舊房加固改造設(shè)計(jì)思路

李仁君，張先彬

（中國輕工業(yè)成都設(shè)計(jì)工程有限公司，四川成都 610015）

0 前言

20世紀(jì)80年代及以前計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)分析軟件尚未廣泛應(yīng)用和普及，這個(gè)時(shí)期修建的建筑基本上是采用假定條件手工計(jì)算的，這種條件下的結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果存在很多不足：結(jié)構(gòu)計(jì)算模型簡化近乎理想狀態(tài)（如：多層框架計(jì)算假定為無側(cè)移剛架模型）、計(jì)算采用平面模型而非三維空間模型、計(jì)算結(jié)果缺乏足夠的可靠性和安全性；同時(shí)，在改革開放初期以“深圳速度”為代表的施工建設(shè)周期短，造成如混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間不夠，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造細(xì)節(jié)處理不到位等施工缺陷。經(jīng)過30年左右的使用，這類建筑的結(jié)構(gòu)耐久性已下降，使用功能也發(fā)生改變，所以對這類建筑結(jié)構(gòu)的加固維修是必要的。

1 工程概況

某辦公樓占地3766.22m2，建筑呈“L”型布局，總建筑面積12570m2，初始設(shè)計(jì)為7層框架結(jié)構(gòu)，1989年建成5層框架結(jié)構(gòu)投入使用，1994年增加3層，現(xiàn)為8層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)房屋，現(xiàn)已使用31年。在此期間經(jīng)過多次裝修改造，造成了部分梁、板、柱構(gòu)件不同程度的損傷；并且又經(jīng)歷了5·12汶川地震、4·20蘆山地震都未對其進(jìn)行加固設(shè)計(jì)。

本次加固設(shè)計(jì)為保證辦公樓在后續(xù)使用年限內(nèi)的可靠性、安全性。根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50367—2013）》的規(guī)定，本工程結(jié)構(gòu)加固后的后續(xù)使用年限為30年（A類）。

2 加固設(shè)計(jì)所遇的問題及解決

本辦公樓自修建至今，經(jīng)不同的業(yè)主易手，建筑的竣工圖等原始資料缺失嚴(yán)重，原設(shè)計(jì)單位早已不存在了（也無法跟原設(shè)計(jì)單位溝通和索取資料）。現(xiàn)業(yè)主給設(shè)計(jì)院的資料僅有初始設(shè)計(jì)的7層各專業(yè)圖紙和本工程的抗震鑒定報(bào)告。1994年的加層結(jié)構(gòu)圖、第一次修建按5層修建的結(jié)構(gòu)圖、兩次施工的竣工圖、期間幾次裝修改造圖均沒有。針對此問題，又委托檢測單位對本工程進(jìn)行全面的檢測——1～5層以現(xiàn)場檢測復(fù)核原結(jié)構(gòu)圖為準(zhǔn)，二次修建的6～8三層以現(xiàn)場檢測的數(shù)據(jù)作為復(fù)原本工程結(jié)構(gòu)模型依據(jù)。通過上述處理，基本準(zhǔn)確完整地建立加固設(shè)計(jì)模型。

3 本工程結(jié)構(gòu)抗震鑒定及安全性鑒定結(jié)論

3.1 現(xiàn)場檢測結(jié)論

（1）①樓面梁存在局部混凝土脫落，縱筋、箍筋外露銹蝕；部分樓（屋）面梁近支座處梁側(cè)面面層開裂，最大裂縫寬在0.1～0.2mm間；②樓面板個(gè)別區(qū)域跨中存在錯(cuò)動現(xiàn)象；現(xiàn)澆板存在個(gè)別鋼筋外露，鋼筋被局部截?cái)喱F(xiàn)象較普遍。

（2）混凝土柱強(qiáng)度推定值介于24.3～40.9MPa間；混凝土梁強(qiáng)度推定值介于25.8～36.0MPa間；混凝土板強(qiáng)度推定值介于29.0～39.7MPa間。

（3）混凝土柱碳化深度在6.0～6.5mm間；混凝土梁碳化深度在6.0～6.5mm間；混凝土板碳化深度在6.5～7.0mm間。碳化深度小于保護(hù)層厚度，鋼筋處于混凝土堿性保護(hù)中。

（4）辦公樓X向無明顯傾斜規(guī)律；Y向無明顯傾斜規(guī)律，傾斜率整體滿足規(guī)范要求。

3.2 抗震鑒定結(jié)論

辦公樓結(jié)構(gòu)構(gòu)造有多處不符合抗震要求，部分房間存在鋼筋露筋、銹蝕；填充墻與混凝土梁、柱存在豎向或水平裂縫；個(gè)別混凝土梁近支座處梁側(cè)存在混凝土豎向裂縫；填充墻無拉結(jié)筋設(shè)置；各樓層綜合能力抗震指數(shù)均大于1.0，綜合抗震能力滿足A類房屋要求，但部分抗震構(gòu)造措施不滿足要求，部分樓層框架柱軸壓比超限，部分柱配筋不滿足抗震承載力要求，部分框架梁配筋不滿足抗震承載力要求，應(yīng)采取措施進(jìn)行抗震加固處理。

3.3 安全性鑒定結(jié)論

辦公樓地基基礎(chǔ)為Bu級，上部承重結(jié)構(gòu)為Cu級，圍護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為Cu級。根據(jù)地基基礎(chǔ)和上部承重結(jié)構(gòu)的評定結(jié)果，按其中較低等級確定，該建筑鑒定單元的安全性評級為Csu級，安全性不符合該標(biāo)準(zhǔn)對Asu級的要求，顯著影響整體承載力。

3.4 相關(guān)建議

（1）對軸壓比超限處的框架柱進(jìn)行加固處理。

（2）對混凝土柱及梁抗震承載力不滿足要求的構(gòu)件進(jìn)行加固處理。

（3）對出現(xiàn)裂縫及露筋銹蝕的混凝土構(gòu)件采取措施進(jìn)行處理。

（4）對穿管、鋼筋截?cái)唷摻钔饴朵P蝕的混凝土板采取措施進(jìn)行處理。

（5）應(yīng)綜合考慮該房屋后期裝修改造的影響，并結(jié)合本報(bào)告，對該房屋進(jìn)行整體復(fù)核驗(yàn)算及加固改造設(shè)計(jì)，未經(jīng)設(shè)計(jì)許可或技術(shù)鑒定，不得隨意增加荷載。

4 本工程結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)

4.1 設(shè)計(jì)荷載

4.1.1 活荷載取值

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定：活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)活荷載最大分布的某一分位值。《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》自GBJ 9—87版起就規(guī)定在樓面的活荷載標(biāo)準(zhǔn)值取值在調(diào)查和統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上，考慮荷載隨時(shí)間和空間的變異性，進(jìn)而采用了概率統(tǒng)計(jì)模型，持續(xù)性活荷載和臨時(shí)性活荷載統(tǒng)一采用等時(shí)段的平穩(wěn)二項(xiàng)隨機(jī)過程概率模型，假定（設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期T=50年）：

a.荷載出現(xiàn)的概率為P，不出現(xiàn)的概率為l—P；

b.荷載持續(xù)一次作用時(shí)間為τ，則在準(zhǔn)基期為荷載變動次數(shù)r=T／τ；

c.荷載任意時(shí)點(diǎn)的概率分布函數(shù)是相同的。

根據(jù)以上假定，τ=10年，r=5次，出于分析上的方便，對活荷載分布函數(shù)采用了極值I型分布函數(shù)：

其中：u-眾值：u=μ-0.5772/α；α-尺度參數(shù)，α=π/2.4495σ；μ、σ-分布函數(shù)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。

二者根據(jù)一定組合原則，并按一定的分位值，得出樓面活荷載的標(biāo)準(zhǔn)值（Qk1）。但在結(jié)構(gòu)加固時(shí)，由于結(jié)構(gòu)已處于服役期，因此荷載基準(zhǔn)期T=50年的假定已不再適應(yīng)，而應(yīng)改成目標(biāo)使用期T（t）=30年，根據(jù)上述理論得出30年的荷載基準(zhǔn)期內(nèi)的活荷載標(biāo)準(zhǔn)值（Qk2）。參荷載規(guī)范的條文說明Qk2相當(dāng)于0.95Qk1。本次加固設(shè)計(jì)活荷載取值采用了現(xiàn)行《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》的規(guī)定，未進(jìn)行折減，以保證建筑結(jié)構(gòu)加固后的后續(xù)使用年限內(nèi)的活荷載可靠度。

4.1.2 建筑恒載卸荷處理

本工程自1989年建成已使用31年，并幾經(jīng)變更業(yè)主，各個(gè)使用單位對本工程就進(jìn)行過多次裝修。原設(shè)計(jì)的建筑樓面為水磨石地面，現(xiàn)狀為地磚樓面，根據(jù)檢測單位現(xiàn)場實(shí)測——建筑結(jié)構(gòu)面以上的二次建筑裝修層厚度有100mm左右。為滿足后續(xù)使用結(jié)構(gòu)安全要求，也是加固施工工藝對結(jié)構(gòu)表面的要求，對結(jié)構(gòu)面層以上的二次裝修層進(jìn)行剔除，進(jìn)行卸荷處理；同時(shí)本次建筑房間分隔增加墻體采用輕質(zhì)隔墻板（要求其面密度不大于0.8kN/m2）或玻璃隔斷；本次樓面裝修采用：走道、大廳及衛(wèi)生間設(shè)計(jì)為地磚地面（荷載大小與原設(shè)計(jì)相當(dāng)），其余房間設(shè)計(jì)為地毯地面。

4.2 加固設(shè)計(jì)

加固設(shè)計(jì)思路：鑒于本工程原設(shè)計(jì)于20世紀(jì)80年代，結(jié)構(gòu)空間計(jì)算考慮不足，造成結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度偏弱，本次加固設(shè)計(jì)著重對框架梁、柱的結(jié)構(gòu)整體加固，重點(diǎn)對框架柱的加固——底層柱按混凝土加大截面處理，二層以上的框架柱采用外包型鋼加固，以保證結(jié)構(gòu)的軸壓比在0.90以下；在八層會議室的框架柱為單跨框架，盡管其各項(xiàng)結(jié)構(gòu)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，為保證其安全度進(jìn)行外包型鋼加固處理；結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度取現(xiàn)場實(shí)測值與原設(shè)計(jì)值的較小值，但這是偏于安全的。原設(shè)計(jì)底部三層為梁、板、柱混凝土強(qiáng)度為300號，折算成現(xiàn)行規(guī)范的混凝土強(qiáng)度為C28，三層以上部位混凝土構(gòu)件混凝土強(qiáng)度為250號，折算成現(xiàn)行規(guī)范的混凝土強(qiáng)度為C23。檢測單位實(shí)際檢測數(shù)據(jù)中只有3層有一個(gè)點(diǎn)低于原設(shè)計(jì)值。

（1）對軸壓比超限處的框架柱采用加大截面法進(jìn)行加固處理，因此類問題多在底部產(chǎn)生，本建筑為20世紀(jì)90年修建，側(cè)向剛度偏弱，在下部尤為嚴(yán)重，所以采用增大截面法加固設(shè)計(jì)不僅可以提高加固框架柱的承載能力，而且還可以通過加大其截面剛度，改變其自震頻率，使正常使用階段的性能在某種程度上得到改善。此加固方法施工簡單，將原柱截面加寬160～200mm。

（2）對承載力不滿足要求的二層及以上的鋼筋混凝土柱采取外包型鋼法加固設(shè)計(jì)，其特點(diǎn)是被加固構(gòu)件的截面和自重增加不大，基本不影響建筑空間尺寸，施工工期較短。

（3）對承載能力不滿足要求的鋼筋混凝土梁采取粘貼鋼板進(jìn)行處理，粘鋼加固的主要特點(diǎn)是被加固構(gòu)件的截面和自重增加不大，基本不影響建筑效果，施工作業(yè)對周邊環(huán)境干擾小，可靠性高。

4.3 結(jié)構(gòu)加固后分析結(jié)果

（1）本工程使用中國建筑科學(xué)研究院編制的結(jié)構(gòu)分析程序《建筑抗震鑒定和加固設(shè)計(jì)軟件JDJG》（2010V2.2版）進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算分析。

（2）加固設(shè)計(jì)后的主要結(jié)構(gòu)控制參數(shù)如下：

最大位移比：1.29；最大位移角：1/748；最大軸壓比：0.78；最小屈服強(qiáng)度系數(shù)：7.02。均滿足規(guī)范的要求。

5 結(jié)語

在改革開放初期的特定歷史時(shí)間和在建筑技術(shù)具有局限性的特定條件下，我國修建了大量的類似本工程的建筑，這類建筑也進(jìn)入了維修加固期。本工程加固設(shè)計(jì)雖還有許多改進(jìn)的地方，但本工程從資料搜集、荷載分析取值、加固設(shè)計(jì)分析等方面為類似舊房項(xiàng)目開展結(jié)構(gòu)加固工作思路作參考。