既有建筑结构改造技术研究与应用

(整期优先)网络出版时间:2025-01-23
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既有建筑结构改造技术研究与应用

蔡少龙许强陈军锋

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摘要:随着城市化进程的加快,旧区改造和历史建筑保护逐渐成为社会关注的焦点,既有建筑结构改造技术在建筑领域的研究与应用显得尤为关键。本文全面系统地分析了既有建筑在改造过程中遭遇的一系列关键技术挑战,涵盖了结构检测与评估、加固技术、体系转换以及抗震性能提升等关键环节。通过深入剖析具体工程案例,本文展示了这些改造技术的实际应用成效,旨在为同类型的改造工程提供科学的理论指导和丰富的实践借鉴,进一步推动既有建筑结构改造技术的创新发展。

既有建筑;结构改造;加固技术;抗震性能;应用研究

一、引言

既有建筑结构改造是指在确保原有建筑的基本框架的前提下,通过现代化技术手段对建筑进行结构补强、功能提升或外观更新。随着我国城市化进程的推进和历史文化的保护需求增长,越来越多的既有建筑需要通过改造来满足现代化的使用需求或保护需求。因此,深入研究既有建筑的结构改造技术,对于推动建筑物的可持续发展、延长建筑物的使用寿命、减少建设成本和环境影响具有重要的现实意义和长远价值。

二、既有建筑结构改造的关键技术问题

2.1 结构检测与评估

在建筑改造前,首先需对既有建筑进行全面而深入的结构检测和评估。这通常涉及材料性能测试、结构损伤诊断、承载力评估等多方面。结构的现状评估是制定改造计划和设计方案的前提,它直接关系到后续改造工程的安全性和可靠性。

2.2 结构加固技术

根据结构现状和改造需求,结构加固技术可分为多种方法,包括但不限于增大截面法、外包角钢法、粘贴碳纤维布等。不同的加固技术针对的问题和适应的范围不同,选择合适的加固技术是确保改造成功的关键。

2.3 结构体系转换

在部分改造工程中,可能需要对建筑的结构体系进行转换,如将纯框架结构改造为框剪结构或框筒结构。此时,处理新旧结构的连接和协同工作问题,保障整体结构的稳定性和安全性,是改造中的难点与重点。

2.4 抗震性能提升

提升既有建筑的抗震性能是改造中的重要考虑因素,特别是在地震多发区域。通过增设抗震构件、优化结构布局、使用高性能建材等方式,可以显著提高建筑的抗震能力,使其满足现行的抗震设计标准。

三、既有建筑结构改造技术的应用研究

3.1工程背景

本研究选取了位于城市中心的一栋建于1980年代的办公楼作为研究对象。该建筑原始设计为办公用途,现计划改造为集购物、娱乐、餐饮于一体的商业综合体。这一转变不仅需要调整建筑的使用功能,还应提升其结构安全性和抗震性能,以适应更高人流量和设备负荷的需求。

3.2结构检测与评估

在改造前,我们对该建筑进行了全面的结构检测与评估。检测发现,由于长期使用和材料老化,建筑存在多处结构问题,主要包括混凝土强度不足、钢筋锈蚀严重,以及远低于现行标准的抗震设防能力。这些问题需要在改造中得到有效解决,以确保建筑的安全性和功能性。

3.3结构改造方案

针对检测出的问题,我们设计了以下改造方案:首先,通过使用碳纤维布加固主要承重结构,如梁和柱,以提高其承载能力和耐久性。其次,在建筑的关键部位增设剪力墙,以增强整体抗震性能。再对楼板进行局部加固,使其能承受更高的使用负荷。最后,全面更新机电系统和消防设施,确保符合现代商业综合体的安全和使用标准。这些措施旨在提升建筑的结构安全性、使用功能和抗震性能,满足商业综合体的使用需求,并确保长期的运营安全与效率。

3.4改造效果分析

改造完成后,通过现场监测和数值模拟的方式,对建筑的结构安全性、使用功能及抗震性能进行了再次评估。结果表明,加固后的构件承载力平均提高了30%,同时,新增的剪力墙显著提高了建筑的整体抗震性能。机电系统和消防设施的升级也使得建筑的运营更加安全和高效。

四、结构改造技术的应用效果

4.1 结构加固技术的应用效果

在本次办公楼改造中,我们采用了多种结构加固技术来提升建筑的安全性和功能性。其中,碳纤维布加固技术被广泛应用于梁、柱等主要承重构件的加固。通过对比加固前后的荷载测试数据,我们发现加固后的构件承载力平均提高了30%,并且构件的刚度和延展性也得到了显著改善。此外,我们还在关键部位增设了剪力墙,这不仅提高了建筑的整体抗震能力,还优化了空间布局,为商业综合体的功能需求创造了条件。

4.2 结构体系转换的应用效果

由于办公楼改造为商业综合体,其使用功能发生了显著变化,因此需要进行结构体系的转换。在本次改造中,我们将原有的框架结构部分转换为框剪结构,以提高建筑的抗震性能和承载能力。通过精心设计和施工,新旧结构之间的连接和协同工作问题得到了有效解决。改造后的建筑在承受模拟地震荷载测试时,表现出了良好的抗震性能,最大层间位移角满足了现行规范的要求。

4.3 抗震性能提升的应用效果

提升建筑抗震性能的改造实践中,我们不仅实施了结构加固和体系转换,还针对性地对建筑的抗震构件进行了精细化优化设计,并对整体结构布局进行了合理调整。通过改造前后的抗震性能对比分析,数据清晰地显示出建筑的固有周期显著缩短,地震作用下的结构响应显著降低。更为重要的是,结构的变形能力和耗能能力得到了显著增强,这意味着在地震发生时,建筑能够更有效地分散和吸收地震能量,从而大幅提升了结构的整体安全性和稳定性,为建筑抵御地震灾害提供了更为坚实的保障。

4.4 机电系统和消防设施的改善效果

结构改造的同时,我们对建筑的机电系统和消防设施也进行了同步的全面升级。新的机电系统通过引入高效节能的设备和优化管道布局,显著提升了空调、供暖和供电系统的运行效率与稳定性,降低了能源消耗。为了增强建筑的消防安全能力,我们增设了先进的自动喷水灭火系统和灵敏的火灾报警系统,确保在火灾发生时能够迅速作出反应,有效控制火势。这些综合性的改善措施不仅极大提升了建筑的使用功能性和居住舒适度,同时也大幅增强了建筑的安全防护能力和应急响应能力。

五、结论与展望

5.1 结论

本文针对既有建筑结构改造的关键技术问题进行了研究,并通过实际工程案例分析了改造技术的应用效果。研究结果表明,合理的结构检测与评估是制定改造方案的基础;选择合适的结构加固技术和体系转换方法能够有效提升建筑的安全性和功能性;而抗震性能的提升则是确保建筑在地震作用下安全的关键。此外,机电系统和消防设施的改善也是提升建筑整体性能的重要方面。通过本次工程实践,我们验证了改造方案的有效性,为今后类似工程提供了参考和借鉴。

5.2 展望

展望未来,随着新材料、新技术的不断发展,既有建筑结构改造技术将更加成熟和多样化。我们期待更多的创新技术能够应用于实际工程中,以实现建筑行业的绿色发展。同时,我们也应该关注改造过程中的经济性和环境影响,力求在保证建筑安全和功能性的同时,实现资源的节约和环境的保护。此外,加强国际合作和交流,共享改造技术的经验和成果,也将有助于推动全球建筑行业的可持续发展。

参考文献:

[1]张永超.结构加固技术在既有建筑改造工程的应用研究[J].工程机械与维修,2024,(02):206-208.

[2]李东伟.既有建筑结构加固改造原则及技术分析[J].中国建筑金属结构,2023,22(08):77-79.

[3]张彤炜,既有建筑更新改造关键技术研究.广东省,东莞市建筑科学研究院有限公司,2022-04-22.