钢支撑、法兰拼接阻尼器，可缩短工期且尊重最小干预审美需求与环境目标低影响，推动向高质量绿色低碳维护管理转型进程。 END.