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摘 要：一些老旧房屋由于使用功能提高，后期加设大型水箱，水箱重几吨到十几吨，这么重的水箱对30年楼龄的老旧房屋将产生不小的荷载。这些荷载对房屋的结构安全是否会造成影响，梁、板、柱、基础是否安全，文章以真实工程分析大型水箱对老旧房屋的结构性能影响。
关键词：老旧房屋；大型水箱；结构性能
在我国20世纪七八十年代城市规模无规划发展，一些医院、学校等单位建了很多楼房，且没有正规的规划批建，容积率很高。后来随着城市的不断发展，规划报批规范，容积率不能超过规定的要求，一些单位的老旧房屋即使使用功能、结构安全等不能满足现代的需要，也不能重建，因为一旦拆除，由于原有容积率太高也不能被批建，因此现在很多老旧房屋有加固、重装修、增加使用功能等需求。在学校、医院等宿舍因热水需求的加大，会在屋顶增加较多较大的水箱，如图1，一个水箱一般5-10吨重，一栋7层楼的宿舍一般需增加7-8个水箱，这么多的水箱对30年楼龄的老旧房屋将产生不小的荷载，这些荷载对房屋的结构安全是否会造成影响，本文以真实工程分析大型水箱对老旧房屋屋顶的结构性能影响。
一、工程介绍
本工程为广州某高校于1994年建设的一栋学生宿舍楼，共7层，层高3m，框架结构，标准层平面图如图2，因增加热水供应及消防供水需在屋顶增设总计50多吨重的水箱。
二、设计方案
本工程有两排纵向柱，每一排横向框架带两边悬挑梁，分别挑出阳台和洗手间，由于洗手间荷载比阳台大，故将水箱安排在靠近阳台一侧的柱，如图3。
水箱重心尽量靠近柱，减少对梁板的影响，特别是悬挑梁的影响。水箱吨位选择，柱尺寸400X500，C30混凝土由于碳化降低一级取C25，由于柱轴压比为0.8，比三级框架柱轴压比限制值0.85小0.05，故取小于0.05倍轴压比的吨位，， 6个热水水箱每个重为7吨，2个消防水箱8吨，水箱下安装钢架，使水箱荷载作用在每根梁距支座1/6处。
三、结构性能分析
应用SATWE软件对没有水箱荷载和有水箱荷载分别建模分析，就多种结构方案的轴压比、框架梁的弯矩和剪力、悬挑梁的弯矩和剪力、梁的配筋量分别进行分析，得出加设水箱产生的荷载对房屋的影响，为实际工程提供参考。
（一）柱轴压比的影响
由于水箱的重心较接近柱的位置，因此水箱对柱的影响主要是轴压比的影响，通过两种情况建模分析，无水箱时柱的轴压比为0.8，有水箱时柱的轴压比为0.84，满足三级框架柱轴压比小于0.85的要求。
（二）框架梁内力及配筋的影响
与一根柱相连有四根梁：一根横向框架梁、两根纵向框架梁、一根悬挑梁，如图4，分别对横向框架梁、纵向框架梁、悬挑梁进行对比分析。如表1：
通过表1数据可以得到以下结论：（1）由于纵向框架梁较短，水箱荷载作用点距跨中较近，而且纵向框架梁两点均作用水箱荷载，所产生的弯矩增量较大，增大1倍，剪力增加77%，说明水箱荷载对框架梁的内力影响很大。（2）悬挑梁的弯矩增大20%，剪力增大34%，说明水箱荷载对悬挑梁的内力影响很大。（3）从配筋量来说，由于梁的尺寸为200X500，顶层梁的内力较小，所以对于框架梁来说有无水箱荷载均取构造配筋，配筋量不变；对于悬挑梁由于荷载较大，已经按计算配筋，所以所配筋量也应相应增大。
工程建议，增设的水箱荷载对梁的内力影响很大，应核对梁的配筋量，对于顶层框架梁一般为构造配筋，水箱荷载一般不会影响梁的配筋量，而对于悬挑梁一般会影响梁的配筋量，因此工程中应避免悬挑梁承受增加的水箱荷载。
（三）柱内力及配筋的影响
顶层柱内力无水箱时N=-242.4KN，M=-1.8KN·m，单侧纵筋面积为7cm2，箍筋面积为1cm2。有水箱时N=-325.4KN，M=-1.8KN·m，单侧纵筋面积为7cm2，箍筋面积为1cm2。顶层柱轴力增加80KN，弯矩无影响，配筋量无影响。
底层柱内力无水箱时N=-2060KN，M=124KN·m，单侧纵筋面积为9cm2，箍筋面积为2.6cm2。有水箱时N=-2150KN，M=124.3KN·m，单侧纵筋面积为11cm2，箍筋面积为3.1cm2。顶层柱轴力增加90KN，弯矩无影响，纵筋配筋量增加22.2%，箍筋筋量增加19.3%。
工程建议，增设水箱荷载对柱的轴力增加，由于底层柱为小偏压柱，增加轴力对底层柱的配筋量有明显影响，工程中应核对底层柱纵筋和箍筋的配筋量。
（四）基础的影响
由于水箱吨位取柱轴向承载力的5%，因此增设的水箱荷载使基底压力增大5%，一般基础设计的安全系数不小于20%，因此基础可以不需核对承载力。
四、结语
在老舊房屋屋顶增设大型水箱一般可按照不大于柱0.05倍轴向承载力选取水箱吨位，并为水箱设计钢架支承，水箱荷载一般宜集中在柱中心，但不可使悬臂梁承受增加的水箱荷载。
水箱荷载一般对梁的内力会有较大影响，应核对梁的配筋，但由于顶层梁内力较小，一般是构造配筋，所以水箱荷载一般不会影响梁的配筋。
水箱荷载会增加柱的轴力，弯矩基本没有影响。由于顶层柱一般为大偏心受压柱，增加压力不会产生不利配筋，因此水箱荷载对顶层柱承载力一般不会有影响，而底层柱为小偏心受压柱，增加压力会产生不利配筋，因此应核对水箱荷载对底层柱承载力的影响。由于选取水箱荷载不超柱轴向承载力的5%，因此对基础来说一般是安全的。
参考文献：
[1]梅全亭，王建国.旧房加层中地基基础的设计与施工技术[A].重庆岩石力学与工程学会第一届学术讨论会，1992.
[2]曾铁梅，袁海庆.浅谈外套式框架旧房加层改造中的应用[A].第十届全国结构工程学术会议论文集第Ⅲ卷，2001：512-514.
[3]陈继红.浅谈屋顶水箱设置[J].工程与建设，2000，（04）：35-36.
[4]孙建平.屋顶水箱设计探讨[J].当代建设，2000，（06）：23.
关键词：老旧房屋；大型水箱；结构性能
在我国20世纪七八十年代城市规模无规划发展，一些医院、学校等单位建了很多楼房，且没有正规的规划批建，容积率很高。后来随着城市的不断发展，规划报批规范，容积率不能超过规定的要求，一些单位的老旧房屋即使使用功能、结构安全等不能满足现代的需要，也不能重建，因为一旦拆除，由于原有容积率太高也不能被批建，因此现在很多老旧房屋有加固、重装修、增加使用功能等需求。在学校、医院等宿舍因热水需求的加大，会在屋顶增加较多较大的水箱，如图1，一个水箱一般5-10吨重，一栋7层楼的宿舍一般需增加7-8个水箱，这么多的水箱对30年楼龄的老旧房屋将产生不小的荷载，这些荷载对房屋的结构安全是否会造成影响，本文以真实工程分析大型水箱对老旧房屋屋顶的结构性能影响。
一、工程介绍
本工程为广州某高校于1994年建设的一栋学生宿舍楼，共7层，层高3m，框架结构，标准层平面图如图2，因增加热水供应及消防供水需在屋顶增设总计50多吨重的水箱。
二、设计方案
本工程有两排纵向柱，每一排横向框架带两边悬挑梁，分别挑出阳台和洗手间，由于洗手间荷载比阳台大，故将水箱安排在靠近阳台一侧的柱，如图3。
水箱重心尽量靠近柱，减少对梁板的影响，特别是悬挑梁的影响。水箱吨位选择，柱尺寸400X500，C30混凝土由于碳化降低一级取C25，由于柱轴压比为0.8，比三级框架柱轴压比限制值0.85小0.05，故取小于0.05倍轴压比的吨位，， 6个热水水箱每个重为7吨，2个消防水箱8吨，水箱下安装钢架，使水箱荷载作用在每根梁距支座1/6处。
三、结构性能分析
应用SATWE软件对没有水箱荷载和有水箱荷载分别建模分析，就多种结构方案的轴压比、框架梁的弯矩和剪力、悬挑梁的弯矩和剪力、梁的配筋量分别进行分析，得出加设水箱产生的荷载对房屋的影响，为实际工程提供参考。
（一）柱轴压比的影响
由于水箱的重心较接近柱的位置，因此水箱对柱的影响主要是轴压比的影响，通过两种情况建模分析，无水箱时柱的轴压比为0.8，有水箱时柱的轴压比为0.84，满足三级框架柱轴压比小于0.85的要求。
（二）框架梁内力及配筋的影响
与一根柱相连有四根梁：一根横向框架梁、两根纵向框架梁、一根悬挑梁，如图4，分别对横向框架梁、纵向框架梁、悬挑梁进行对比分析。如表1：
通过表1数据可以得到以下结论：（1）由于纵向框架梁较短，水箱荷载作用点距跨中较近，而且纵向框架梁两点均作用水箱荷载，所产生的弯矩增量较大，增大1倍，剪力增加77%，说明水箱荷载对框架梁的内力影响很大。（2）悬挑梁的弯矩增大20%，剪力增大34%，说明水箱荷载对悬挑梁的内力影响很大。（3）从配筋量来说，由于梁的尺寸为200X500，顶层梁的内力较小，所以对于框架梁来说有无水箱荷载均取构造配筋，配筋量不变；对于悬挑梁由于荷载较大，已经按计算配筋，所以所配筋量也应相应增大。
工程建议，增设的水箱荷载对梁的内力影响很大，应核对梁的配筋量，对于顶层框架梁一般为构造配筋，水箱荷载一般不会影响梁的配筋量，而对于悬挑梁一般会影响梁的配筋量，因此工程中应避免悬挑梁承受增加的水箱荷载。
（三）柱内力及配筋的影响
顶层柱内力无水箱时N=-242.4KN，M=-1.8KN·m，单侧纵筋面积为7cm2，箍筋面积为1cm2。有水箱时N=-325.4KN，M=-1.8KN·m，单侧纵筋面积为7cm2，箍筋面积为1cm2。顶层柱轴力增加80KN，弯矩无影响，配筋量无影响。
底层柱内力无水箱时N=-2060KN，M=124KN·m，单侧纵筋面积为9cm2，箍筋面积为2.6cm2。有水箱时N=-2150KN，M=124.3KN·m，单侧纵筋面积为11cm2，箍筋面积为3.1cm2。顶层柱轴力增加90KN，弯矩无影响，纵筋配筋量增加22.2%，箍筋筋量增加19.3%。
工程建议，增设水箱荷载对柱的轴力增加，由于底层柱为小偏压柱，增加轴力对底层柱的配筋量有明显影响，工程中应核对底层柱纵筋和箍筋的配筋量。
（四）基础的影响
由于水箱吨位取柱轴向承载力的5%，因此增设的水箱荷载使基底压力增大5%，一般基础设计的安全系数不小于20%，因此基础可以不需核对承载力。
四、结语
在老舊房屋屋顶增设大型水箱一般可按照不大于柱0.05倍轴向承载力选取水箱吨位，并为水箱设计钢架支承，水箱荷载一般宜集中在柱中心，但不可使悬臂梁承受增加的水箱荷载。
水箱荷载一般对梁的内力会有较大影响，应核对梁的配筋，但由于顶层梁内力较小，一般是构造配筋，所以水箱荷载一般不会影响梁的配筋。
水箱荷载会增加柱的轴力，弯矩基本没有影响。由于顶层柱一般为大偏心受压柱，增加压力不会产生不利配筋，因此水箱荷载对顶层柱承载力一般不会有影响，而底层柱为小偏心受压柱，增加压力会产生不利配筋，因此应核对水箱荷载对底层柱承载力的影响。由于选取水箱荷载不超柱轴向承载力的5%，因此对基础来说一般是安全的。
参考文献：
[1]梅全亭，王建国.旧房加层中地基基础的设计与施工技术[A].重庆岩石力学与工程学会第一届学术讨论会，1992.
[2]曾铁梅，袁海庆.浅谈外套式框架旧房加层改造中的应用[A].第十届全国结构工程学术会议论文集第Ⅲ卷，2001：512-514.
[3]陈继红.浅谈屋顶水箱设置[J].工程与建设，2000，（04）：35-36.
[4]孙建平.屋顶水箱设计探讨[J].当代建设，2000，（06）：23.