淺談既有建筑物加層方法選擇及存在問(wèn)題

郝 鵬

（太原理工大學(xué)，山西 太原 030024）

1 引言

隨著人口的增長(zhǎng)，我國(guó)耕地面積即將難以保證對(duì)全國(guó)的供應(yīng)，在全國(guó)的城市中，存在相當(dāng)數(shù)量的20世紀(jì)50年代至20世紀(jì)70年代或以后建成的低層房屋，均已不能滿足現(xiàn)在的使用功能，為了達(dá)到經(jīng)濟(jì)投入少且社會(huì)回報(bào)率高的目的，加層改造是一個(gè)行之有效的手段。

2 加層建筑優(yōu)點(diǎn)

具體來(lái)說(shuō)，對(duì)建筑物加層有以下幾方面優(yōu)點(diǎn)[1，2]：①擴(kuò)大建筑面積，解決我國(guó)用房緊張矛盾；②改善使用功能，滿足生活需求；③承載力潛力可以降低工程造價(jià)；④減少新購(gòu)建筑用地費(fèi)用，減少住戶搬遷費(fèi)用；⑤提高抗震性能，延長(zhǎng)使用壽命。

3 加層基本條件

在對(duì)建筑物加層前必須要研究其價(jià)值，也就是說(shuō)必須確定房屋加層改造的基本條件，即以下條件[3]：①既有房屋具有良好的結(jié)構(gòu)功能，既無(wú)明顯變形或裂縫的存在，又可承受加層改造的影響；②既有房屋地基基礎(chǔ)具有一定潛力或具有加固處理可能；③與周邊房屋之間間距能滿足加層后該地區(qū)日照等最小間距；④加層改造項(xiàng)目所在地理位置不影響今后的城市規(guī)劃；⑤通過(guò)仔細(xì)分析比較，加層總造價(jià)低于新建房屋造價(jià)，加層才可行。

4 加層方法介紹

4.1 挖潛直接加層法

此種加層方法是一種在原有建筑物承重結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)承載力和變形均能滿足加層要求的情況下，通過(guò)挖掘原有建筑物的承載力在不改變?cè)薪Y(jié)構(gòu)體系和平面布置情況下經(jīng)過(guò)加固處理或在原有房屋的基礎(chǔ)上直接加層的加層方法。

4.2 改變荷載傳遞加層法

若原有建筑物基礎(chǔ)承載力或承重結(jié)構(gòu)不能滿足加層后承載力的要求，或因改變建筑使用功能而改變建筑平面時(shí)需改變結(jié)構(gòu)布置從而改變荷載傳遞途徑。

4.3 外套框架法

外套框架法的優(yōu)點(diǎn)是加層層數(shù)不受限制可以滿足平面布置上的要求，施工過(guò)程中不影響舊房正常使用，加固新建互不干擾。其缺點(diǎn)是底層框架柱高度大，底層柱高于原有建筑，梁柱斷面較大，且對(duì)在基礎(chǔ)上產(chǎn)生荷載較大，可能造成基礎(chǔ)承載力不足或是新舊基礎(chǔ)沉降出現(xiàn)差異，采用樁基礎(chǔ)可以解決這一問(wèn)題，但是造價(jià)和工期就會(huì)大大增加。

5 建筑結(jié)構(gòu)加層方案選擇原則

（1）安全可靠。①建筑物增層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家現(xiàn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范和規(guī)程；②應(yīng)盡量減少由于增層給既有建筑無(wú)承重結(jié)構(gòu)造成的附加應(yīng)力和變形；③地震區(qū)對(duì)既有建筑物加層應(yīng)遵循“先抗震加固，后增層改造”的原則。

（2）經(jīng)濟(jì)合理。①充分發(fā)揮原有建筑物的承載潛力；②優(yōu)先采用輕質(zhì)高強(qiáng)材料，以減少加層部分的質(zhì)量；③新增和改造相結(jié)合，完善原房屋的功能、設(shè)施，提高其使用標(biāo)準(zhǔn)；④進(jìn)行多方案的經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，選擇經(jīng)濟(jì)合理的方案；⑤做好廢棄物的回收利用，減少?gòu)U棄物的處理量。

（3）有利抗震。①房屋的增層設(shè)計(jì)必須遵守《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011—2001）的要求；②房屋的增層設(shè)計(jì)應(yīng)具有必要的強(qiáng)度、合理的地震作用傳遞路線、良好的適應(yīng)變形能力和吸能、耗能能力；③加層后建筑應(yīng)具有良好的整體性，即具有合理的強(qiáng)度和剛度，若建筑豎向剛度突變較大，上剛下柔，產(chǎn)生柔性底層，就會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力集中過(guò)大或發(fā)生塑性變形；④宜設(shè)置多道地震防線，避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞而導(dǎo)致整個(gè)建筑物倒塌或破壞。

（4）方便施工。①施工方法應(yīng)力求簡(jiǎn)單，工期短；②盡量滿足或保證原建筑物得到使用；③使用中便于養(yǎng)護(hù)。

（5）美觀實(shí)用。①盡量滿足限制條件，結(jié)合本地特點(diǎn)，因地制宜；②重視增層改造房屋的建筑設(shè)計(jì)，改善實(shí)用功能，改進(jìn)立面造型。選用新裝飾材料、新涂料、適度裝修，重視室內(nèi)外環(huán)境的處理，使之協(xié)調(diào)舒適。

6 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r

6.1 國(guó)外建筑結(jié)構(gòu)加層發(fā)展?fàn)顩r

在日本、丹麥等這樣國(guó)土面積較小的國(guó)家已經(jīng)制定了比較完善的維修改造方面的政策和法規(guī)。就連美國(guó)這樣人均土地占有量很大的國(guó)家也將對(duì)舊建筑物的改造提高到和新建建筑同等重要的地位。英國(guó)從20世紀(jì)70年代開(kāi)始改變了大規(guī)模拆舊建新的住宅建設(shè)模式，轉(zhuǎn)為對(duì)舊住宅的保護(hù)性維修改造和內(nèi)部設(shè)施現(xiàn)代化。瑞典于20世紀(jì)80年代將既有建筑物的改造列為首要任務(wù)。其他如意大利、匈牙利、波蘭、捷克、斯洛伐克、丹麥、德國(guó)等國(guó)家自20世紀(jì)70年代以來(lái)都提出住宅建設(shè)的重點(diǎn)是對(duì)既有房屋的現(xiàn)代化改造。

6.2 國(guó)內(nèi)建筑加層發(fā)展?fàn)顩r

我國(guó)逐漸加強(qiáng)了對(duì)既有建筑的加層改造，近幾年來(lái)我國(guó)加層數(shù)量增大，加層針對(duì)的范圍更大、范圍更廣，一些新的加層工藝、新材料投入使用，輕鋼結(jié)構(gòu)在加層技術(shù)中得到了很大的應(yīng)用，深入開(kāi)展了對(duì)房屋加層技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果的研究工作。

7 當(dāng)前加層研究所存在的問(wèn)題

我國(guó)當(dāng)前在建筑物加層研究中存在以下問(wèn)題亟待解決：

（1）國(guó)家無(wú)針對(duì)加層改造的專門規(guī)范。

（2）國(guó)家規(guī)范對(duì)下部混凝土上部鋼結(jié)構(gòu)的加層結(jié)構(gòu)體系的阻尼比未給出明確定義，只給出了混凝土和鋼結(jié)構(gòu)各自的阻尼比。

（3）國(guó)內(nèi)關(guān)于建筑加層改造方向有價(jià)值研究資料很少，尤其是第一手的試驗(yàn)資料。

（4）國(guó)內(nèi)對(duì)于加層方式的理論研究過(guò)少，缺乏實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

（5）對(duì)于整體外套框架加層結(jié)構(gòu)體系缺乏試驗(yàn)數(shù)據(jù)和震害資料，未給出可靠的共識(shí)的加層計(jì)算的模型，對(duì)于抗震設(shè)計(jì)缺乏完整系統(tǒng)的方法。

（6）分離式外套結(jié)構(gòu)加層體系選型和優(yōu)化有待進(jìn)一步研究。

（7）對(duì)減震耗能裝置應(yīng)用于整體式外套結(jié)構(gòu)加層的情況，現(xiàn)有的研究還限于彈性振動(dòng)控制階段，對(duì)于大震下的結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性階段結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性改變后的減震耗能效果需進(jìn)一步深入研究。

（8）無(wú)專門針對(duì)加層改造的軟件，故當(dāng)前針對(duì)加層改造的設(shè)計(jì)分析不能輕信軟件的一些超限信息，要手電配合完成驗(yàn)算。

（9）需要加強(qiáng)對(duì)既有建筑剩余壽命和可靠度估算的研究，開(kāi)展對(duì)既有建筑的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和抗震鑒定進(jìn)行討論，給工程實(shí)際提供可靠的指導(dǎo)。

（10）結(jié)構(gòu)可靠度理論不很完善，有很多工作要做。（11）國(guó)內(nèi)對(duì)一些輕質(zhì)材料的研究與應(yīng)用有待進(jìn)一步發(fā)展。（12）既有房屋加固改造技術(shù)鑒定評(píng)估技術(shù)、修復(fù)技術(shù)等一系列問(wèn)題有待解決。

[1]郭有良.談舊有住宅樓房的加層改造，內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2004，（14）：104-105.

[2]張偉辰，王瑤房.屋加層改造設(shè)計(jì)的探討，科技促進(jìn)發(fā)展，2009（3）：133.

[3]郭有良.談舊有住宅樓房的加層改造，內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2004，（14）：104-105.