老舊城區建筑抗震加固改造技術研究

姜 晶

(浙江省城鄉規劃設計研究院，浙江 杭州 310000)

1 老舊城區建筑抗震加固改造的背景

隨著當今人口的日益增多導致對住房需求的不斷上升以及國土資源的日益緊張，建筑行業對土地需求的增加與土地供不應求的矛盾成為目前社會面臨的主要問題之一，相應興起的建筑加固維修改造行業也得到國內外研究人員以及建筑結構師們的關注。綜合國內外相關研究，世界上大多數發展中國家都是按照“新建-新建與維修改造同時存在-主要加固改造”的步驟進行。許多發達國家在第二次世界大戰后已經經歷了一段時期的建筑行業的快速發展，轉而開始了以加固改造為主的新紀元。

2 加固改造技術研究的意義

隨著時代的發展，我國舊建筑抗震加固的重要性日益突出。首先，我國是個自然災害不斷的國家，暴風雪，洪水，臺風和其他自然災害連年不斷，并且還有近2/3的城市處于地震區域，地震的發生會對在建筑物造成不同程度的損傷；其次，我國于20世紀70～80年代大批修建的建筑已有相當數量的房屋進入中老年，這些受損或老化的房屋如果進行大規模的拆除重建是不現實的。加固改造能節約大量人力、物力，節約投資，大大節省社會資源。常見的結構加固的原因如表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用及措施研究

3.1 項目概況

金華鐵路文化公園內8棟歷史性保留建筑加固改造項目位于浙江省金華鐵路文化公園內。金華鐵路文化公園位于金華市婺城區二七區塊內。北起工人路與鳳山街交叉口，西抵婺州北街-和盤大橋，東達五一路-回西街交叉口。

建筑遺存現狀：本項目有8棟歷史性保留建筑，本次A區塊、B區塊、C區塊、E區塊初步設計的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，歷史文保價值高，其老建筑簡況如表2所示，因此，加固改造時盡量保留老建筑的外形機理，加固方法主要從以下方面考慮：針對砌體結構抗震性能不足采用結構體系轉換的方法，將原來砌體結構改為框架結構，從而達到抗震的目的；對于構件強度不足，建筑功能調整的位置，采用構件補強的方法進行加固；對于地基承載問題，采用地基加固補強進行施工。另外，除了基礎住宅抗震加固外，對歷史文物建筑的修復也至關重要，要根據歷史建筑的保護要求，對歷史文化進行保護，徹底實行歷史建筑翻新并恢復歷史建筑外貌，提高建筑的使用功能。其中，對有粉刷的外墻，用鋼筋網LD復合水泥砂漿面層加固；對清水外墻，清理修復后噴涂硅化劑，既保留了外墻原有的歷史風貌，又確保了墻體的安全性，同時增加了耐久性；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行改造。

1)一層替換為鋼屋架，二層原木屋架加固修復。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，導致木屋架發霉破損嚴重，無法達到承載力要求，無法滿足結構安全。屋頂承重構件應滿足《建筑設計防火規范》(GB 50016—2014)的規定。現狀東西兩側一層為較低部分的屋頂，木屋架為屋頂承重構件，木屋架為可燃性0.5 h，不滿足防火要求。加固改造設計中，將東西兩側的一層用鋼屋架代替木屋架作為屋頂承重構件，以滿足結構安全和防火要求；二層原木屋架加固修復，二層的木屋架保存較好，只需結構加固，同時在屋架的下方增設承托鋼梁。空調設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，展陳功能規定的荷載為400 kg，木樓板無法滿足要求。根據結構鑒定報告，木樓板、木梁腐朽霉變嚴重。因此，從結構安全的角度考慮，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60年代建成，內徑約4.8 m。其主要存在以下問題。

1)地基基礎依據“檢測鑒定報告”基礎未發現明顯的不均勻沉降，地基基礎的安全性及可靠性評定等級均為B，對地基基礎進行壓密注漿法加固。

2)砌體外墻依據“檢測鑒定報告”，墻體安全性及可靠性評定等級均為B。對墻體內側鋼筋網LD復合水泥砂漿面層加固，墻體外側剔縫10 mm后表面噴涂硅化劑增加耐久性。

3.2 基礎加固

金華鐵路公園火車站機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，在對建筑進行外圍加固之后再進行內部加固，最后進行中間加固，其目的是防止鄰孔竄漿，先進行底部注漿再進行上層注漿，使其地基的承載值增加。加大基礎底面積可分為單側加大和兩側加大，通過在原基礎一側或兩側植筋并澆筑混凝土，使新老基礎共同受力，加大基礎底面積主要節點如圖1所示。

3.3 構件加固方法

在建筑加固實施方案中，與其配套的相關技術有很多種，包括后錨固技術、混凝土技術、裂痕修補技術等。此外，在此次砌體墻加固過程中還應用了高延性混凝土對砌體墻進行加固。除了水泥、硅灰、石英砂外，高延性混凝土的關鍵核心材料是纖維，因為纖維的拉結，才會使混凝土產生高延性的性能。國家標準《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的規定。

圖1 加大基礎截面節點

高延性混凝土加固砌體墻施工工藝簡單，加固時只需要將原墻面砂漿清除，然后根據設計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的獨立裂痕進行修補，先密封裂縫的周邊，然后在一定的時間內，以一定的壓力，向裂縫腔內注入低黏度、高強度的裂縫修補膠。表面封閉法主要針對裂痕寬度在ω≤0.2 mm的網狀裂痕進行修補，采用低黏度的環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 結構體系加固方法

目前在役的砌體結構一般為20世紀90年代以前建造的，由于當時經濟條件有限、抗震構造措施不足，鮮有砌體結構按照抗震要求設置圈梁和構造柱，因此，為了滿足抗震設防的要求，一般會采取在建筑內部增設圈梁和構造柱的措施，但由于添加圈梁和構造柱為混凝土結構，且剛度遠大于原結構，在地震作用下，原有的砌體結構不能協同受力，新舊構件之間將產生很大的剪力，僅靠混凝土圈梁與砌體結構表面的粘結力很難滿足剪力設計要求，砌體結構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圈梁構造柱協同抗震加固結構。

4 結論與展望

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，老舊小區改造在未來必然成為一種趨勢，通過對老舊建筑加固現有技術的總結和分析，發現現有加固方法存在諸多問題，比如施工工藝復雜、操作難度大、施工工期長、對原建筑破壞嚴重等問題，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，總結如下。

1)探討了我國抗震鑒定及加固改造的發展歷程、現狀及存在的問題，通過前期的調研、考察以及資料的收集整理，以及近幾年加固改造項目的積累，對現有加固改造方法、施工工藝有了深入、直觀的了解；對砌體結構抗震破壞機理有了更深入的理解，對構件加固、體系加固等常用方法進行了總結歸納和應用，對加固設計中的關鍵技術問題有了更加全面的認識。

2)總結了不同類型的加固改造項目，包括金華鐵路公園老舊建筑加固改造項目(以砌體結構為主)等，在調研、考察的基礎上，首先對現有加固方法進行深入學習和理解，并在理解的基礎上對現有加固技術的缺點和局限性展開研究，提出了諸多新設計、新思路、新方法，比如改變結構體系加固中在圈梁和構造柱上增設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，部分方法結合實際項目進行驗證，可供設計人員在今后的老舊建筑加固設計中參考。

3)隨著老舊建筑加固改造技術的發展，依舊存在很多問題，值得在今后的工作中繼續研究。未來，可以將上述一些設計、施工新技術、新方法應用于實際工程中，檢驗其有效性。

4)由于老舊建筑加固改造千差萬別，不可能針對每個項目都研究出一套技術和方法，因此，后續工作重心可放在研究通用加固技術和方法上。針對施工作業質量、安全等方面提出更高的管理要求，以便最終形成通用技術指導性文件。

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