作者：敬登虎,曹双寅
出版社：东南大学出版社
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工程结构鉴定与加固改造技术——方法·实践试读：
前言
随着我国城市化发展的推进和社会对建筑功能及安全要求的不断提高，需要进行结构鉴定与加固改造的建筑物越来越多，这就要求在校的本科生、研究生以及相关技术人员应该掌握一些工程结构鉴定与加固改造技术方面的专业知识。一方面可以拓宽自己在土木工程领域的知识范围，另一方面也有助于今后的职业发展规划。
笔者长期以来一直在东南大学工程结构可靠性鉴定与加固技术研究开发中心从事研究与工程实践工作。该中心成立于1990年，是我国最早一批主要从事建筑物与构筑物结构损伤识别、安全性监测及结构可靠性检测鉴定、结构加固与改造、古建筑维护及加固修复等方面的科学研究和教学以及对外技术服务的科研单位。
本书的整个框架分为两大部分，即方法与实践。首先介绍建筑物/构筑物的可靠性鉴定、抗震鉴定、锈蚀混凝土构件以及火灾后结构构件鉴定的主要内容与技术要点。鉴于国内关于工程结构加固改造技术方面的书籍较多，现行相关规范与标准中也给出了详细的加固设计方法与步骤，在介绍加固方法时，本书对于计算理论与步骤将不再重复，而是主要从加固方法的概念和应用特点加以介绍，并且介绍了一些有代表性的试验研究内容，以便读者更加直观地理解和掌握所述加固方法的有效性。需要强调的是，由于各种试验的条件不完全相同，个别试验结果可能不完全一致，希望读者朋友们求大同存小异。此外，作者遴选了几个有代表性的工程案例以飨读者，工程案例中的依据规范或标准仍按项目实施时的标准，读者在参考时务必加以区分。
本书的出版有助于在校的本科生、研究生以及从事这方面工作的技术人员对工程结构的鉴定与加固改造技术有较为直观的认识和理解，能够帮助和提高他们在工程结构鉴定和加固改造技术方面的工作能力。诚然，本书在编写的过程中时间有限，笔者纵然有几十年从事这方面的科研与工程实践的经验，也难免考虑不周，自觉有一些不满之处，敬请读者批评指正。在编写过程中，笔者汲取了一些相关文献资料的精华，以及得到了南京东南建设工程安全鉴定有限公司、江苏东南特种技术工程有限公司在工程案例方面的资料支持，在此向他们表示诚挚的感谢。此外，感谢笔者科研团队的研究生为本书完成的相关研究内容与校对工作。敬登虎 曹双寅2014年10月于东南大学第1章绪论1.1工程结构鉴定与加固的发展历程
我国工程结构鉴定与加固改造技术学科的蓬勃发展开始于20世纪90年代初，历经二十多年所取得的成就十分令人瞩目。鉴于本书的适用范围，下面主要针对既有工业与民用建筑，介绍其在鉴定、加[1]固与治理改造方面二十多年来的发展情况。1.1.1 建筑物可靠性鉴定技术的发展
建筑物可靠性鉴定在二十多年间的发展一直较为平稳，其标准化效果也十分显著。以现行国家标准《工业建筑可靠性鉴定标准》（GB 50144—2008）、《民用建筑可靠性鉴定标准》（GB 50292—2014）、《建筑抗震鉴定标准》（GB 50023—2009）和《建筑结构检测技术标准》（GB/T 50344—2004）为基本架构，辅以约15本相关标准、规程的配套实施，已形成了一个以现代结构可靠性概念为基础，辅以工程经验判断并表达为实用模式的鉴定标准体系，在新、旧建筑物安全使用的保障上起到了重要作用。与此同时，我国建筑物可靠性鉴定队伍也日益壮大，在人员素质、技术水平和理论储备上逐年都有显著的提高。由住房和城乡建设部标准定额司委托上述各规范管理组对检测、鉴定人员所进行的宣讲、培训，更对这支队伍的成长起到很好的促进作用。1.1.2 建筑物加固技术的发展
我国结构加固技术的第一本国家标准发布于1992年，同年我国加固专业的协会标准也开始正式实施，迄今已二十多年。在此期间，大量加固技术从研发走向成熟。为了使这些加固技术能在工程上得到安全使用，国家陆续发布了一系列国家标准，如《混凝土结构加固设计规范》（GB 50367—2006）、《建筑结构加固工程施工质量验收规范》（GB 50550—2010）、《砌体结构加固设计规范》（GB 50702—2011）和《工程结构加固材料应用安全性鉴定规范》（GB 50728—2011）等，加上协会发布的《钢结构加固技术规范》（CECS 77—96）、《砖混结构房屋加层技术规范》（CECS 78—96）和《水泥复合砂浆钢筋网加固混凝土结构技术规程》（CECS 242—2008）以及近十本配套使用的国家标准、行业标准和协会标准，已基本形成一个加固专业的标准体系。这不仅促进了加固市场的蓬勃发展，而且对工程结构的加固设计和施工起到了安全保障的作用。若以结构胶的年用量来粗略测算结构加固发展的态势，则可以发现结构胶的年用量已从1992年的1 000余吨增加到2010年的10万吨，由此可以发现加固行业发展之潜力。1.1.3 既有建筑物治理改造技术的发展
20世纪90年代，美国劳工部门曾做出“建筑维护改造业在21世纪将是世界各国最受欢迎的九大行业之一”的预测。当时由于我国这一行业还仅限于一般的改、扩建工程，因而有不少专家还不认同这项预测。但时隔二十多年再回顾这一往事时，不禁使人感受到其正确的前瞻性。近几年来，我国的加固行业也开始往这方向发展，具体表现在：为建筑物安全质量事故进行的加固比重略趋下降，而为建筑物功能改变和性能提升进行现代化改造的综合治理比重正在冉冉上升，这一微动的信号标志着我国的加固改造业已悄然步入一个新时代。
根据德国相关资料统计，为建筑物治理改造而对既有结构进行的加固，其工程费用仅占总造价的12%～20%，而屋面和围护系统的维修与节能改造费用占47%以上，耗能、耗水设施的治理改造费用占37%左右。丹麦的粗略统计数字也很接近，即用于结构加固和建筑物治理改造的费用比例是1∶6。最近我国个别发达城市的初步统计大致为：用于结构加固的费用占总造价的10%～15%，用于屋面和围护系统改造的费用占25%～30%，其他服务设施的改造和更新约占36%，建筑物外部整体环境改造费用占8%。以上统计数据显示了本行业正在开辟可持续发展的新途径，可为建设资源节约型社会做出新贡献。这些现象值得大家关注、思考和筹划。1.2工程结构鉴定、加固改造的必要性1.2.1 材料劣化造成性能下降
建筑材料随着时间的增长，其耐久性能、力学性能会发生不同程度的降低。影响混凝土的耐久性因素主要涉及内部和外部两个方面，内部因素包括混凝土强度、密实性、水泥用量、水灰比、氯离子及碱含量、外加剂、保护层厚度等；外部因素包括温度、湿度、二氧化碳含量、侵蚀性介质等环境问题。此外还有设计不合理、施工质量差或使用过程中维修不当，所有这些因素共同起作用时，耐久性下降得很快。其中，混凝土的碳化及钢筋锈蚀是影响混凝土结构耐久性下降的最主要因素。碳化是混凝土中性化的常见形式，大气中的二氧化碳不断向混凝土内部扩散，并与其中的碱性水化物发生反应，使pH值下降。当混凝土的碳化深度达到钢筋表面时，钢筋表面的钝化膜会被破坏，之后钢筋会逐渐锈蚀。钢筋锈蚀一旦发生，就会产生多孔的氧化铁，并且在阳极区域内堆积。这些锈蚀的产物是原来钢铁体积的2～6倍，由此在混凝土内部产生膨胀力。当混凝土构件出现沿主要受力钢筋的锈胀裂缝，则意味着混凝土构件的承载能力急剧下降。图1-1是民国期间陪都重庆的中央银行办公楼，距今使用时间已超过80年，且在使用过程中完全被装修层覆盖，当混凝土结构出现明显劣化时没有被及时发现；后来在装修过程中，主体结构才发现存在严重的安全隐患。图1-2是混凝土结构典型的锈胀劣化损伤。图1-1 混凝土框架结构的劣化
钢材会生锈，这个问题就像钢结构本身一样古老，钢材锈蚀后其有效截面减少，对应的承载能力自然就降低。这里需要强调的是，即便再好的防锈涂料，也抵不住周边恶劣使用环境的长时间侵害，如生产氯化物的化工厂等。图1-2 混凝土结构中钢筋锈胀
木材可能受到虫蛀或干湿交替的快速腐烂，行业内有一说法：“干千年，湿万年，不干不湿就半年”最能体现木材的腐烂特点。2008年，我国云南剑川海门口遗址发现三千多年前的“干栏式”木建筑群，木房桩柱在隔绝氧气的环境下保存了三千多年没有腐化。图1-3是江苏省泰州市北山寺屋面结构中木材的腐烂与虫蛀，该寺始建于唐宝历元年（公元825年）。
砌体随着时间的推移也会发生劣化，最常见的劣化现象有：①砌块风化、片状脱落、开裂；②粘结材料受侵蚀。主要原因在于水分渗透和冻融循环等环境作用。图1-4是修建于明代的南京城墙表面风化现象。文献[2]通过对西安碑林博物馆历史建筑砖砌体的耐久性现状调查，以及砖表面物质的X-ray衍射分析，发现这些历史建筑普遍存在砖砌体耐久性劣化现象，并且随环境条件和建筑材料的不同，劣化程度存在明显差异。图1-3 木材的腐烂与虫蛀图1-4 条石砌体的风化1.2.2 建筑行业的整体发展趋势
建筑行业的整体发展趋势大体上可以分为三个阶段：第一个阶段为大规模新建或全面复建阶段，比如城市的整体搬迁，选择一片空旷之地或人口较少的城市进行全部新建或重新规划，如巴西的首都由原来的里约热内卢迁往现在的巴西利亚；战后或自然灾害后的建设，世界第一、第二次世界大战之后，少数城市几乎夷为平地，这样的城市需要大规模的恢复重建；我国2008年汶川5·12地震灾害之后，极个别受损特别严重的城市灾后也整体搬迁重建，如北川县城被整体搬迁至距此处20 km的新址，此时基本都是新建。第二阶段为新建与既有建筑物的改造与加固并重阶段，此时新建与既有建筑物的改造与加固之间的比重旗鼓相当，我国目前或今后的30年间基本处于这样的格局；但以拆建为主的建筑更新仍然是城市目前更新发展的主流方式，我国每年因此拆除的旧建筑占新建建筑面积的40%，而且大量被拆除建筑的使用年限还不到30年。第三阶段为既有建筑的维修与改造为主，即新建很少，主要是对既有建筑物进行维修与翻新改造。目前，很多发达国家基本处于这个阶段，如在英、美以及北欧等国家，新建房屋的行业市场开始萧条，而维修改造业比较兴旺发达（这些国家的建筑、结构大师们只能到世界其余欠发达国家或地区施展才华）。我国今后也必然会走上这一阶段，随着人口总数的降低，既有建筑物数量的饱和，根本没有必要再投入资金进行建筑物的新建。截至2010年的统计数据，我国城镇已使用15年和25年以上的需中修和大修的22住宅总量将分别达到52亿m和21亿m，再加上需要维修、改造的旧工业建筑物和公共建筑物等，既有建筑物已达到相当规模。1.2.3 可持续发展
近年来，我国住房和城乡建设发展迅速，城乡一体化进程加快，2城市规模也在不断扩大。据统计，我国现存建筑400多亿m，每年新2建约20亿m。当建筑物总量达到一个临界点时，既有建筑物的处理就面临个问题，即拆除旧的在原址新建，还是针对既有建筑物进行翻新与加固改造。如果大面积地拆除既有建筑物，其必然会产生数量庞大的建筑垃圾，并且造成很多不必要的浪费。诚然，目前社会上有一些再生资源利用的公司将部分建筑垃圾得以重新利用，但在产生建筑垃圾的同时，粉尘、噪音等危害也是层出不穷。因此，最好的保护环境和可持续性发展方针应该是尽量地延长建筑物的使用寿命，提高建筑物的维修与加固改造技术而不是大拆大建。在这里，有必要将我国建筑物的寿命与欧、美等国家进行对比，英国建筑物的平均寿命可达到132年，在世界上居首位，当你身处于英国的部分城市时，百年以上的房屋随处可见并且保存得非常完好；法国建筑物的平均寿命达到102年；欧洲其他国家建筑物的平均寿命普遍在80年以上；美国建筑物的寿命达到了74年。反观我国的建筑物寿命，2010年我国住建部副部长仇保兴在第六届国际绿色建筑与建筑节能大会上说我国是世界2上每年新建建筑量最大的国家，每年20亿m新建面积，相当于消耗了全世界40%的水泥和钢材，但这些建筑只持续了25～30年。如此短寿的建筑每年将产生数以亿吨计的建筑垃圾，给中国乃至世界带来巨大的环境威胁。根据公布的统计数据，截至2013年我国建筑垃圾的数量已占到城市垃圾总量的30%～40%。根据对砖混结构、混凝土现2浇结构等建筑物的施工材料损耗的粗略统计，在每万m建筑物的施2工过程中，仅建筑垃圾就会产生500～600 t；而每万m拆除的旧建筑中，将产生7 000～11 500 t建筑垃圾，更何况我国每年拆毁的既有建筑占建筑总量的40%。由上面的信息可以看出，我国的建筑物寿命相对于发达国家显的很短，主要根源并不在于我国建筑物本身的质量问题，而是人为拆除的部分所占比重较大。此外，部分建筑物在后期使用过程中未能得到正常维护也是原因之一。
值得庆幸的是，目前在城市建设中既有建筑物的“保护”和“改造再利用”已引起各界高度重视，具体体现在：文物建筑和历史性建筑的保护和再利用已引起社会各界的广泛重视。从20世纪80年代开始，管理部门等认识到了近代建筑的历史价值，对中国近代建筑的研究和保护纳入视野。20世纪90年代以来，随着城市建设迅猛发展和产业结构的调整，城市中大量既有工业与民用建筑已不能满足现代的功能需要，对这些既有建筑的改造和再利用也逐渐引起各界的重视，许多研究探讨和工程实践已开始实施。例如，上海市在2010年承办253届世界博览会时，园区内约有2万m历史建筑得以保留与保护，世博会博物馆与城市足迹馆都设在原江南造船厂的老建筑内；全国很多城市为了发展文化产业与旅游服务业等，越来越重视历史建筑物的保护与修缮工作，例如南京的1912街区、1860工业园区，昆明的文明街历史街区，平遥古城等。1.3工程结构鉴定、加固的原因
结合我国目前工程结构鉴定与加固的现状以及笔者多年来的工程实践经验，下面就工程结构鉴定、加固的主要原因进行简单的阐述，让读者对周边存在的一些现象与问题有个宏观上的掌握。1.3.1 设计和施工缺陷
现行《工程结构可靠性设计统一标准》（GB 50153）中规定建筑结构必须满足下列各项功能要求：能承受在正常施工和正常使用时可能出现的各种作用；在正常使用时具有良好的工作性能；在正常维护下具有足够的耐久性能；在偶然事件发生时及发生后，仍能保持必需的整体稳定性。同时，美国著名的结构工程师James E.Amrhein曾经说过如下这段原话：“Structural engineering is the art of molding materials we don' t wholly understand, into shapes we can' t fully analyze, so as to withstand forces we can' t really assess, in such a way that the community at large has no reason to suspect the extent of our ignorance.”在此引用上述关于结构工程的功能要求与一位著名结构工程师对结构工程的理解，目的是想说明在工程结构的设计过程中，错误的出现是很难完全避免的。这种设计错误有可能是设计人员本身的粗心大意与盲目自信，也有可能是设计人员所掌握的专业技术能力有限导致的。错误的设计内容涉及上部结构与地基基础，如图1-5中的钢屋架发生垮塌，原因在于钢屋架的上弦压杆设计时选取截面不当，造成受压承载力不足，引起屋架端部连接件的破坏。在图1-6中，由于房屋地基的埋置深度与基础形式选择不当，造成主体结构在修建的过程中就发生不均匀沉降，导致上部砖砌体墙产生明显的斜裂缝。此外，错误设计导致的工程问题有时也包括施工过程中的脚手架设计错误或者根本就没有进行设计等。目前，我国的个体承包施工单位较多，这些单位在施工时往往缺乏科学的管理制度与专业的技术人才，大多数施工行为都是基于已掌握的经验。图1-7是南京江宁区的某工地在浇筑混凝土时脚手架发生垮塌，倒塌处位于该工程主体结构的主入口，主入口的大厅是普通层高的三倍。施工单位在搭设脚手架、支模板浇筑混凝土时，脚手架未进行专门的计算与设计，依旧按照普通相邻上下楼层施工时的脚手架进行布置，致使脚手架竖向受压杆件的稳定性出现问题，最终导致该部分脚手架发生整体垮塌。图1-5 钢结构屋架垮塌图1-6 地基的不均匀沉降图1-7 脚手架设计错误的垮塌
这里所述的施工缺陷指的是施工质量达不到现行规范与标准对工程结构的安全性要求，此时造成的后果比仅仅未满足原设计要求的施工后果可能更严重。诚然，所有的施工质量应该首先要满足原图纸设计要求。但是，鉴于设计人员个体的差异，不同结构的图纸设计所反映的结构安全储备是不一样的。因此，在平时的工程结构鉴定过程中，一定会遇到一些工程结构的施工质量虽然未能满足原设计图纸的要求，如C40的混凝土强度等级，最后检测结果表明混凝土的强度推定值仅为35 MPa；但是，该结构可能依然满足现行相关设计规范与标准的安全性与使用性要求，只是其耐久性等方面相对略有欠缺。如果某工程结构一旦出现低劣的施工，则往往会给结构的安全性带来很大的安全隐患，甚至直接导致工程事故的发生。如图1-8中的砖砌体柱采用包芯砌法，降低构件的稳定性与承载能力，使得砖柱在雪荷载作用下发生倒塌。图1-9中混凝土梯段板施工完毕，模板拆除后发现梯段板跨中的空洞率太大，使得混凝土梯段板的有效面积严重降低，从而导致其承载能力降幅较大，存在安全隐患。图1-10为混凝土施工过程中水泥含量太低，造成局部混凝土严重疏松；该工程质量问题出现后，甲方隐瞒问题并将房屋墙面粉刷后交付给购房业主，业主在装修过程中才发现多处这样的问题。图1-10中出现的问题，使得底部受力钢筋与混凝土之间失去有效的粘结，此时混凝土抗弯承载力计算所采用的平截面假定则不成立，构件的抗弯承载力会降低。图1-11所反映的问题表明，在施工过程中施工组织与管理非常重要，由于地基土的开挖步骤与土体堆放管理不到位，造成上部主体结构发生不可弥补的整体倾倒，即使上部主体结构的工程质量再好也是无济于事。图1-8 砌体结构的包芯砌法图1-9 混凝土中的空洞图1-10 混凝土严重疏松图1-11 上海某高层倾倒1.3.2 建筑物的功能改造
随着我国既有建筑物的存量越来越高，更为了可持续发展与低能耗、低碳与环保的生活理念，对既有建筑物进行功能改造与提升是很有必要的。但是对既有建筑物进行功能改造时，必须要建立在科学的鉴定与合理的加固设计与施工基础之上，方能达到理想的效果。我国现行《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2010）中3.1.7条（强制性条文）明确指出“设计应明确结构的用途，在设计使用年限内未经技术鉴定或设计许可，不得改变结构的用途和使用环境”。改变用途和使用环境的情况（如超载使用、结构开洞、改变使用功能、使用环境恶化等）均会影响其安全性与使用年限。任何对结构的改变（无论是在建结构还是既有结构）均须经设计许可或技术鉴定，以保证结构在设计使用年限内的安全和使用功能。《混凝土结构设计规范》是结构工程师们从事结构设计所需要遵循的主要设计规范之一，这也就表明工程结构的技术鉴定工作有其不可撼动的重要性。基于技术鉴定的结果，最终才能决定相关结构构件是否需要进行加固或耐久性处理，即鉴定结论中明确结构构件不符合现行相关设计规范与标准时，则应进行加固或耐久性处理；否则，就不需要采取措施。在进行结构构件的鉴定时，主要依赖功能改造后荷载大小的变化、荷载传递路线的改变、既有结构材料的性能、既有结构的几何参数、后续使用年限等技术参数。下面就几个建筑物功能改造的成功案例与施工过程中应当避免的做法进行简单介绍。
图1-12为南京某两层既有砖混办公楼的改造，该房屋建造于1960年左右，业主单位希望通过改造使得底部变为大空间停车库。图1-12（a）为该办公楼改造前的状况，图1-12（b）为改造施工中的状况，图1-12（c）为改造后的现状。该工程是由某专业鉴定机构进行技术鉴定，并由专业设计部门进行加固设计，最后业主单位通过公开招标完成的。2010年1月份该工程开始施工，年底正式投入使用，目前使用状况良好。
图1-13为南京某酒店裙楼4层会议室的抽柱大空间改造（将其中一根框架柱抽掉，原来8.0 m×8.2 m的柱网变为16.0 m×16.4 m），该酒店修建于1998年，塔楼共51层，裙楼共6层。该工程由专业鉴定机构鉴定与设计，并于2007年9月底由专业加固施工队伍完成竣工，已投入正常使用至今。图1-12 南京某两层砖混结构房屋改造
图1-14分别是两处既有砖混结构房屋在进行大空间改造时非常不合理与野蛮的施工。图1-14（a）所示在拆除预制板支承处承重墙的过程中，没有采取任何的临时支承与保护措施。此时，预制楼板仅依靠上部现浇混凝土面层以及预制板之间的填缝勉强维持该部分楼面的整体性，该部分楼板在受到外荷载的干扰下随时可能发生垮塌的危险。图1-14（b）所示在进行改造时，业主单位委托其装饰公司提供结构改造设计方案，该装饰公司为节约成本或图省事没有进行任何的技术鉴定和专业的加固设计，仅凭借自己不成熟的经验进行改造设计。当现浇楼板下的承重墙被拆除后，该区域现浇楼板的受力方式发生了根本变化，即原本是支承在墙体上的连续板（支座位置的顶部受力钢筋承担了很大一部分弯矩）；现在，当承重墙被移除后，底部所需受力钢筋的数量以及构造措施发生了明显的变化。此时，如不采取有效的加固处理措施，该部分楼板就存在很大的安全隐患。
图1-15为江苏无锡惠山区某个建筑面积400多平方米的老办公楼在进行装修时瞬间坍塌，倒塌时间为2011年6月19日上午，当时现场有16名施工人员被埋。该房屋为20世纪80年代所建的老式办公用房，属于砖混结构。图1-16为浙江奉化市大成路居敬小区一幢5层居民住宅楼在使用过程中发生整体倒塌，倒塌时间为2014年4月4日上午，该小区的建造历史为17～18年。图1-13 南京某酒店托梁抽柱图1-14 既有砖混结构房屋功能改造中的错误案例图1-15 砖混办公楼装修时整体倒塌图1-16 砖混住宅楼使用时整体倒塌
上述一些项目为国内比较典型的功能改造失败案例。那么在国外，由于不适当的功能改造导致房屋发生局部甚至整体垮塌的也屡见不鲜，下面就两个影响力很大的房屋倒塌案例进行介绍。
韩国首都首尔的三丰百货大楼垮塌事故。三丰百货大楼于1989年下半年竣工，1990年7月投入正常使用。1995年6月29日，大楼几乎在20 s内发生倒塌，共造成502人死亡，900多人受伤，是韩国历史上由于房屋倒塌伤亡最严重的一起工程事故。根据当时的技术分析资料与新闻报道，导致三丰百货大楼发生垮塌的原因较多，但是部分楼层的擅自改造使得荷载增加是其中重要原因之一。图1-17 孟加拉国4·24大楼倒塌现场
另外一件就是发生于2013年4月24日上午9时许（孟加拉当地时间），萨瓦尔镇一栋名为拉纳购物中心的八层商用楼房突然倒塌（图1-17）。楼内有数百间商铺、五家制衣厂和一家银行，共有3 000多名工作人员。根据当地媒体报道，该楼房建于2006年，楼房初期建造时不到八层，后期擅自加层并改变其使用功能，即使用荷载大幅增加。据报道，这栋楼房3月23日已出现裂缝，当局要求停止使用、禁止人员出入，但制衣厂厂主无视上述要求，仍然要求工人继续工作。该楼房的倒塌造成的死亡人数超过1 000人，属于截至目前世界上建筑物因工程质量问题发生倒塌而产生伤亡最严重的一次事故。1.3.3 地震、火灾以及爆炸等灾害
地震、火灾以及爆炸等灾害发生后（图1-18、图1-19），受损建筑物是否能直接继续投入使用，如果不能直接投入使用，需要采取何种加固措施进行处理等，都需要进行科学的技术鉴定与加固设计、施工。对于受损特别严重的建筑物，还需要进行受损建筑物的适修性评估，即进行建筑物加固维修的经济指标分析。图1-18 地震灾害建筑物损伤图1-19 火灾后建筑物损伤
此外，对于一般受到火灾损害的建筑物，如果发生火灾时建筑物是处于出租状态，那么此时还存在业主单位与承租人之间的经济纠纷，在双方进入司法程序时，法院为了客观处理案情，需要找专业的技术鉴定单位进行技术鉴定，并委托专业的设计单位提出加固维修方案，协助法院作出公正、合理的理赔数目。1.3.4 结构设计标准的提高
每个国家关于结构工程的设计标准与其经济水平是密切相关的。在新中国刚成立时期，经济水平比较落后，当时解决温饱问题是头等大事，在房屋设计时可能就不会去关注抗震方面的问题。1976年7月28日，我国唐山市发生了7.8级大地震，唐山市顷刻间夷为平地，造成24万多人死亡，重伤16万多人。自此，我国逐渐重视工程结构的抗震设防。比如，砌体结构提出了增设圈梁、构造柱等要求。
随着经济发展水平的不断提高，工程结构设计的安全度也越来越高，主要体现在分项系数、荷载取值等方面的调整。例如，现行《建筑结构荷载规范》（GB 50009）中增加恒荷载的分项系数1.35的组合；混凝土材料分项系数由1.35调整为1.4；楼面一般活荷载标准值22由1.5 kN/m调整为2.0 kN/m等。目前，我国现行设计规范与标准相对发达国家而言，其安全度水平可能还偏低，例如在美国，恒荷载的分项系数取1.4，活荷载的分项系数取1.7；我国按活荷载效应控制组合时，恒荷载的分项系数取1.2，活荷载的分项系数取1.4。图1-20 2008年5·12汶川地震中未受损的幼儿园
既然结构设计安全度是逐渐提高的，那么采用现行的规范与标准去判定既有建筑物（按照早期设计规范与标准进行设计与施工），则很多既有建筑物可能存在或多或少的缺陷；尤其是早期没有进行抗震设计的建筑物，其抗震鉴定基本上是不满足要求的。当然，对于不满足现行抗震鉴定要求的房屋，如果进行必要的抗震加固设计，则完全能够保证建筑物在地震（不高于设防烈度）发生时处于安全状态。图1-20就是一个有力的证明，该幼儿园教学楼在发生汶川5·12大地震之前进行了抗震加固，在地震发生后几乎没有出现任何明显的结构损伤。这也从另一个方面证明了工程结构进行鉴定与加固是很有必要的。1.3.5 优秀历史建筑的保护
中国优秀的历史建筑蕴藏着深厚的历史价值、科学价值和艺术价值。根据每个建筑所承载的不同背景，对此进行加固修复的原则也是不相同的。2005年7月，天津市人大常委会通过《天津市历史风貌建筑保护条例》（于2005年9月1日起施行）。在该条例中，首次对历史风貌建筑的概念进行了法律界定，并将其分为特殊保护、重点保护和一般保护三个保护等级。《天津市历史风貌建筑保护条例》规定，对于特殊保护的历史风貌建筑，不得改变建筑的外部造型，不得改变内部的主体结构、平面布局和重要装饰；重点保护的历史风貌建筑，不得改变建筑的外部造型，不得改变内部的重要结构和重要装饰；一般保护的历史风貌建筑，不得改变建筑的外部造型、色彩和重要饰面材料。这就表明，在对历史建筑进行保护修缮的过程中，常规土木工程中的一些加固改造技术（如增大截面法、钢筋网混凝土面层等）可能会受到很多限制而难以实施。因此，既要达到“修旧如故”或“修旧如旧”的相对高标准，又要保证能有效提高既有历史建筑的安全度，这就要求我国的工程结构加固技术人员不断探索与创新，发现并完善适用于历史建筑保护和修缮的加固改造技术。
历史建筑由于年代久远，如果保护和修缮不及时，其结构或部分构件不可避免地存在一定的破损和安全隐患，大体上表现为以下几种类型问题：①环境侵蚀、风化或虫蛀（木结构）等外部因素削弱了构件的断面，从而降低其承载能力；②材料的老化，降低了构件或结构的承载能力；③构件连接处的不牢固，降低了结构的整体性；④地基基础的下陷引起上部结构的附加应力造成其破坏；⑤地震等偶然作用造成结构或构件的严重破损或倒塌；⑥使用功能的调整以及其他不利因素带来的结构或构件的承载力不足。《中华人民共和国文物保护法》于1982年11月19日第五届全国人民代表大会常务委员会第二十五次会议通过，之后分别于1991年、2007年作过两次修改。目前，在我国很多历史文化名城里，优秀的历史建筑物、构筑物数量比较多，再加上生活水平在不断地提高，市民对历史建筑物、构筑物的保护意识也在逐渐增强。下面结合笔者近几年完成的位于南京的几个典型项目进行简单介绍。此外，也介绍两个国外项目的保护供参考。图1-21 南京重要近现代建筑
图1-21为江苏邮政管理局旧址，位于南京市下关区大马路六十二号。南京邮政事业始于光绪二十三年（1897年），南京辟为通商口岸后，光绪二十五年（1899年）正式在下关设立南京邮政局。民国元年（1912年），中华民国临时政府成立后，改大清邮传部为交通部，改大清邮政局为中华邮政局。民国三年（1914年）南京邮政局改称为江苏邮务管理局，地址在大石桥，管辖除上海及其附近地区以外的江苏省内各地邮政局所447处。民国七年（1918年），由于人员及邮局业务的发展，遂于下关大马路建造新局，新局建筑为钢筋混凝土结构，主体为三层、部分为两层。1929年江苏邮务管理局更名为江苏邮政管理局；该建筑物属于江苏省省级文物保护单位。
图1-22是位于南京秦淮区的七桥瓮桥早期现状，目前已完成维修与加固，并于2013年被列入国家文物保护单位。七桥瓮桥始建于明代正统五年（公元1440年），距今已接近600年，属于砖石砌筑的拱桥。由于其桥拱如瓮，一共有七个，因此人们称之为“七桥瓮桥”。
图1-23是位于南京江宁区方山西北麓的方山定林寺塔，1982年被批准为江苏省省级文物保护单位。于1995年起，相关部门曾对该塔进行过测绘，发现塔身由于地基问题造成的倾斜比较严重，随后开展加固设计、施工等维修保护工作。该塔始建于南宋乾道九年（公元1173年），塔高约14.50 m，属于七级八面仿木结构楼阁式砖塔。之前由于年久失修，塔身最大倾斜达到7.59度。2003年经过一次纠偏与加固后，目前的倾斜度基本保留在5.5度左右，超过举世闻名的比萨斜塔目前的倾斜角（比萨斜塔最大倾斜角于1990—2001年间为5.5度，现为3.99度）。图1-22 南京七桥瓮桥图1-23 方山定林寺塔
图1-24是位于南京江宁区东山镇上坊东北角的一座古墓。该古墓经考古专家鉴定后，确定其修建于六朝时代，距今1 500年至1 800年，故在此称之为江宁上坊六朝古墓。江宁上坊六朝古墓发掘后发现，古墓结构存在破损缺失，墓坑渗水积水严重。为了再现六朝时期墓室修建的土工技术，彰显当时的建筑形制，以及更好地保护历史文物。南京市相关文物管理部门委托笔者所在部门对江宁上坊六朝古墓的结构现状进行勘察，并对拟复原后结构在不同工况（覆土）下的安全性进行模拟分析，并根据分析结果，提出古墓结构保护和墓坑渗水的治理方案。图1-24 江宁上坊六朝古墓
图1-25为南京午朝门的修缮工程。午朝门位于中山门内、御道街北端，正名为午门，是明朝时期传达圣旨的地方，也是皇帝处分大臣之处。明朝的宫廷之变，给连午门在内的宫城造成重创，接着清初、清咸丰和同治年间接二连三的战火，辛亥革命时期的盗抢，给这块昔日皇家之地造成了巨大的破坏，门上建筑荡然无存。午朝门是明故宫现存唯一的地面建筑，距今已有六百多年的历史，有着十分重要的历史价值。图1-25 午朝门修缮工程
图1-26所示的Albert纪念钟塔位于北爱尔兰首府贝尔法斯特的女王广场，其竣工于1869年，总高度为34.44 m，是贝尔法斯特的地标之一。Albert纪念钟塔是建在靠近Farset河的软土和农垦地上，基础采用的是木桩。竣工后，由于地基的不均匀沉降造成塔顶倾斜偏离中心线的最大距离为122 cm。2002年，为了控制不断发展的倾斜，管理部门对Albert塔的木桩地基进行了加固。图1-26 Albert纪念钟塔
关于优秀历史建筑的修缮与保护，通常有不同的观点发生碰撞。一种观点就是对其进行维修加固，甚至复建，在具体实施过程中努力使其外表做到“修旧如旧”，甚至“修旧如故”；另一种观点就是属于遗迹保护，只要被保护对象不发生倒塌，则不采取任何措施对其进行变动，这样也会给参观者一种很好的历史沧桑感。图1-27是位于北爱尔兰的Dunluce城堡，图1-28是位于英格兰的Penrith城堡。这些城堡属于典型的遗迹保护，当地管理部门没有进行复建和任何大规模的维修，只是尽量保护现状并延续其寿命。图1-27 爱尔兰（Dunluce）城堡遗迹现状图1-28 英格兰（Penrith）城堡遗迹现状
对于历史建筑，什么时候应该修复，什么时候更适宜于拆除重建。在一些有经验的建筑师看来，历史性建筑的修复可能比新建花费还要大。尽管如此，当建筑物以其历史地位著称时，即使已完全荒废不适[3]宜预期的用途，也很难将其完全拆除。参考文献[1]王德华，梁爽．建筑物鉴定与加固改造学科蓬勃发展二十年回顾与前景展望[C]//土木工程结构检测鉴定与加固改造新进展——第十一届全国建筑物鉴定与加固改造学术交流会议论文集．北京：中国建材工业出版社，2012:3-5.[2]刘西光，董振平，王庆霖．历史建筑砖砌体耐久性研究[J]．四川建筑科学研究，2012,38（2）:96-100.[3]（美）亚历山大·纽曼．建筑物的结构修复：方法·细部·设计实例[M]．惠云玲，郝挺宇，等译．北京：中国建筑工业出版社，2008.第2章建筑物/ 构筑物可靠性鉴定工业与民用建筑或构筑物在使用过程中，不仅需要正常的管理与维护，而且在经过若干年正常使用后，还需要及时的修缮，这样才能使其有效地完成原设计所赋予的功能。然而，实际工程中不可避免地存在一些结构构件，或因设计、施工、使用不当而需要加固，或因用途变更而需要改造，或因使用环境变化而需要处理等。为了做好上述这些工作，首先必须对建筑物/构筑物在安全性、使用性和耐久性方面出现的问题有全面的了解，从而作出安全、合理、经济、可行的方案。本章所阐述的内容就是对这些问题进行正确评价的要点。诚然，要想对工程结构的鉴定工作进行全面的掌握，绝不是通过阅读一本或两本书籍就可以实现的，这是一个首先掌握相关的理论知识，然后在长期的工程实践中逐步应用与积累经验的过程。2.1鉴定的分类、依据和程序2.1.1 鉴定的分类（1）按委托单位的性质可分为司法鉴定与社会鉴定。
司法鉴定：司法鉴定通常是指司法鉴定机构根据审判机关的授权，委托法定技术鉴定单位对工程造价、工程质量、机电设备、房地产、国有资产、有价证券等进行的鉴定和评估活动。司法鉴定机构要求对技术鉴定的全过程、技术鉴定单位及鉴定人的执业资格、鉴定项目的项目资料及检测与鉴定的方法、鉴定的依据、鉴定的标准等，进行合法性审查和监督。审判机关对司法鉴定结果进行质证和认证。技术鉴定由具备相关鉴定资格的技术单位完成，司法鉴定机构派出监督员对技术鉴定的全过程进行合法性监督。
司法鉴定实行公开制度。公开的内容包括：技术鉴定单位的名称及资质、鉴定人和监督员的姓名及资料、鉴定日程、鉴定方法、鉴定标准、鉴定资料（应当保密的除外）、鉴定所依据的法规和技术规范、鉴定的结果等。凡是进入司法鉴定程序，审判机关应当依照法定程序出具委托书，委托司法鉴定机构进行司法鉴定。委托书应当提出明确、具体的鉴定要求，并附鉴定所需要的相关资料和法律文书。审判机关和当事人对司法鉴定工作应当给予配合。
对审判机关委托的鉴定，凡是鉴定要求明确具体、鉴定资料基本齐全、能够开展鉴定工作的，司法鉴定机构应当接受委托，并与委托单位签订接受鉴定委托协议书。凡是不具备鉴定条件、无法开展鉴定工作的，司法鉴定机构应当说明理由，及时退回委托。司法鉴定机构接受委托后，需要选定技术鉴定单位（该类单位一般应在省高级人民法院入册备案）。司法鉴定机构每次确定技术鉴定单位时，应从若干选定技术鉴定单位中进行非人为主观因素干扰的随机确定。
工程结构司法鉴定的主要功能是专业的技术鉴定单位协助审判机关处理民事诉讼案件，使得案件的判决结果更加公正、公平、合理与科学。目前随着我国公民的法律意识急剧增强，司法鉴定项目在整个鉴定项目中所占的比例也逐渐提高。在国外，与我国工程结构司法鉴定相类似的Forensic Engineering同样也越来越受到政府和工程界的重视。
社会鉴定：社会鉴定是指除了上述司法鉴定之外的工程结构鉴定项目。例如，个人对自己所居住房屋的工程质量不放心或在进行建筑物功能改造时，通过委托专业的技术鉴定单位对其进行安全性、使用性或结构改造可行性评定。（2）按鉴定项目的内容可以分为工程质量、相邻施工影响、既有建筑物/构筑物安全现状、建筑物/构筑物改造可行性、工程事故原因及影响、灾后鉴定等。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]