淺談內框架結構加固設計

張雪鵬（山西省建筑設計研究院有限公司，山西 太原 030013）

某省會城市工人文化宮，始建于1956年，1958年竣工后投入使用，是該市一座重要的政治、經濟、文化活動場所。裝飾風格以太陽花向日葵為主，散發著濃烈中國歷史氣息。為該市目前唯一一座保存完整的仿蘇聯風格且充分融入中國特色的建筑。于2009年該文化宮被市規劃委員會列為市歷史建筑。但由于各種歷史的原因限制和新時代工人文化活動的繁榮，使得該文化宮難以趕上時代的步伐，逐步產生了各類功能設施不足、功能流線差及功能用房面積不足、內部結構破損嚴重等問題。長期處于半關閉狀態。2019年為配合城市建設發展的需要，保護城市歷史文化，提升城市品質，市政府提出對該文化宮進行保護與更新，重新打造城市文化歷史地標的要求。于是業主單位決定對原有建筑進行改造擴建，讓這座記載了城市變遷的古老建筑重新走進大眾生活?？紤]到該建筑為市歷史建筑，經相關部門商議除內部劇場部分因現有場地空間不足、設計老舊難以滿足使用要求進行拆除新建外，其余單體部分均在滿足現行使用功能前提下保留原有歷史風貌，對原有結構主體進行加固改造。

1 工程概況

該建筑由劇場正廳、劇場、東西展廊及東西展廳幾部分組成。其中文化宮兩側東西展廳結構形式為磚混內框架結構，設防烈度為8度（0.20g），設計地震分組為第一組，場地類別為Ⅲ類。無地下室，地上兩層，一層層高為5.53m，二層層高為5.41m，基礎埋深-3.0m。基礎為鋼筋混凝土條形基礎，梁、柱、樓板均為鋼筋混凝土現澆結構，建成投入使用至今已有六十余年，屬超期服役建筑。并且在后期使用過程中，業主曾將該部分出租使用，租賃方將其改造為辦公及商業使用，并在后期使用過程中對原有建筑進行大量改造，在部分承重墻體上隨意開洞，在框架柱及承重墻上增設鋼結構夾層，對原有結構造成不同程度的破壞。在接到改造任務，對比現場與原有設計圖紙且拆除改建部分，鏟除原有抹灰及吊頂后發現原有承重墻體有局部裂縫且大量不規則后開洞現象，框架柱保護層及箍筋破壞嚴重，部分砌筑砂漿風化，樓板開裂明顯，個別框架梁有明顯貫穿裂縫。

2 設計依據

根據檢測單位提供的《工人文化宮建筑主體結構安全性檢測鑒定報告》得知：①現場檢查未發現建筑有明顯變形、傾斜，整體變形狀態良好，且建筑基礎采用鋼筋混凝土條形基礎，整體性較好，抵抗變形能力較強，地基基礎現狀表現較好，地基基礎安全性等級為Bu級；②砌筑磚強度等級

由第一級鑒定情況可知，第②③兩項指標明顯不符合標準要求，根據《建筑抗震鑒定標準》GB50023-2009 第 5.2.10條可知，不再進行第二級鑒定，評為綜合抗震能力不滿足抗震鑒定要求，要求對房屋采取加固或其他相應措施。根據檢測單位出具的檢測報告及原有設計圖紙，結合現場實際情況，我方制定如下加固設計方案、后續使用年限及設計原則詳見表1。

表+ 加固設計方案

3 設計方案

考慮到該建筑為歷史建筑，甲方要求改造后的建筑修舊如舊，恢復建筑歷史原貌，盡可能保持原結構外立面完整性。在設計方案討論時，我方決定采用在原有砌體結構內側增設鋼筋混凝土板墻對原有結構砌體部分進行整體性加固并可避免對外立面進行影響，使原有結構與新增結構形成一體，共同工作；再采用增大截面法對框架柱進行加固，包鋼法對框架梁進行加固，粘貼碳纖維布及增加疊合層對樓板進行加固，使改造后的結構均滿足規范要求。

3.1 墻體加固設計

由于改造完成后東西展廳建筑功能仍為會展及文化長廊，為了滿足消防疏散及實際使用功能，無法在其內部空間增設砌體橫墻。修補完墻體裂縫后，根據《建筑抗震加固技術規程》JGJ116-2009第7.3條及第5.3.7條：先采用內框架結構增設板墻建模計算后墻體抗震受壓等各項指標均符合規范要求，又將外墻替換為剪力墻按框架剪力墻結構建模計算后周期位移等計算結果均符合規范要求。結合兩種不同結構體系計算結果得出改造方案，在提高原有結構的整體性的同時，可將原有結構模擬轉換為框架剪力墻結構以解決橫墻間距不足的問題。配筋計算采用兩種模型計算結果包絡后，在原有建筑四周原砌體墻內側采用160mm厚Φ8@200雙層鋼筋網片混凝土剪力墻見圖1，并按現行規范設置約束邊緣構件，并將新增剪力墻鋼筋植入原有條形基礎，采用加大截面法對其進行包裹。剪力墻與原有墻體間增設L型Φ6@600×600拉筋，使其與原有砌體能夠有效連接形成一個整體。

圖1 雙層鋼筋網片混凝土剪力墻

3.2 框架柱加固設計

結合包絡計算結果和原有設計圖紙，發現原有框架柱配筋、箍筋構造間距均不滿足設計要求，且在原夾層改造時受到破壞嚴重，根據《建筑抗震加固技術規程》（JGJ116—2009）第6.3.8.2條，設計時框架柱配筋面積不考慮原有鋼筋作用，在原有框架柱外側重新布置鋼筋并采用增大截面法將原0.45m框架柱增加至0.65m。箍筋按現行規范設置加密區。新增柱鋼筋也植入原有條形基礎。

3.3 框架梁加固設計

原框架梁配筋及箍筋構造均不滿足設計要求。根據《混凝土結構加固設計規范》GB50367-2013第9.1條規定：縱向受力鋼筋一側配筋率小于0.2%的構件不應采用粘貼鋼板加固法。故采用外包型鋼加固法對原有框架梁進行加固。通過計算結果結合原有圖紙配筋，在梁底兩側增設不同截面的L型鋼以保證框架梁主筋配筋面積要求，并在框架梁通常范圍內設置1U-60×4@100/200型鋼箍與板頂相連，滿足框架梁箍筋加密區要求。

3.4 樓板加固設計

原有結構樓板多為60mm厚單向板自身板厚較薄，并且在后期使用過程中經過多次裝修，面層做法最厚處達到300mm，在拆除面層過程中較難控制施工質量，導致樓板結構二次破壞，且在剪力墻及框架柱鋼筋貫通穿入樓板時也大面積鉆眼開洞，層高也較高在板底加固施工難度較大。故灌膠修補樓板裂縫后，在原有結構樓板頂部增設一層60mm厚雙層雙向鋼筋網疊合板，樓板配筋按60厚現澆板計算，荷載計算按新建筑方案加載。用新增樓板受力原有樓板僅作為新增樓板保護層來考慮，新增樓板在有框架梁處增設L型Φ6@600×600拉筋，使新增樓板與原有框架梁有效結合合理傳力。針對局部裂縫比較嚴重的樓板，防止自身完整性破壞掉落在板底粘貼1×1-50@600×600碳纖維布進行加固，保證原有樓板的完整性。

3.5 基礎加固設計

上部計算完成后，又重新復核了基礎及地基承載力，根據《建筑抗震加固技術規程》（JGJ116—2009）第4.0.3.1條將原有持力層承載力放大10%后，通過計算對原有基礎不滿足承載力要求部分采用增大截面法增加條形基礎底面面積進行加固。

3.6 加固施工順序

明確施工單位在施工工程中的順序，按基礎→框架柱、剪力墻→框架梁→樓板的順序有序開展實現荷載步步疊加，在加固施工的同時對原有結構構件有效防護、及時支頂，避免部分構件受力不均造成二次破壞。

4 結語

工人文化宮加固設計完成后，業主及相關部門又組織了專家對設計進行了重大工程專項論證，得到了業主及專家一致認可，認為該設計通過結構體系轉換有效提高了結構整體安全性，針對部分薄弱構件進行了合理加固，并且完好地保留了建筑外部造型，實現了業主修舊如舊的要求。后期加固施工進行也非常順利，并通過相關部門驗收。投入使用后得到了社會廣泛好評，成為一處市民茶余飯后休閑娛樂理想之地，將一座由于各種歷史原因處于半關閉狀態的歷史建筑重新煥發了光彩，為城市發展的建設，提升城市品質增添了一道亮麗風景。

由于本人的理論水平及實際經驗有限，本文僅是針對該項目的一點粗淺的認識，以上設計體會與各位同仁共同探討，不足之處敬請賜教。有不妥之處請各位專家批評指正。