老舊小區結構抗震加固改造設計研究與實踐

金 暉（北京市住宅建筑設計研究院有限公司， 北京 100005）

在碳達峰、碳中和目標的大前提下，伴隨著經濟的快速發展，人們更加關注居住品質和生活質量的提高，但是一些老舊房屋，由于建造年代久遠，出現不同程度的損壞，威脅到居住人員的生命財產安全。做好老舊小區的房屋建筑結構抗震加固工作，讓加固后的老舊小區煥發青春，兼顧居民安全和生活質量的提升，使其更加富有朝氣和活力。因此，老舊小區的結構抗震加固，在未來相當長的時間內，都具有很高的經濟和社會價值。

1 研究目的

（1）對老舊小區的既有砌體結構改造加固設計方法進行研究。根據既有砌體建筑自身的特點，采取行之有效的加固方法。通過梳理老舊小區既有砌體建筑加固設計采取的策略、基本要求，分析各種加固設計方法的優缺點及技術要點。

（2）通過搜集、整理現有關于老舊小區抗震加固改造的相關技術文獻，以確定適合本項目的加固設計方法；經過調研、收集關于項目的第一手原始資料，作為結構抗震加固計算的輸入條件；針對調研搜集的原始資料，綜合運用現有計算軟件及分析方法，對項目實體實施抗震性能評判，并以此確定不同的加固措施。依據現有示范項目的前提下，開展相關研究，為明確施工工藝和確保抗震性能奠定基礎，為具體工程加固實施提供重要參考。

2 加固改造設計方法研究

2.1 老舊小區房屋加固改造策略

老舊小區既有砌體加固改造策略，由于關系到民生問題，需要考慮多方面的因素。從前期改造方案的調研、制訂到改造方案的設計以及后期的施工實施，都比新建建筑要復雜得多，需要設計師仔細研究、收集并總結目前已有的加固方案，對其在技術、成本以及實施的難易程度進行綜合比對，從而選出最優的加固設計方案。避免既有砌體建筑加固改造的盲目性，有利于加快施工進度、節約工程造價，讓居民住得順心，住得放心。

2.2 老舊小區房屋加固改造設計基本要素

由于老舊小區加固改造工程與其他加固改造項目有很大的不同，尤其是需要結合住宅居室的使用條件來選擇不同的加固設計方案。在諸多因素中，首要的還是關注經濟成本，作為砌體結構房屋，對于普通居民，改造的經濟成本應作為第一要素，是否帶戶作業，居民是否需要安置，都是改造設計中考慮的重要因素；其次是考慮居室的空間，加固的砌體結構一般都是橫墻承重或者橫縱墻承重，一旦對室內的墻體進行加固，會占用住戶的室內凈面積，影響住戶的居住與生活；最后要結合施工周期，所選的加固設計方案要盡量做到工藝簡單、施工方便，盡量減少因施工給居民帶來的不便。以上要素對設計人在技術層面提出了更高的要求。

2.3 老舊小區房屋加固改造設計研究

選擇老舊小區砌體結構房屋的加固改造設計方案，需根據其加固方法特點及技術要點，按照表 1 進行判定。

表 1 砌體結構常用加固方法及特點

3 加固改造設計實踐案例

本工程為北京市朝陽區某街道 2020 年老舊小區綜合整治項目，總建筑面積 27 715.98 m2。整治內容為 11 棟樓抗震節能綜合改造，以及小區公共區域環境整治提升。

3.1 典型樓棟外套式加固設計

3.1.1 案例基本情況介紹

經查原設計圖紙，本樓于 1965 年設計，屬于當時比較典型的老蘇式 5 層砌體房屋，建筑面積為 2 288 m2。房屋基本呈矩形，總軸線長度 49.2 m，共由15個開間組成；軸線寬度 9.6 m，共 3 個標準單元，每個單元的房屋寬度均為16.4 m。每個單元均為一梯三戶。房屋層高 3.0 m，總高15.6 m。

該結構為橫墻承重體系，外墻采用 360 mm 厚的磚砌體，內墻采用 240 mm 厚的磚砌體，樓（屋）面為 120 mm厚的預應力圓孔板，局部（衛生間和廚房）為現澆板。每層沿縱向和橫向墻體均設有封閉的圈梁，但未設構造柱。墻體的基礎為條形基礎。墻體砌筑用的磚抗壓強度等級達到MU15 強度，砌筑砂漿強度的飽滿度＞80%，經實地勘察，地基承載力達到 150 kPa。原建筑標準層的平面布置圖如圖1 所示。

圖 1 加固改造前標準層平面布置圖

3.1.2 加固改造方案

按照北京市地方標準 DB 11-689-2016《建筑抗震加固技術規程》3.0.6 條第 2 款第 2 則規定，依據本項目實際情況，判定后續使用年限為 30 a，地震影響系數最大比值為 0.75，以此在非外套模型計算中，水平地震影響系數取值（0.16×0.75）0.12，輸入到砌體結構鑒定與加固模型中。結合《垂楊柳西里小區 17 號樓結構檢測鑒定報告》，實測砌體墻體強度如表 2 所示。

表 2 樓棟墻體砌筑材料實測強度

將現狀相關設計參數輸入到計算模型中，從改造前抗震驗算與受壓計算計算結果發現，所有外側的縱墻及室內樓梯間縱墻均存在抗震能力不足現象；但是所有橫墻在不加固的情況下，均符合抗震要求。

在外套式加固設計中，需根據構造要求，在樓本體外縱墻再外貼 120 mm 厚混凝土板墻，同時，在兩端山墻及樓梯間外側做同樣處理，主要考慮此板墻做法在這些部位較易實現。將縱墻上外貼的混凝土板墻加固方案輸入計算模型中，通過對比加固前的計算模型，分析得出 17 號樓基本滿足 GBJ 11-1989《建筑抗震設計規范》的要求，所以認為外套式加固僅作為另一道抗震設防結構，參考框架-剪力墻結構體系中，框架部分承擔至少 20% 水平地震力的要求，所以外套部分承擔現有水平地震作用的 20%，以此計算外套式加固中混凝土墻的配筋計算和基礎計算。

下一步，在房屋南北兩側增加 1.5 m 寬的外套鋼筋混凝土墻體，東西兩側外貼 120 mm 后的混凝土板墻。圖 2 為綜合改造后的平面圖，涂黑部分示意為新加的鋼筋混凝土墻體，結構形式從原有的砌體結構變為混凝土-砌體混合結構。新增的混凝土板墻及外擴部分的鋼筋混凝土外套與原砌體墻均采用可靠的錨固連接方式，以加強新結構的整體性。

圖 2 加固改造（外套式加固）后標準層平面布置圖

結合本樓的實際情況, 總結外套式加固方法采用以下的計算原則。

（1）20% 的橫向水平地震力由新加的橫向混凝土剪力墻承擔, 地震作用時新加的剪力墻屬于壓彎剪或拉彎剪構件,按現行的 GB 50010-2010《混凝土結構設計規范》進行承載力計算并滿足規范要求。

（2）縱向水平地震力全部由縱向外貼的 120 mm 板墻承擔, 計算方法詳見后文（3.2 典型樓棟板墻加固設計）。

（3）對原砌體的承重墻進行抗壓承載力驗算。

（4）根據現行的北京市地方標準 DB 11-689-2016 規定的構造要求，為保證新結構體系在地震時結構的整體性,在每道橫墻的屋頂層設置鋼拉桿, 底部設置壓漿錨桿。

（5）在新增新加混凝土板墻及剪力墻下設置基礎, 用以減少新舊結構基礎間的差異沉降。

3.1.3 外套式加固改造設計

（1）先計算非外套部分的總地震作用力，從計算模型中調取如下參數：

1 層多遇地震作用標準值：422.3 kN；

2 層多遇地震作用標準值：531.9 kN；

3 層多遇地震作用標準值：733.3 kN；

4 層多遇地震作用標準值：930.5 kN；

5 層多遇地震作用標準值：813.1 kN。

（2）單榀外套總地震剪力分配為該樓層地震作用標準值的 1/15，（按 15 榀計算，并取其 20% 作為輸入的水平力，計算新增外套墻體配筋及基礎計算）：

1 層單榀外套承擔多遇地震作用標準值：5.6 kN；

2 層單榀外套承擔多遇地震作用標準值：7.2 kN；

3 層單榀外套承擔多遇地震作用標準值：9.8 kN；

4 層單榀外套承擔多遇地震作用標準值：12.4 kN；

5 層單榀外套承擔多遇地震作用標準值：11.0 kN。

外套剪力墻構件,截面參數:

T 形截面的寬度B為 800 mm；T 形截面的高度H為 1 500 mm；T 形翼緣的厚度T2為 200 mm；T 形腹板的厚度T1為 200 mm。

材料:混凝土強度 C30

計算輸入條件如圖 3 所示。

圖 3 加固改造（外套式加固）輸入條件

通過計算，將柱底彎矩標準值 258.5 kN·m、柱底剪力標準值 23 kN 作為基礎計算的依據。

進行外套式加固后，根據計算理論，原砌體結構承擔的地震作用減少了, 但根據經驗，原砌體結構至少應承擔 40%的地震作用力，才能保證原結構實現大震不倒的要求, 所以可以通過控制結構的彈性層間位移不超過原砌體結構的初始開裂位移, 來實現大震不倒的設防要求。對于本工程, 外套鋼筋混凝土墻體在小震作用下的最大層間位移為 1/1579，遠小于砌體結構的初始開裂位移。

3.2 典型樓棟板墻加固設計

3.2.1 工程概況

本工程設計完成于 1965 年。為砌體結構房屋，該樓建筑面積為 1 573.3 m2，總長度為 35.2 m，總寬度為 11.1 m，建筑檐口高度為 15.6 m。地上 5 層，層高為 3.0 m。本項目為外廊式住宅單元，每層為一梯 6 戶，5 個標準開間。

外墻厚度為 370 mm，內墻厚為 240 mm，砌體材料為燒結普通磚，混合砂漿砌筑，基礎形式為墻下條形基礎，樓屋蓋為預制混凝土空心板。

3.2.2 鑒定加固

根據《垂楊柳西里小區 16 號樓結構檢測鑒定報告》，按照 A 類建筑鑒定方法對主體結構抗震和安全性鑒定結果如表3所示。

表 3 樓棟墻體砌筑材料實測強度

3.2.3 加固設計

（1）輸入 PKPM 模型。本工程加固設計后續使用年限為30年，按照北京市 DB 11-689-2016 第 3.0.6 條第 2 款第2 則規定，地震影響系數最大比值為 0.75，以此在非外套模型計算中，水平地震影響系數取（0.16×0.75）0.12。將參數輸入到砌體結構鑒定與加固模型中。

計算結果分析：南北兩道砌體縱向外墻中，約有80%的墻體抗震計算承載力不足；同時，砌體結構中幾道橫墻受壓計算承載力不足，約占到整個墻體的15%，故加固方案需要著重彌補抗震方面及構造方面的不足。為滿足《砌體結構設計規范》規定的安全性，結合本項目的特殊要求，最終選用鋼筋混凝土板墻進行墻體加固，并增設構造柱及圈梁，滿足結構抗震措施及整體性要求。

（2）墻體加固做法。墻體加固優先采用鋼筋混凝土板墻單面加固，為保證不破壞原磚砌體墻，錨筋孔使用結構膠封堵。在室外地面，板墻鋼筋延伸入原結構基礎，要求采取措施，做好鋼筋在基礎處防腐防銹蝕；同時為提高保溫性能要求，將保溫層延續到冰凍線以下收頭。

（3）增設圈梁及構造柱。依據計算結果，采用構造柱及圈梁進行構造性加固。外墻加固選擇增設現澆鋼筋混凝土圈梁，內墻設置鋼拉桿。鋼拉桿采用角鋼 L100 mm×8 mm，替代鋼筋，（主要考慮業主后期裝修方便，角鋼可襯到墻頂角部）。鋼拉桿兩端通過鋼板錨固在圈梁內，與新增設的鋼筋混凝土外墻圈梁形成整體。

（4）加固后結果分析。采用鋼筋混凝土板墻加固方法后，新增加的鋼筋網使得墻體的柔性增大，組合墻體受剪承載力提高，抗震性能得到明顯提升。同時，混凝土的板墻增大了墻體受壓截面面積，使得墻體受壓承載力提高，滿足了設計要求。

4 結 語

雖然在老舊小區結構抗震加固領域內，做了一些實踐工作，取得了一些研究成果，對既有砌體結構加固方案進行了初步比選，并運用結構計算模型驗證了所選方案的可行性，但是工程實用性不足，不代表普遍應用性，還有很多問題有待于進一步研究解決，需要對所選加固設計方案進行更加細致地優化提升，使其設計方案和計算理論成為一套系統，加以推廣。只有通過不斷學習抗震加固理論，有效地利用現有技術手段，在既有砌體建筑結構抗震加固改造技術中不斷創新，才能取得新的成績，為既有砌體結構的抗震加固改造提供更好的服務。