老舊城區(qū)建筑抗震加固改造技術(shù)研究

姜 晶

(浙江省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，浙江 杭州 310000)

1 老舊城區(qū)建筑抗震加固改造的背景

隨著當(dāng)今人口的日益增多導(dǎo)致對住房需求的不斷上升以及國土資源的日益緊張，建筑行業(yè)對土地需求的增加與土地供不應(yīng)求的矛盾成為目前社會面臨的主要問題之一，相應(yīng)興起的建筑加固維修改造行業(yè)也得到國內(nèi)外研究人員以及建筑結(jié)構(gòu)師們的關(guān)注。綜合國內(nèi)外相關(guān)研究，世界上大多數(shù)發(fā)展中國家都是按照“新建-新建與維修改造同時(shí)存在-主要加固改造”的步驟進(jìn)行。許多發(fā)達(dá)國家在第二次世界大戰(zhàn)后已經(jīng)經(jīng)歷了一段時(shí)期的建筑行業(yè)的快速發(fā)展，轉(zhuǎn)而開始了以加固改造為主的新紀(jì)元。

2 加固改造技術(shù)研究的意義

隨著時(shí)代的發(fā)展，我國舊建筑抗震加固的重要性日益突出。首先，我國是個(gè)自然災(zāi)害不斷的國家，暴風(fēng)雪，洪水，臺風(fēng)和其他自然災(zāi)害連年不斷，并且還有近2/3的城市處于地震區(qū)域，地震的發(fā)生會對在建筑物造成不同程度的損傷；其次，我國于20世紀(jì)70～80年代大批修建的建筑已有相當(dāng)數(shù)量的房屋進(jìn)入中老年，這些受損或老化的房屋如果進(jìn)行大規(guī)模的拆除重建是不現(xiàn)實(shí)的。加固改造能節(jié)約大量人力、物力，節(jié)約投資，大大節(jié)省社會資源。常見的結(jié)構(gòu)加固的原因如表1所示。

表1 工程加固的主要原因列表

3 老舊建筑改造加固方法應(yīng)用及措施研究

3.1 項(xiàng)目概況

金華鐵路文化公園內(nèi)8棟歷史性保留建筑加固改造項(xiàng)目位于浙江省金華鐵路文化公園內(nèi)。金華鐵路文化公園位于金華市婺城區(qū)二七區(qū)塊內(nèi)。北起工人路與鳳山街交叉口，西抵婺州北街-和盤大橋，東達(dá)五一路-回西街交叉口。

建筑遺存現(xiàn)狀：本項(xiàng)目有8棟歷史性保留建筑，本次A區(qū)塊、B區(qū)塊、C區(qū)塊、E區(qū)塊初步設(shè)計(jì)的7棟歷史性保留建筑均已完成搬遷，目前空置。

由于金華鐵路公園年代久遠(yuǎn)，歷史文保價(jià)值高，其老建筑簡況如表2所示，因此，加固改造時(shí)盡量保留老建筑的外形機(jī)理，加固方法主要從以下方面考慮：針對砌體結(jié)構(gòu)抗震性能不足采用結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換的方法，將原來砌體結(jié)構(gòu)改為框架結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到抗震的目的；對于構(gòu)件強(qiáng)度不足，建筑功能調(diào)整的位置，采用構(gòu)件補(bǔ)強(qiáng)的方法進(jìn)行加固；對于地基承載問題，采用地基加固補(bǔ)強(qiáng)進(jìn)行施工。另外，除了基礎(chǔ)住宅抗震加固外，對歷史文物建筑的修復(fù)也至關(guān)重要，要根據(jù)歷史建筑的保護(hù)要求，對歷史文化進(jìn)行保護(hù)，徹底實(shí)行歷史建筑翻新并恢復(fù)歷史建筑外貌，提高建筑的使用功能。其中，對有粉刷的外墻，用鋼筋網(wǎng)LD復(fù)合水泥砂漿面層加固；對清水外墻，清理修復(fù)后噴涂硅化劑，既保留了外墻原有的歷史風(fēng)貌，又確保了墻體的安全性，同時(shí)增加了耐久性；對廠房磚柱、混凝土柱則通過外包鋼加固，屋面板、屋架粘貼碳纖維復(fù)合材加固。

表2 金華鐵路公園老建筑簡況

金華老火車站主要對以下方面進(jìn)行改造。

1)一層替換為鋼屋架，二層原木屋架加固修復(fù)。一層替換為鋼屋架：一層的木屋架之上沒有木望板，直接鋪洋瓦，導(dǎo)致木屋架發(fā)霉破損嚴(yán)重，無法達(dá)到承載力要求，無法滿足結(jié)構(gòu)安全。屋頂承重構(gòu)件應(yīng)滿足《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB 50016—2014)的規(guī)定。現(xiàn)狀東西兩側(cè)一層為較低部分的屋頂，木屋架為屋頂承重構(gòu)件，木屋架為可燃性0.5 h，不滿足防火要求。加固改造設(shè)計(jì)中，將東西兩側(cè)的一層用鋼屋架代替木屋架作為屋頂承重構(gòu)件，以滿足結(jié)構(gòu)安全和防火要求；二層原木屋架加固修復(fù)，二層的木屋架保存較好，只需結(jié)構(gòu)加固，同時(shí)在屋架的下方增設(shè)承托鋼梁。空調(diào)設(shè)備和消防水管等由新增鋼梁承重。

2)置換二層樓板。老火車站的二層為辦公室，現(xiàn)功能改為鐵路博物館的展廳。原木樓板的荷載為200 kg，展陳功能規(guī)定的荷載為400 kg，木樓板無法滿足要求。根據(jù)結(jié)構(gòu)鑒定報(bào)告，木樓板、木梁腐朽霉變嚴(yán)重。因此，從結(jié)構(gòu)安全的角度考慮，將木梁、木樓板更換為在鋼梁、壓型鋼板上澆筑混凝土樓板。

金華老火車站青磚水塔總高度約為16 m，約20世紀(jì)60年代建成，內(nèi)徑約4.8 m。其主要存在以下問題。

1)地基基礎(chǔ)依據(jù)“檢測鑒定報(bào)告”基礎(chǔ)未發(fā)現(xiàn)明顯的不均勻沉降，地基基礎(chǔ)的安全性及可靠性評定等級均為B，對地基基礎(chǔ)進(jìn)行壓密注漿法加固。

2)砌體外墻依據(jù)“檢測鑒定報(bào)告”，墻體安全性及可靠性評定等級均為B。對墻體內(nèi)側(cè)鋼筋網(wǎng)LD復(fù)合水泥砂漿面層加固，墻體外側(cè)剔縫10 mm后表面噴涂硅化劑增加耐久性。

3.2 基礎(chǔ)加固

金華鐵路公園火車站機(jī)修房的加固方法采用注漿加固方法，以水泥和玻璃膠為原材料，在對建筑進(jìn)行外圍加固之后再進(jìn)行內(nèi)部加固，最后進(jìn)行中間加固，其目的是防止鄰孔竄漿，先進(jìn)行底部注漿再進(jìn)行上層注漿，使其地基的承載值增加。加大基礎(chǔ)底面積可分為單側(cè)加大和兩側(cè)加大，通過在原基礎(chǔ)一側(cè)或兩側(cè)植筋并澆筑混凝土，使新老基礎(chǔ)共同受力，加大基礎(chǔ)底面積主要節(jié)點(diǎn)如圖1所示。

3.3 構(gòu)件加固方法

在建筑加固實(shí)施方案中，與其配套的相關(guān)技術(shù)有很多種，包括后錨固技術(shù)、混凝土技術(shù)、裂痕修補(bǔ)技術(shù)等。此外，在此次砌體墻加固過程中還應(yīng)用了高延性混凝土對砌體墻進(jìn)行加固。除了水泥、硅灰、石英砂外，高延性混凝土的關(guān)鍵核心材料是纖維，因?yàn)槔w維的拉結(jié)，才會使混凝土產(chǎn)生高延性的性能。國家標(biāo)準(zhǔn)《水泥混凝土砂漿用合成纖維》(GB/T 21120)對混凝土用纖維有詳細(xì)的規(guī)定。

圖1 加大基礎(chǔ)截面節(jié)點(diǎn)

高延性混凝土加固砌體墻施工工藝簡單，加固時(shí)只需要將原墻面砂漿清除，然后根據(jù)設(shè)計(jì)要求在砌體墻的單面或雙面涂抹一定厚度的高延性混凝土即可。采用高延性混凝土約束邊框加固后抗剪承載力提高50%以上，且提高了空斗墻的整體性，而采用高延性混凝土單面加固后，墻面抗剪承載力提高了一倍以上，且整體性得到了較大的提高。

裂痕修補(bǔ)的主要方法有壓力灌漿法與表面封閉法。壓力灌漿法主要針對裂痕寬度處于0.2 mm≤ω≤1.0 mm的獨(dú)立裂痕進(jìn)行修補(bǔ)，先密封裂縫的周邊，然后在一定的時(shí)間內(nèi)，以一定的壓力，向裂縫腔內(nèi)注入低黏度、高強(qiáng)度的裂縫修補(bǔ)膠。表面封閉法主要針對裂痕寬度在ω≤0.2 mm的網(wǎng)狀裂痕進(jìn)行修補(bǔ)，采用低黏度的環(huán)氧樹脂封堵裂痕通道，如圖2所示。

圖2 墻體表面封閉法

3.4 結(jié)構(gòu)體系加固方法

目前在役的砌體結(jié)構(gòu)一般為20世紀(jì)90年代以前建造的，由于當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)條件有限、抗震構(gòu)造措施不足，鮮有砌體結(jié)構(gòu)按照抗震要求設(shè)置圈梁和構(gòu)造柱，因此，為了滿足抗震設(shè)防的要求，一般會采取在建筑內(nèi)部增設(shè)圈梁和構(gòu)造柱的措施，但由于添加圈梁和構(gòu)造柱為混凝土結(jié)構(gòu)，且剛度遠(yuǎn)大于原結(jié)構(gòu)，在地震作用下，原有的砌體結(jié)構(gòu)不能協(xié)同受力，新舊構(gòu)件之間將產(chǎn)生很大的剪力，僅靠混凝土圈梁與砌體結(jié)構(gòu)表面的粘結(jié)力很難滿足剪力設(shè)計(jì)要求，砌體結(jié)構(gòu)很難將水平地震力有效地傳遞到圈梁上，大大降低了抗震加固措施的有效性。基于此，本文提出一種砌體建筑增設(shè)圈梁構(gòu)造柱協(xié)同抗震加固結(jié)構(gòu)。

4 結(jié)論與展望

目前，在國家政策層面上對老舊建筑加固改造的支持力度不斷加碼，老舊小區(qū)改造在未來必然成為一種趨勢，通過對老舊建筑加固現(xiàn)有技術(shù)的總結(jié)和分析，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有加固方法存在諸多問題，比如施工工藝復(fù)雜、操作難度大、施工工期長、對原建筑破壞嚴(yán)重等問題，針對上述問題本文展開深入研究，并取得了一定的研究成果，總結(jié)如下。

1)探討了我國抗震鑒定及加固改造的發(fā)展歷程、現(xiàn)狀及存在的問題，通過前期的調(diào)研、考察以及資料的收集整理，以及近幾年加固改造項(xiàng)目的積累，對現(xiàn)有加固改造方法、施工工藝有了深入、直觀的了解；對砌體結(jié)構(gòu)抗震破壞機(jī)理有了更深入的理解，對構(gòu)件加固、體系加固等常用方法進(jìn)行了總結(jié)歸納和應(yīng)用，對加固設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)問題有了更加全面的認(rèn)識。

2)總結(jié)了不同類型的加固改造項(xiàng)目，包括金華鐵路公園老舊建筑加固改造項(xiàng)目(以砌體結(jié)構(gòu)為主)等，在調(diào)研、考察的基礎(chǔ)上，首先對現(xiàn)有加固方法進(jìn)行深入學(xué)習(xí)和理解，并在理解的基礎(chǔ)上對現(xiàn)有加固技術(shù)的缺點(diǎn)和局限性展開研究，提出了諸多新設(shè)計(jì)、新思路、新方法，比如改變結(jié)構(gòu)體系加固中在圈梁和構(gòu)造柱上增設(shè)銷鍵的方法使新老建筑共同受力，采用高延性混凝土加固墻面，采用鋼梁與混凝土板頂平的方法增加老舊建筑凈高等，部分方法結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目進(jìn)行驗(yàn)證，可供設(shè)計(jì)人員在今后的老舊建筑加固設(shè)計(jì)中參考。

3)隨著老舊建筑加固改造技術(shù)的發(fā)展，依舊存在很多問題，值得在今后的工作中繼續(xù)研究。未來，可以將上述一些設(shè)計(jì)、施工新技術(shù)、新方法應(yīng)用于實(shí)際工程中，檢驗(yàn)其有效性。

4)由于老舊建筑加固改造千差萬別，不可能針對每個(gè)項(xiàng)目都研究出一套技術(shù)和方法，因此，后續(xù)工作重心可放在研究通用加固技術(shù)和方法上。針對施工作業(yè)質(zhì)量、安全等方面提出更高的管理要求，以便最終形成通用技術(shù)指導(dǎo)性文件。

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