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摘 要：既有房屋，有的由于使用性质改变而导致荷载增加；有的为了增加使用面积，在层高较大的部位或在屋顶上进行加层；有的为满足节能有关规定，需将楼层周边凹凸部分补平改造；有的需要进行抗震加固；有的由于遭受火灾、超载、地基不均匀沉降等原因需要进行加固处理等。既有房屋的改造、加固日益增多。因此，建筑结构设计人员根据形势的发展应不但能熟练地从事新建筑的结构设计，还要逐渐熟悉和掌握对既有房屋的改造和加固设计工作。本文结合实例工程对高层办公楼改造加固设计进行探讨。
关键词：房屋改造工程；结构设计；加固
前言
随着经济的发展和社会的变化，特别是自然灾害的频繁发生。现代的人们不仅要求建筑物满足现代的美观和居住要求，还对其安全性、稳固性具有要求。目前我国有很多的建筑物随着年限的增长存在着质量隐患和安全隐患，对于人们的生命安全存在着挑战。因此,探讨房屋建筑加固改造的结构设计具有非常重要的现实意义。
1、 工程概况
本改造工程其办公楼为地下2层、地上9层（局部10层），结构体系为现浇钢筋混凝土框架-剪力墙结构，基础为箱形基础，楼板大部分采用160mm厚6.0×6.4m雙向现浇板。本建筑物于1993年建成并投入使用。
2、 工程改造内容
根据装修改造建筑方案，办公楼内非结构构件全部拆除，地面装饰面层全部剔除，然后重新铺设石材和地砖，本次改造所涉及的结构内容有：（1）卫生间改造、位置变换；（2）部分房间改变使用功能(改造为会议室，资料室等)；（3）外立面改造、窗户位置前移；（4）对新开门洞剪力墙进行墙体加固；（5）新增加电井、屋面增加设备基础和水箱间等进行梁板补强；（6）由于本工程属于改造工程，结构构件经过多年使用可能存在保护层脱落和裂缝等现象，所以应全面检查原结构缺陷并进行适当的补强加固处理。
3、 工程结构鉴定
3.1 房屋可靠性鉴定及结论
根据《民用建筑可靠性鉴定标准》规定要求，在建筑物大修前的全面检查时应进行可靠性鉴定，其中包括安全性鉴定和正常使用性鉴定。现场检测结果表明：（1）外观质量检查中未发现严重影响结构安全使用的损伤与缺陷；（2）混凝土强度总体基本满足现行规范对混凝土最低强度等级的要求；（3）钢筋配置和构件尺寸基本满足原设计要求；（4）混凝土碳化深度和钢筋锈蚀情况基本正常；（5）根据该楼高度、平面尺寸、层数等条件选择采用的框架—剪力墙结构体系较合理，结构传力途径明确。鉴定结论：根据办公楼地基基础、上部承重结构和围护系统承重部分构件的承载能力R/r0S、构造、位移或变形、受力裂缝和非受力裂缝的安全性评定结果和子单元的安全性评定结果，依据《民用建筑可靠性鉴定标准》（GB50292-1999）第8.1条的规定，评定安全性等级为Asu级。
3.2 建筑抗震鉴定及结论
该建筑尚在使用期内，原设计已考虑抗震设防，现有设防要求也未提高，现因业主的变更而进行全面装修改造，但并未改变结构用途和使用环境，仍为办公用房，根据现行《建筑抗震鉴定标准》的要求是不必要做抗震鉴定的，但是针对业主要求改造后延长使用年限的要求，对该建筑进行了抗震鉴定。按照原设计的完成时间推断原结构设计所依据的规范为国家78系列规范，未提及结构合理使用年限。按照《建筑抗震鉴定标准》规定在20世纪80年代建造的现有建筑的后续使用年限宜采用40年，在20世纪90年代建造的现有建筑的后续使用年限不宜少于40年，因此采用后续使用年限40年的B类建筑抗震鉴定方法，用中国建筑科学研究院编制的PKPMCAD系列混凝土结构鉴定加固软件进行抗震性能验算，鉴定结论：第一级鉴定及第二级鉴定均满足《建筑抗震鉴定标准》（GB50023-2009）的要求。
3.3 鉴定报告建议
建议对原有露筋部分进行补强加固，若延长使用年限，须进行抗震加固。对此楼进行改造时，须对改造后承载力有变化且承载力不足的构件及开洞等受损构件进行补强加固，对底部重要竖向构件进行加固以增加结构整体抗震性能。
4、 结构加固的内容
4.1 抗震加固
根据业主延长使用期的要求，后续使用年限为50年的现有建筑，需按现行国家标准《建筑抗震设计规范》（GB50011）的要求进行抗震鉴定。验算结果表明：该楼大部分剪力墙底部和部分框架柱所配主筋、部分框架柱箍筋加密区、非加密区不满足现行规范要求，角柱、楼梯间短柱未考虑箍筋全高加密，剪力墙也没有设置边缘构件，需要对承载力不满足要求的构件进行抗震加固，提高结构抗震承载力，满足抗震要求。
4.2 补强加固
通过严格控制装修荷载，在进行装修改造方案和材料的选择上也可根据原结构的承载能力进行控制，尽可能地避免增加荷载，减少伤筋动骨，减少对结构的加固处理。对建筑物的耐久性损伤及结构裂缝采取措施进行处理，满足继续使用50年的要求。
5、 结构加固的措施
5.1 加固剪力墙底部加强区：具体为钢筋混凝土套加厚地下1层、地上1、2层的混凝土墙，并用钢构套加固洞口，起到剪力墙边缘构件的作用。
5.2 结合南北向扩建增设圈梁及构造柱等抗震构造措施
在多层砖混房屋中设备沿楼标高的水平圈梁，可加强内外墙的连接，增强房屋的整体性，以充分发挥各片墙体的抗震能力。圈梁作为边缘构件，对装配式楼、屋盖在水平面内进行约束，可提高楼盖、屋盖的水平刚度，同时能保证楼盖起一整体横隔板的作用。圈梁与结构柱一起对墙体在竖向平面内进行约束，限制墙裂缝的开展，且不沿伸超出两道圈梁之间的墙体，并减小裂缝与水平的夹角，保证墙体的整体性和变形能力，提高墙体的抗剪能力。设置圈梁还可以减轻地震时地基不均匀沉陷与地表裂缝对房屋的影响，特别是屋盖和基础顶面处的圈梁具有提高房屋的竖向刚度和抗御不均匀沉陷的能力。
砖墙增设构造柱后能够提高砖混房屋的延性（图3），发挥防止砖砌体侧向挤出塌落的约束作用。设置钢筋混凝土构造柱能使砌体的抗剪承载力提高10%-30%，提高砌体的变形能力，是有效的抗倒塌措施。另外，再多层砖混房屋中合理地设置构造柱，能起到增强房屋整体性的作用，还可以利用其塑性变形和滑移摩擦来消耗地震能量，从而大大提高抗震能力。
5.3 对墙体采用双面钢筋网砂浆面层加固以加强墙体的承载能力及抗震性能。
钢筋网砂浆面层加固（图4），是在面层砂浆中配设一道钢筋网或钢板网或焊接钢丝网，达到提高墙体承载力和变形性能（延性）的一种加固方法，优点是出平面抗弯强度有较大幅度提高，平面内抗剪强度和延性提高较多，墙体抗裂性有较大幅度改善。新增面层还能起到减小预制板跨度、增加板搁置长度的作用。
5.4 钢构套加固角柱、楼梯间短柱等需要加强抗剪能力的构件。
5.5 钢筋混凝土套加固框架梁、柱：因纵筋和箍筋不够而抗震承载力不足的构件，以及轴压比超限的柱。
5.6 对个别使用功能调整，荷载增加，可能对局部楼板、梁、柱的受力产生影响，采取局部梁板的加固处理，板底粘贴碳纤维布，梁粘钢加固。
5.7 配合建筑、设备、电气专业的装修改造进行的局部结构开洞与封堵：（1）墙开洞加固：采用包钢加固方法进行加固；（2）楼板开洞加固：采用板底粘碳纤维方法加固；（3）梁开洞加固：采用粘钢加固方法进行加固；（4）墙、板小洞口（直径＜300mm）封堵：采用浇筑灌浆料直接进行封堵；（5）墙大洞口封堵：砌填充墙封堵；（6）板大洞口封堵：板上原洞口周边凿毛，用新配钢筋植入周边结构，浇筑灌浆料封堵洞口。开洞时需要采用水钻钻孔，尽量少切断钢筋，锚固可采用植筋和化学锚栓等。
5.8 裂缝修补：施工中根据原结构情况，针对原结构墙、梁、板上出现的裂缝进行如下处理：当裂缝宽度＜0.3mm时，采用环氧树脂浆液进行表面封闭；当裂缝宽度＞0.3mm且＜0.7mm时，采用环氧树脂浆液压力灌注；当裂缝宽度＞0.7mm时，应报设计人员另行处理。
5.9 钢筋阻锈：根据施工现场情况，对结构构件（梁、板、柱、墙）保护层胀裂脱落的构件，应剔除开裂部位混凝土，将锈蚀钢筋除锈后刷钢筋阻锈剂，抹一层聚合物砂浆,再粘碳纤维补强。
5.10 结构构件表观处理：根据施工现场情况，对结构构件出现蜂窝麻面、表面不平等表观问题，采用抹一层聚合物砂浆处理，对混凝土表面碳化严重的部位采用刷渗透型混凝土保护液进行处理。
5.11 提高结构耐久性措 施：对各层现浇板底及未经加固的楼屋面梁、柱、楼梯等混凝土构件，在清除表面装修层后，喷涂阻锈剂（避免采用含亚硝酸盐成分的阻锈剂），并定期检查维护，以保证50年使用期的耐久性要求。
6、 结语
在改造设计中，首先，应与业主明确建筑物改造后的功能，确定改造后的后续设计使用年限，制订合理的抗震设防目标，确定改造设计适用的规范体系。其次，结合可靠性鉴定、抗震鉴定及改造要求，确定其与完成预定目标的差距。最后，根据工程情况和各项加固方法的适用性，结合经济技术条件，确定计算程序及改造加固的方法，以完成改造加固设计。
参考文献
[1] 《混凝土结构加固设计规范》GB50367-2006（S）
[2] 《建筑抗震鉴定与加固技术规程》DB11/T689-2009（S）
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：房屋改造工程；结构设计；加固
前言
随着经济的发展和社会的变化，特别是自然灾害的频繁发生。现代的人们不仅要求建筑物满足现代的美观和居住要求，还对其安全性、稳固性具有要求。目前我国有很多的建筑物随着年限的增长存在着质量隐患和安全隐患，对于人们的生命安全存在着挑战。因此,探讨房屋建筑加固改造的结构设计具有非常重要的现实意义。
1、 工程概况
本改造工程其办公楼为地下2层、地上9层（局部10层），结构体系为现浇钢筋混凝土框架-剪力墙结构，基础为箱形基础，楼板大部分采用160mm厚6.0×6.4m雙向现浇板。本建筑物于1993年建成并投入使用。
2、 工程改造内容
根据装修改造建筑方案，办公楼内非结构构件全部拆除，地面装饰面层全部剔除，然后重新铺设石材和地砖，本次改造所涉及的结构内容有：（1）卫生间改造、位置变换；（2）部分房间改变使用功能(改造为会议室，资料室等)；（3）外立面改造、窗户位置前移；（4）对新开门洞剪力墙进行墙体加固；（5）新增加电井、屋面增加设备基础和水箱间等进行梁板补强；（6）由于本工程属于改造工程，结构构件经过多年使用可能存在保护层脱落和裂缝等现象，所以应全面检查原结构缺陷并进行适当的补强加固处理。
3、 工程结构鉴定
3.1 房屋可靠性鉴定及结论
根据《民用建筑可靠性鉴定标准》规定要求，在建筑物大修前的全面检查时应进行可靠性鉴定，其中包括安全性鉴定和正常使用性鉴定。现场检测结果表明：（1）外观质量检查中未发现严重影响结构安全使用的损伤与缺陷；（2）混凝土强度总体基本满足现行规范对混凝土最低强度等级的要求；（3）钢筋配置和构件尺寸基本满足原设计要求；（4）混凝土碳化深度和钢筋锈蚀情况基本正常；（5）根据该楼高度、平面尺寸、层数等条件选择采用的框架—剪力墙结构体系较合理，结构传力途径明确。鉴定结论：根据办公楼地基基础、上部承重结构和围护系统承重部分构件的承载能力R/r0S、构造、位移或变形、受力裂缝和非受力裂缝的安全性评定结果和子单元的安全性评定结果，依据《民用建筑可靠性鉴定标准》（GB50292-1999）第8.1条的规定，评定安全性等级为Asu级。
3.2 建筑抗震鉴定及结论
该建筑尚在使用期内，原设计已考虑抗震设防，现有设防要求也未提高，现因业主的变更而进行全面装修改造，但并未改变结构用途和使用环境，仍为办公用房，根据现行《建筑抗震鉴定标准》的要求是不必要做抗震鉴定的，但是针对业主要求改造后延长使用年限的要求，对该建筑进行了抗震鉴定。按照原设计的完成时间推断原结构设计所依据的规范为国家78系列规范，未提及结构合理使用年限。按照《建筑抗震鉴定标准》规定在20世纪80年代建造的现有建筑的后续使用年限宜采用40年，在20世纪90年代建造的现有建筑的后续使用年限不宜少于40年，因此采用后续使用年限40年的B类建筑抗震鉴定方法，用中国建筑科学研究院编制的PKPMCAD系列混凝土结构鉴定加固软件进行抗震性能验算，鉴定结论：第一级鉴定及第二级鉴定均满足《建筑抗震鉴定标准》（GB50023-2009）的要求。
3.3 鉴定报告建议
建议对原有露筋部分进行补强加固，若延长使用年限，须进行抗震加固。对此楼进行改造时，须对改造后承载力有变化且承载力不足的构件及开洞等受损构件进行补强加固，对底部重要竖向构件进行加固以增加结构整体抗震性能。
4、 结构加固的内容
4.1 抗震加固
根据业主延长使用期的要求，后续使用年限为50年的现有建筑，需按现行国家标准《建筑抗震设计规范》（GB50011）的要求进行抗震鉴定。验算结果表明：该楼大部分剪力墙底部和部分框架柱所配主筋、部分框架柱箍筋加密区、非加密区不满足现行规范要求，角柱、楼梯间短柱未考虑箍筋全高加密，剪力墙也没有设置边缘构件，需要对承载力不满足要求的构件进行抗震加固，提高结构抗震承载力，满足抗震要求。
4.2 补强加固
通过严格控制装修荷载，在进行装修改造方案和材料的选择上也可根据原结构的承载能力进行控制，尽可能地避免增加荷载，减少伤筋动骨，减少对结构的加固处理。对建筑物的耐久性损伤及结构裂缝采取措施进行处理，满足继续使用50年的要求。
5、 结构加固的措施
5.1 加固剪力墙底部加强区：具体为钢筋混凝土套加厚地下1层、地上1、2层的混凝土墙，并用钢构套加固洞口，起到剪力墙边缘构件的作用。
5.2 结合南北向扩建增设圈梁及构造柱等抗震构造措施
在多层砖混房屋中设备沿楼标高的水平圈梁，可加强内外墙的连接，增强房屋的整体性，以充分发挥各片墙体的抗震能力。圈梁作为边缘构件，对装配式楼、屋盖在水平面内进行约束，可提高楼盖、屋盖的水平刚度，同时能保证楼盖起一整体横隔板的作用。圈梁与结构柱一起对墙体在竖向平面内进行约束，限制墙裂缝的开展，且不沿伸超出两道圈梁之间的墙体，并减小裂缝与水平的夹角，保证墙体的整体性和变形能力，提高墙体的抗剪能力。设置圈梁还可以减轻地震时地基不均匀沉陷与地表裂缝对房屋的影响，特别是屋盖和基础顶面处的圈梁具有提高房屋的竖向刚度和抗御不均匀沉陷的能力。
砖墙增设构造柱后能够提高砖混房屋的延性（图3），发挥防止砖砌体侧向挤出塌落的约束作用。设置钢筋混凝土构造柱能使砌体的抗剪承载力提高10%-30%，提高砌体的变形能力，是有效的抗倒塌措施。另外，再多层砖混房屋中合理地设置构造柱，能起到增强房屋整体性的作用，还可以利用其塑性变形和滑移摩擦来消耗地震能量，从而大大提高抗震能力。
5.3 对墙体采用双面钢筋网砂浆面层加固以加强墙体的承载能力及抗震性能。
钢筋网砂浆面层加固（图4），是在面层砂浆中配设一道钢筋网或钢板网或焊接钢丝网，达到提高墙体承载力和变形性能（延性）的一种加固方法，优点是出平面抗弯强度有较大幅度提高，平面内抗剪强度和延性提高较多，墙体抗裂性有较大幅度改善。新增面层还能起到减小预制板跨度、增加板搁置长度的作用。
5.4 钢构套加固角柱、楼梯间短柱等需要加强抗剪能力的构件。
5.5 钢筋混凝土套加固框架梁、柱：因纵筋和箍筋不够而抗震承载力不足的构件，以及轴压比超限的柱。
5.6 对个别使用功能调整，荷载增加，可能对局部楼板、梁、柱的受力产生影响，采取局部梁板的加固处理，板底粘贴碳纤维布，梁粘钢加固。
5.7 配合建筑、设备、电气专业的装修改造进行的局部结构开洞与封堵：（1）墙开洞加固：采用包钢加固方法进行加固；（2）楼板开洞加固：采用板底粘碳纤维方法加固；（3）梁开洞加固：采用粘钢加固方法进行加固；（4）墙、板小洞口（直径＜300mm）封堵：采用浇筑灌浆料直接进行封堵；（5）墙大洞口封堵：砌填充墙封堵；（6）板大洞口封堵：板上原洞口周边凿毛，用新配钢筋植入周边结构，浇筑灌浆料封堵洞口。开洞时需要采用水钻钻孔，尽量少切断钢筋，锚固可采用植筋和化学锚栓等。
5.8 裂缝修补：施工中根据原结构情况，针对原结构墙、梁、板上出现的裂缝进行如下处理：当裂缝宽度＜0.3mm时，采用环氧树脂浆液进行表面封闭；当裂缝宽度＞0.3mm且＜0.7mm时，采用环氧树脂浆液压力灌注；当裂缝宽度＞0.7mm时，应报设计人员另行处理。
5.9 钢筋阻锈：根据施工现场情况，对结构构件（梁、板、柱、墙）保护层胀裂脱落的构件，应剔除开裂部位混凝土，将锈蚀钢筋除锈后刷钢筋阻锈剂，抹一层聚合物砂浆,再粘碳纤维补强。
5.10 结构构件表观处理：根据施工现场情况，对结构构件出现蜂窝麻面、表面不平等表观问题，采用抹一层聚合物砂浆处理，对混凝土表面碳化严重的部位采用刷渗透型混凝土保护液进行处理。
5.11 提高结构耐久性措 施：对各层现浇板底及未经加固的楼屋面梁、柱、楼梯等混凝土构件，在清除表面装修层后，喷涂阻锈剂（避免采用含亚硝酸盐成分的阻锈剂），并定期检查维护，以保证50年使用期的耐久性要求。
6、 结语
在改造设计中，首先，应与业主明确建筑物改造后的功能，确定改造后的后续设计使用年限，制订合理的抗震设防目标，确定改造设计适用的规范体系。其次，结合可靠性鉴定、抗震鉴定及改造要求，确定其与完成预定目标的差距。最后，根据工程情况和各项加固方法的适用性，结合经济技术条件，确定计算程序及改造加固的方法，以完成改造加固设计。
参考文献
[1] 《混凝土结构加固设计规范》GB50367-2006（S）
[2] 《建筑抗震鉴定与加固技术规程》DB11/T689-2009（S）
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。