吳煥強(qiáng)

引言

從20 世紀(jì)90 年代至今，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，社會生產(chǎn)力和人民生活水平得到了極大的提高。現(xiàn)如今， 許多老舊建筑因建設(shè)時(shí)的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)水平限制， 已無法滿足現(xiàn)代社會對生產(chǎn)力的要求和人們對改善生活條件的需求。 同時(shí)，隨著建筑結(jié)構(gòu)抗震防災(zāi)研究的日趨完善， 相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的更新?lián)Q代以及現(xiàn)代社會對建筑在震害中保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全能力的要求愈加嚴(yán)格， 許多老舊建筑不得不在達(dá)到原先設(shè)計(jì)使用年限前停止服役[1]。如何處理無法繼續(xù)使用的老舊建筑， 是當(dāng)今社會面臨的一個(gè)問題，亦是我國“十四五”規(guī)劃中目標(biāo)任務(wù)的內(nèi)容之一[2]，而對老舊建筑進(jìn)行功能改造升級并采取系列加固措施，則是當(dāng)前解決該問題、實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略目標(biāo)的一個(gè)良好方法。 本文將結(jié)合工程實(shí)例， 介紹20 世紀(jì)90 年代磚混結(jié)構(gòu)建筑的改造和加固方法， 以期能夠?yàn)槠渌嗨祈?xiàng)目提供設(shè)計(jì)思路借鑒。

工程概況

該建筑現(xiàn)狀為2 層磚混結(jié)構(gòu)（局部內(nèi)框架），并于其原屋面搭蓋了輕鋼結(jié)構(gòu)。 該建筑的承重結(jié)構(gòu)為240mm 厚實(shí)心磚墻和部分鋼筋混凝土柱，樓、 屋蓋均為現(xiàn)澆鋼筋混凝土板； 房屋高度約為9.1m，建筑面積約為350m2；該建筑建成于20 世紀(jì)90 年代，并作為賓館投入使用，其建筑平面布局如圖1 所示。 如今該建筑作為賓館已無法滿足業(yè)主的使用需求， 因而業(yè)主擬將其重新裝修改造為辦公樓繼續(xù)使用。 在改造之前，業(yè)主委托專業(yè)檢測公司對該建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)安全性鑒定。

結(jié)構(gòu)檢測及鑒定

由于該建筑缺少原始設(shè)計(jì)圖紙資料，故先對該建筑的建筑和結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀進(jìn)行了全面的調(diào)查，確定了結(jié)構(gòu)體系、傳力途徑、構(gòu)件屬性等信息，后采用中國建筑科學(xué)研究院的PKPM 系列結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件對該建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)建模和計(jì)算。

1.結(jié)構(gòu)檢測

在對結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體的安全性鑒定前，首先對結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)件進(jìn)行檢測。 根據(jù)材料的不同，檢測對象分為砌體構(gòu)件和混凝土構(gòu)件。 砌體構(gòu)件中，承重墻的砌筑質(zhì)量較為平整， 砌筑砂漿已出現(xiàn)粉化現(xiàn)象，砌筑實(shí)心磚暫未見明顯風(fēng)化，一層C 軸×4～5 軸處墻體窗洞頂部出現(xiàn)許多細(xì)小裂縫； 混凝土構(gòu)件中， 屋面層1 軸處懸挑梁端部出現(xiàn)混凝土松動破碎、鋼筋銹蝕的現(xiàn)象，其余混凝土構(gòu)件的結(jié)構(gòu)層外觀較平整，未見嚴(yán)重外觀質(zhì)量缺陷。

2.結(jié)構(gòu)安全性鑒定

（1）結(jié)構(gòu)整體牢固性

（2）圍護(hù)系統(tǒng)安全性

根據(jù)調(diào)查，屋面后期簡易加蓋輕鋼結(jié)構(gòu)，無正規(guī)設(shè)計(jì)、施工，結(jié)構(gòu)體系、整體性均較差，安全性不滿足規(guī)范要求。

（3）結(jié)構(gòu)承載功能

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果，該建筑部分洞口過梁采用平砌無筋磚過梁， 樓、 屋面主要受力的跨度為5m的混凝土梁端支承處磚墻上未設(shè)置混凝土墊塊。此外，根據(jù)PKPM 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件的計(jì)算結(jié)果，一層部分承重墻體、二層現(xiàn)澆混凝土樓板以及二層部分混凝土梁的構(gòu)件承載力不滿足規(guī)范要求（抗力與效應(yīng)之比小于0.95），由于篇幅有限，本文僅展現(xiàn)一層承重墻的受壓承載力計(jì)算圖，如圖2 所示。

3.結(jié)構(gòu)抗震鑒定

該建筑抗震設(shè)防烈度為7 度(0.10g)，根據(jù)《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》的相關(guān)規(guī)定，該建筑抗震設(shè)防類別為丙類(標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類)，應(yīng)按7 度設(shè)防烈度的要求核查其抗震措施。 該建筑建于20 世紀(jì)90年代，根據(jù)《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第1.0.4 條及1.0.5條，應(yīng)對該建筑采用B 類建筑抗震鑒定方法。

（1）抗震措施鑒定

該建筑存在多處構(gòu)造措施不滿足規(guī)范要求的地方，具體內(nèi)容為：房屋縱橫墻布置不均勻?qū)ΨQ，砂漿強(qiáng)度等級過低（所檢承重墻體砌筑砂漿強(qiáng)度平均值為1.0MPa），柱混凝土強(qiáng)度等級過低（所檢柱的混凝土強(qiáng)度平均值為15.4MPa），框架梁、柱未設(shè)置箍筋加密區(qū)。

三重四級桿氣質(zhì)聯(lián)用儀（GC型號：TRACE 1310，MS型號：ISQ-LT），美國賽默飛世爾科技公司；LRH-70型恒溫培養(yǎng)箱，上海一恒科學(xué)儀器有限公司；YXQ-LS-75G型立式壓力蒸汽滅菌鍋，上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；Breville-BJE500F型榨汁機(jī)，澳大利亞鉑富公司。

（2）抗震承載力驗(yàn)算

根據(jù)PKPM 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件的計(jì)算結(jié)果， 該建筑最弱樓層綜合抗震能力指數(shù)及平均抗震能力指數(shù)均小于1.0，不滿足抗震要求。軟件計(jì)算結(jié)果如圖3 所示。

綜上，該樓安全性及綜合抗震能力均不滿足規(guī)范要求，應(yīng)結(jié)合后續(xù)的改造內(nèi)容采取加固措施。

改造方案

根據(jù)業(yè)主方的意見， 擬將該建筑改造為辦公樓，改造后的建筑平面布局如圖4 所示（圖中陰影部分的墻體表示改造后新增的墻體，或者將原門窗洞進(jìn)行封堵）。對比新舊建筑平面布局（圖1 和圖5）可知，該樓一層原為餐廳，后新增墻體分隔空間并改為辦公室；二層原為客房，后改為辦公室；三層原為客房，后將該層鋼構(gòu)拆除，恢復(fù)為屋面層，新增屋面保溫隔熱層，并增加空調(diào)設(shè)備。 針對上述建筑平面布局的改動，結(jié)構(gòu)進(jìn)行如下改造：

1.一層4 軸×B～C 軸、5 軸×B～C 軸處新增墻體；

2.一層B 軸×1～2 軸處新增門洞，C 軸×2～3 軸處新增窗洞；

3.一層B 軸×2～5 軸處的窗洞更改為門洞；

4.一層B～C 軸×1 軸、B～C 軸×2 軸、B～C 軸×3 軸及C 軸×1～2 軸處門窗洞采用磚砌體進(jìn)行封堵；

5.屋面層1/B 軸×4～5 軸處新增空調(diào)設(shè)備基礎(chǔ)梁。

需注意的是，由于三層鋼構(gòu)拆除，三層樓面恢復(fù)為屋面， 其新增的保溫隔熱層平面荷載（2.5kN/m2）大于原建筑裝修平面荷載（1.5kN/m2）。 經(jīng)驗(yàn)算，屋面板支座處的承載力不足，需采取加固措施。

加固措施

根據(jù)結(jié)構(gòu)檢測鑒定報(bào)告中的內(nèi)容，可知該建筑存在結(jié)構(gòu)構(gòu)件缺陷、 結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施不滿足規(guī)范要求、結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力不足和結(jié)構(gòu)抗震能力不足等問題，其中豎向構(gòu)件承載力不足、抗震能力不足是該建筑安全隱患的主要問題所在， 應(yīng)進(jìn)行重點(diǎn)處理。本文以檢測鑒定報(bào)告為依據(jù)， 結(jié)合建筑改造方案，提出相應(yīng)的加固方案，重點(diǎn)展示建筑的豎向構(gòu)件加固措施，其結(jié)構(gòu)加固平面布置如圖5 所示，其余構(gòu)件加固方式做簡單的文字描述。 具體加固措施如下。

1.封堵洞口

針對承重墻段被拆除、新開洞口或原有洞口擴(kuò)寬的問題，采用磚砌體封堵的方式進(jìn)行處理，在圖5 中采用填充“”表示。 封堵洞口，可以減輕部分開洞對承重墻抗震的不利影響。

2.梁端增設(shè)混凝土壁柱

針對混凝土梁端支承處磚墻上未設(shè)置混凝土墊塊的問題， 在混凝土梁與承重墻搭接的端部，增設(shè)壁柱，在圖5 中標(biāo)注為“XZGZ”。 通過增設(shè)壁柱的方式，使混凝土梁傳遞而來的豎向力沿壁柱向下傳導(dǎo)，避免承重墻產(chǎn)生局部抗壓不足的問題。

3.洞口增設(shè)角鋼過梁

針對房屋部分洞口過梁采用平砌無筋磚過梁的問題，采用增設(shè)角鋼過梁的方式進(jìn)行加固，在圖5中采用填充“”表示，具體做法如圖6 所示。對于平砌無筋磚過梁的問題，亦可用增設(shè)鋼筋混凝土過梁的方式解決，但該方法施工周期長，且施工過程需鑿打原有磚砌體，風(fēng)險(xiǎn)較高。 而采用增設(shè)角鋼過梁的方法加固，施工簡單快捷，且可以避免對原磚砌體的破壞，更為安全。

4.墻體新增面層

針對部分承重墻砂漿強(qiáng)度過低和承載力、抗震能力不足的問題， 采用新增鋼筋混凝土面層的方式加固，在圖5 中采用線型“——”表示，新增鋼筋混凝土面層的具體加固做法如圖7 所示， 具體加固位置在一、 二層的A 軸×5～8 軸、B 軸×2～5軸、C 軸×1～8 軸、B～C 軸×1 軸、B～C 軸×2 軸、A～B軸×5 軸及A～C 軸×8 軸處。為保證縱、橫向承重墻能夠有更好的整體性， 新增鋼筋混凝土面層在縱橫墻交接處需設(shè)置豎向的加強(qiáng)鋼筋， 這里以C軸×2 軸處為例（如圖8 所示）。 對于建筑內(nèi)部其他抗力效應(yīng)比滿足規(guī)范要求的墻體， 為增強(qiáng)其耐久性，采用涂抹高延性混凝土的方式進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，在圖5 中采用線型“ ”表示。需要注意的是，部分承重墻存在砂漿粉化缺陷， 在對其采取加固補(bǔ)強(qiáng)措施前，需對墻體表面的溝槽進(jìn)行嵌縫。

5.柱增大截面

針對柱混凝土強(qiáng)度等級過低，以及柱未設(shè)置箍筋加密區(qū)的問題， 采用柱增大截面的方式進(jìn)行加固，在圖5 中標(biāo)注為“JDZ”，具體做法如圖9 所示。柱新增截面部分的混凝土強(qiáng)度等級為C30。通過增大截面來增設(shè)箍筋加密區(qū)，從而增加單根柱構(gòu)件的延性[3]。

6.梁增大截面或粘貼碳纖維布

對承載力不足、 未設(shè)置箍筋加密區(qū)的混凝土梁，采用增大截面的方式進(jìn)行加固。 若混凝土梁僅存在未設(shè)置箍筋加密區(qū)的問題，亦可用粘貼碳纖維布的方式進(jìn)行加固[4]。 通過上述兩種加固方式，提高混凝土梁的承載力和延性。 需要注意的是，二層1 軸處的懸挑梁端存在混凝土破碎松動和鋼筋銹蝕的缺陷， 在采取加固措施前需先對缺陷進(jìn)行處理。

7.板面新增面層

對承載力不足的二層、屋面層結(jié)構(gòu)板，分別采用新增聚合物改性水泥砂漿鋼筋網(wǎng)和新增鋼筋混凝土面層的方式進(jìn)行加固。

加固效果

對該建筑采取加固措施后，該建筑的安全性與抗震性能得到了顯著的提高。 受文章篇幅限值，本文僅展示加固后的一層承重墻的受壓承載力計(jì)算圖與抗震承載力計(jì)算圖，如圖10 所示。從圖中可以看出，墻體的受壓承載力與抗震承載力均有極大的提高，均能滿足現(xiàn)行規(guī)范要求（＞1）。 經(jīng)專業(yè)單位鑒定，該樓在改造后的建筑使用功能條件下，其結(jié)構(gòu)安全性鑒定評級為Bsu級，無需采取其他措施。

結(jié)語

受限于其建設(shè)年代的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)水平， 在如今的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)下， 該建筑在安全性和抗震性能方面都存在諸多不足，已無法繼續(xù)使用。通過采取墻體新增鋼筋混凝土面層、 新增壁柱、 封堵門窗洞口、 混凝土構(gòu)件增大截面和混凝土梁粘貼碳纖維布等措施對該建筑進(jìn)行加固， 同時(shí)對該建筑的建筑功能進(jìn)行改造， 使得該樓的建筑功能能夠滿足業(yè)主的使用需求，且經(jīng)專業(yè)單位鑒定，該樓完成加固施工后的結(jié)構(gòu)安全性和抗震性能均能滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

上述措施成功延長了該磚混結(jié)構(gòu)建筑的建筑壽命。對于其他的老舊磚混結(jié)構(gòu)建筑，如因建筑使用功能過時(shí)或安全性能不足而導(dǎo)致建筑無法繼續(xù)使用，可參考、借鑒本文的設(shè)計(jì)思路，通過對建筑使用功能進(jìn)行改造與對結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行加固， 實(shí)現(xiàn)建筑整體的升級更新與壽命延續(xù)。