安利寧

（甘肅第五建設集團公司，甘肅 天水 741000）

鋼筋混凝土框架結構加層改造設計實例及應用

安利寧

（甘肅第五建設集團公司，甘肅 天水 741000）

近年來，隨著我國經濟的騰飛，建筑行業(yè)也得到飛速發(fā)展，部分原有建筑設計已無法適應現代生活生產的需要。因為目前我國的土地資源非常緊缺，同時考慮經濟資源合理的配置，要完全廢棄已有建筑物而加以重建并不現實。因此對建筑物加層改造以及加固是大勢所趨。本文結合具體的工程實例來對鋼筋混凝土框架結構加層改造設計進行探討。

鋼筋混凝土；框架架構；加層改造；應用

0 引言

對已有建筑物加層，既能夠增加建筑的面積同時節(jié)約投資和建筑材料，降低各項生活設備以及市政設施的投入，并能夠避免因為拆遷等方面的工作而引發(fā)的不必要麻煩。建筑物加層可以解決建筑面積不足問題，同時有著適用性比較廣以及經濟性比較好的特點。尤其是在1990年前，我國大部分鋼筋混凝土的建筑在10層以下，同時使用的是框架、裝配式的單層廠房結構。這段時間的建筑結構設計施工的過程當中，大多數都未能很好考慮結構抗震的問題。因此隨著社會經濟的持續(xù)發(fā)展，這類建筑在加層的過程中也普遍面臨抗震方面的重新設計。

1 工程概況

上海某公司的5號建筑是已建2層的工業(yè)廠房，位于上海市的漕河涇開發(fā)區(qū)，占地面積為1 724 m2，已建的建筑面積是4 356 m2，建筑為鋼筋混凝土的框架結構。這一建筑原設計為4層，1992年建成2層之后就投入使用，設計的3、4層沒有繼續(xù)建設。2009年因為生產線的增加，廠方需要續(xù)建3、4層，同時改變建筑使用功能，導致樓層的使用荷載上升。上海市的相關部門要求續(xù)建之后建筑需要滿足現有的《建筑抗震設計規(guī)范》以及上海市的《建筑抗震設計規(guī)程》當中關于抗震設計方面的要求。針對這一問題，該工程在進行加層設計的時候，首先根據相關設計規(guī)范來進行結構的抗震分析，在結構上使用荷載根據最初設計的時候考慮荷載的大小，從而便于對工程的計算結果加以對比，同時對已建的結構完成抗震鑒定。

2 原有房屋結構的檢測鑒定

鋼筋混凝土框架結構加層需要堅持先鑒定后設計以及先加固后加層原則。對已有建筑加層的處理要對舊建筑的結構實行可靠性鑒定，從而確定已有建筑是否存在加層使用的潛力，包括建筑的施工質量存在缺陷隱患，使用過程中是否出現異常問題，建筑是否具備相應的加層條件，鑒定的結論則是加層設計的關鍵依據。根據加層改造設計的需要，該廠房鑒定從以下兩個方面開展。

2.1 地基的調查、復核

經對建筑上部結構進行的檢測發(fā)現，整個廠房的結構沒有裂縫、移位或者變化，能夠判定地基非常穩(wěn)定，沒有不均勻的沉降問題。經過鉆探勘察，發(fā)現地基承的載力是150 kPa，工程的電氣室部分在加層之后荷載上升，不過計算后證明的地基承載能力足夠而無需加固地基。變壓器室因為設備的荷載比較大，而按加層后的荷載驗算發(fā)現地基的承載力不夠，所以需要對地基加固處理。

2.2 檢測、校核原有基礎、梁、板、柱的承載能力

無論直接加層或者是對舊建筑的結構構件進行加固之后再加層，都應當校核原結構的構件承載的能力。所以需要根據結構構件具體的情況，來詳細地檢測以及校核之前的基礎以及梁、板、柱等環(huán)節(jié)的承載能力。通過對建筑結構現狀加以現場查勘最終發(fā)現，本廠房結構的構件較為完好。使用回彈以及鉆芯取樣來檢測混凝土強度，并經過試驗以及分析之后，廠房基礎以及梁、板、柱的混凝土強度都達到了C20，符合設計的強度[1]。同時經過檢測鋼筋強度、根數以及布置，也確定同之前的設計符合。所以根據具體的狀況進行復核計算，廠房主要的承重結構以及構件承載力可以滿足已有結構的要求。

3 加層設計

3.1 加層方案的選擇

一個經濟安全可行的鋼筋混凝土加層設計是加層改造成功的重要前提。加層設計要保證原結構安全，同時保證新結構安全。所以加層方案選擇時要遵循以下的原則。首先結構改造要盡可能利用之前的結構，同時優(yōu)化分析結構改造的設計方案。同時加層設計要盡量減少工作量，并且在符合使用要求前提下，控制加層層高，同時對四周的圍護墻體要使用大開窗。其次是新做樓面面層還有新加屋面恒載需要盡量少。同時新加層內以及外墻體需要使用輕質材料，從而做到實用、經濟同時縮短工期。由于該工程在施工的過程當中，底層的電氣室需要保持正常工作，也就是對原有結構加層不能波及操作間的運轉，所以在擬定加層方案的時候，需要考慮不同的可能性，從而逐級進行分析試算，選取合理結構型式，從而保證房屋的承載能力滿足使用要求，并且兼顧施工方便，從而選擇最優(yōu)的方案。由于加層之后房間用做電氣室，因此樓面要設置電纜溝，直接使用原屋面板就需要加固梁、板；所以在加層方案的設計過程中，在電氣室內增加樓面板，其中板面距之前的面板板面為2.0 m，同時標高是6.5 m，這一樓板同原屋面板間空間則鋪設電纜[2]，這樣一來就能夠避免對原屋的面板加固，同時保證原電氣室運轉。

3.2 加層結構的連接做法

在加層結構連接的做法方面，加層柱同下部連接是關鍵處理部位，因為原來框架柱未能預留鋼筋搭接，因此處理加層柱鋼筋連接是確保結構安全的核心。首先，在鋼筋連接的設計方面需要考慮受力要求，保證垂直力同水平力之間的傳遞。同時在施工的要求方面，對框架的節(jié)點以及梁柱鋼筋密集的地方要保證施工方便，如果使用鉆孔植筋技術則要保證鉆孔可行性，并盡可能減少對于原有結構的損傷，也就要做到連接的設計簡潔，從而降低鑿打以及鉆孔。

其次在鋼筋連接的方法方面，鋼筋同原構件連接可以分成直接連接即鋼筋焊或者錨在原構件以及間接連接即在原構件設鋼牛腿后焊接鋼筋。直接連接可以分成焊接連接以及鉆孔植筋。焊接連接是廣泛使用的連接方法，借助焊接連接將鋼筋連接從而確保受力的直接可靠。鉆孔植筋則可以分成一般植筋以及高性能植筋。使用水泥以及微膨脹黏結劑來固定的叫做一般植筋，而使用聚氨酯以及甲基丙烯酸酯等同與水泥等組成黏結劑固定的則是高性能植筋[3]。其中高性能植筋有著高強度以及高性能的優(yōu)點，在加固鋼筋連接過程中廣泛應用。間接連接則是通過焊接以及脹錨螺栓將鋼牛腿固定后焊接鋼筋，這一技術因為鋼牛腿可以承擔剪力能解決剪力大、結合面弱的情況。

再次，該工程鋼筋連接的方法選擇方面，因為原框架的節(jié)點處鋼筋比較多并且較為密集，所以在節(jié)點的頂部鉆孔困難，所以選擇使用鉆孔植筋法。在設計的過程中結合框架柱的加固而在柱腳部分設計鋼板，借助8個螺栓同原框架柱的頂面連接，同時焊接鋼板以及新柱鋼筋[4]。

3.3 結構的復核與加固

在一些實際加層的工程當中，往往會出現那些原有框架的結構構件截面以及配筋無法加層后荷載要求，所以需要對原結構加固處理。比較常見的加固技術有預應力技術、加大截面技術、外粘鋼板技術、改變結構傳力技術以及碳纖維技術等，每種加固技術都有其特點以及使用的范圍，因此需要根據相應的條件來進行選擇。該工程因為加層之后房屋的高度還有荷載都會出現變化，從而導致下部梁柱受力出現變化，所以對加層之后建筑柱、梁的內力變化還有承載力需要進行詳細復核，同時根據框架的計算原則，來計算加層之后建筑框架的梁柱內力，從而根據之前的框架梁柱截面的配筋來復核承載力。以軸框架柱為例，在加固設計的時候，可以使用角鋼L50×4采用濕式外包鋼技術來加固建筑的原框架柱[5]，不過在施工的時候，需要保證角鋼同原柱混凝土間的黏結要牢固，從而保證角鋼以及混凝土可以協同工作。從加層構造而言，加層的荷載通過框架的梁柱來傳遞，因而對原結構的樓板產生的影響比較小，經過驗算校核，發(fā)現框架梁配筋可以滿足加層截面配筋的要求，因此可以不必加固框架梁。

5 結語

該建筑于改造完成后經過2年實際使用，沒有發(fā)現安全問題，加層改造的效果優(yōu)良。通過這次加層改造的設計，說明鋼筋混凝土框架架構在加層設計的時候需要根據具體的改造要求同時結合已有的加固方法，從經濟安全以及可行原則出發(fā)來綜合衡量具體的加固方案。同時在制定加固的方案時，一方面要考慮可靠性等方面的結論以及加固的內容，還需要考慮加固之后建筑物總體的效應。例如加層加固的改造之后，整個建筑結構荷載出現變化，除要將新增部分合理設計之外，同時還應當對原有結構實行承載力驗算，無法滿足要求的那些構件也要予以加固處理，從而保證加固之后的建筑可以正常使用?？偠灾?，對舊建筑實行加層是值得推廣的技術，不過在操作的過程當中需要注意原本設計的層數，從而避免引發(fā)安全事故，同時要做好建筑的抗震性鑒定，最大限度開發(fā)已有建筑的使用價值。

[1]GB 50367—2012，混凝土結構加固設計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012：15-30.

[2]高劍平.國內外既有房屋加層改造發(fā)展概況[J].華東交通大學學報，2012，23（2）：113-114.

[3]龐明，朱杰利，蘇亮.輕型鋼結構增層設計的淺論[J].西部探礦工程，2013，12（5）：137-138.

[4]GBS 0292—2013，民用建筑可靠性鑒定標準[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013：205-208.

[5]廖文彬.新舊構件連接中的鋼筋連接方法探討[C].第十六界全國建筑物鑒定與加固改造學術會議論文集（下冊），2012：310-315.

TU375

A

1673-1093（2015）02-0070-03

安利寧（1985），男，甘肅成縣人，工程師，就職于甘肅第五建設集團公司，從事結構設計工作。

10.3969/j.issn.1673-1093.2015.02.017

2014-11-04；

2014-11-30