老旧房屋整体加固改造设计方法探讨

某住宅结构原设计为底框砌体结构，现拟将房屋的一梯一户和一梯两户改为一梯两户和一梯三户，需对其进行整体抗震和承载力加固。对加固方案进行了详细的说明，其中用到了目前结构加固中常用的增大截面法、外粘型钢加固法、粘贴钢板加固法等方法。采用PKPM软件的Satwe模块进行了加固效果分析。

1 工程概况

该房屋位于上海，建成于2006年，原建筑设计使用功能为住宅，自建成后处于空置状态。房屋建筑平面近似矩形，东西向总长度65.54m，南北向宽度12.24m，室内外高差0.15m。房屋分东西两个单体，东侧单体为7层砌体结构，西侧单体为5层的底部框架-剪力墙结构。房屋建筑结构概况详见表1。现拟将西侧单体的一梯一户改为一梯两户，将东侧单体的一梯两户改为一梯三户。

2  原结构验算结果

考虑拟改造方案，用PKPM结构设计软件建立合理的计算模型对原结构进行验算。

抗震设防要求：改造后使用年限为50年；抗震设防烈度为7度（0.1g），设计地震分组为第二组，特征周期为0.90s，场地类别为上海Ⅳ类。底部框架剪力墙部分框架抗震等级取为二级，剪力墙抗震等级取为二级。

风荷载：基本风压取0.55kN/m2，地面粗糙度取B类。

活荷载取值主要依据实际建筑功能按照国家标准《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）确定，。楼（屋）面恒荷载的确定根据改造方案中建筑楼面构造做法确定,分隔墙荷载根据墙体材料、厚度和高度确定。房屋梁、板、柱等结构自重由计算软件自动导算，考虑混凝土构件表面粉刷层的重量，混凝土容重近似取26kN/m3，基本雪压取0.20kN/m2。

材料：依据房屋的抗震鉴定报告，砖强度、砂浆强度、钢筋以及混凝土强度根据原设计数据取值。

依据房屋的抗震鉴定报告，构件截面尺寸按照原设计图纸取值。

通过分析和计算，反映出以下几个问题：

（1）底框刚度比

改造后，底框刚度比远超抗震规范限值。

（2）墙抗震验算、墙受压承载力、墙体高厚比

抗力与效应比值、抗力与荷载效应比值以及高厚比与允许高厚比值均存在小于规范要求的最小限值情况。

（3）底框部分的钢筋混凝土构件配筋和砌体中梁、板的配筋复核

将计算结果与原来设计图纸进行对比发现，局部底框梁、柱的配筋不足，局部砌体标准层梁、板的配筋不足。

（4）地基基础验算

采用板元法基础结构有限元程序JCCAD进行基础验算，表明既有基础基本满足要求。新增阳台和门厅需要增设相应基础。

（5）抗震构造措施

西侧一层底框中的框架柱箍筋间距设置不满足现有抗震构造措施要求，西侧二层和东侧一~三层的所有砌体承重墙以及楼梯间的所有砌体承重的构造不满足要求。

由于户型的变动引起的上部结构的变动有：

（1）少数砌体承重墙体的拆除，相应搁置于承重墙体上的梁支座缺失，墙顶圈梁变承重梁；

（2）一根框架柱的拆除；

（3）剪力墙体的开洞；

（4）隔墙的增加引起局部相应楼板上的荷载增加。

结合以上分析和验算，房屋静承载力和抗震都不能满足规范要求，为了保证结构的安全性，必须对房屋结构进行加固处理。

3  加固方案及加固后计算结果

通过对结构体系的整体分析，并结合现场实际施工条件，房屋使用的空间要求，以及委托方的要求，本着经济适用的原则提出了以下的加固方案。

3.1承载力不足的加固

对配筋不足的底部框架剪力墙的梁采用外粘型钢加固法处理，由于层高的条件限制，加之配筋不足量超过了40%，所以排除了增大截面加固法和粘贴碳纤维加固法。

对砌体中的圈梁采用增大截面法加固处理，支座缺失的梁采用梁接长的方法加固处理，对新增隔墙下板跨过大处采用板下增设钢筋混凝土梁的方法处理。

对配筋不足的板采用粘贴钢板加固法处理，新开通风洞口的板采用粘贴碳纤维加固法处理。配筋不足的楼板，委托方担心后期住宅出售后再装修时板面加固层易遭破坏，从而排除了粘贴碳纤维加固方法。

对剪力墙开洞部位采用图集13G311-1中墙开洞型钢加固法处理。

根据计算结果和地勘资料，考虑到施工影响，对于新增阳台基础采用增做钢筋混凝土锚杆静压桩+梁式基础的方法处理，并规定基础梁强度达到100%后再进行桩施工；新增门厅处的基础采用增设筏板的方法处理。

3.2抗震加固

抗震加固方案如下：

由于西侧单体一层中剪力墙开洞和一根框架柱拆除，导致底框刚度比不足，采用接长开洞的剪力墙，以及拆除框架柱的附近增设剪力墙处理方法，以增加底框结构抗侧力刚度；

框架柱加密区箍筋配置不能满足现行抗震设计规范中对抗震构造措施的相关规定，因柱截面高度和截面高宽比比较大，住宅空间需求等原因，选用外粘型钢加固法处理；

对构造不满足要求的砌体承重墙体，采用钢筋网水泥砂浆面层加固法和增设构造柱加固法处理。

3.3加固后计算结果

（1）底框刚度比

加固后，底框刚度满足规范要求。

（2）墙抗震验算、墙受压承载力、墙体高厚比

加固后抗力与效应比值、抗力与荷载效应比值以及高厚比与允许高厚比值均达到规范要求。

（3）底框部分的钢筋混凝土构件配筋和砌体中梁、板的配筋复核

通过上述方案加固改造后，结构未出现梁、柱超筋现象。

（4）地基基础验算

新增阳台和门厅处增设基础的沉降、桩基反力等均满足要求。

由此可见，上述加固方案有效可行，加固后的结构能满足改造后的使用要求。

4  结论

从本工程实例可以看出，住宅楼的结构涵盖了砌体结构和钢筋混凝土结构两种形式，抗震加固既要考虑砌体相关的加固要求，又要考虑钢筋混凝土结构的加固要求，两种结构抗震加固的碰撞中，又要兼顾使用空间使用要求和施工可行性，还得达到良好的经济效益，相信无论是对砌体结构还是钢筋混凝土结构的住宅楼的改造加固工程都具有一定的借鉴意义。

参考文献：

[1]GB50068-2001 建筑结构可靠度设计统一标准

[2]GB50009-2012 建筑结构荷载规范

[3]GB50010-2010 混凝土结构设计规范

[4]GB50003-2011 砌体结构设计规范

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[6]GB50702-2011 砌体结构加固设计规范

[7]GB50367-2013 混凝土结构加固设计规范

[8]GB50223-2008 建筑抗震设防分类标准

[9]GB50007-2011 建筑地基基础设计规范

[10]DGJ08-11-2010 地基基础设计规范

[11]DGJ08-81-2015 现有建筑抗震鉴定与加固规程

[12]JGJ 123-2012 既有建筑地基基础加固技术规范  

[13]JGJ116-2009 建筑抗震加固技术规程

[14]JGJ145-2013 混凝土结构后锚固技术规程

[15]CECS78:96 砖混结构房屋加层技术规范

[16]JGJ/T13-94 设置钢筋混凝土构造柱多层砖房抗震技术规程

[17]JGJ/T178-2009 补偿收缩混凝土应用技术规程