某建筑加层改造的抗震加固探析

万里波

摘 要：文章根据作者多年工作经验，结合工程实例，对某建筑加层改造方案进行了探讨，通过多方综合对比，给出了适合改工程的后续适用年限，并提出其抗震鉴定和加固方案，以供参考。

关键词：抗震鉴定；加固方案；后续适用年限

1工程概况

1.1建筑现状

某综合楼位于城市中心地带，为集餐饮、娱乐及住宿为一体的大型建筑。该建筑地上8层，地下2层，为钢筋混凝土抗震墙结构，总建筑面积约为7000m2。层层高为4.50m，2层层高为4.50m，其他层层高均为2.90m，总高为26.40m。首层到6层抗震墙厚300mm，7层、8层抗震墙厚250mm。采用混凝土箱型基础，基础埋深8.15m，楼盖为现浇钢筋混凝土结构。标准层结构布置见图1。该建筑抗震设防烈度为8度，场地类别为II类。

1.2加层方案

主楼在原来8层的基础上新增加7层，总层数为15层，总高度48.70m，室内外高差0.6m。

拆除原上部结构外纵墙A轴、G轴处的八字斜墙，相应的内横墙在原来A轴外侧扩出1.4m，G轴外侧扩出1.5m，坐落于原地下室外墙上，新增墙体和楼板。局部(3轴至5轴处)向外扩出2.5m，需要增加相应的基础。原有纵向边梁的跨度从3.9m增加为7.8m。

原有墙体局部增开洞口：首层7轴、9轴、A轴、C轴、D轴和E轴等处新增9个洞口，2层新增3轴、4轴、5轴、7轴、9轴、A轴、D轴和E轴等处9个洞口，3~8层新增A轴、C轴和E轴等处4个洞口。

局部扩大或调整原有洞口：首层13轴、C轴、G轴以及电梯间等处8个洞口扩大；2层13轴、C轴、G轴以及电梯间等处7个洞口扩大，将A轴上1个洞口平移；3~8层G轴以及电梯间等处4个洞口扩大，C轴处10个洞口平移。

将主楼1层、2层南侧悬挑出的楼板由2.7m拆除至1.5m。

改造后标准层结构布置见图2。

1.3加层主要问题

该工程比较特殊的是原设计为地上21层，地下2层，实际施工时地上仅建至8层就因故封顶。当时考虑到后续加层，预留了加层所需的墙、柱竖向钢筋。因此，对原有结构的加固以及新旧结构的连接应该不是本工程的重点。本工程比较突出的问题是，此次加层的后续使用年限如何确定。设计时按照地上21层进行设计，但当时采用的标准是78抗震规范，现行的《建筑抗震鉴定标准》(GB50023-2009)[1]对加层改造工程抗震鉴定没有明确规定，只是指出，加层改造时的要求应高于现有建筑的设防标准而接近或达到新建工程的要求。

从工程角度来讲对于现有建筑，不同的设防标准是通过不同的后续使用年限来体现的，以下重点讨论如何选用后续使用年限。

2后续使用年限的选用

根据鉴定标准的相关规定，对本加层工程而言，高于原有标准的设防标准有两种，即后续使用年限分别采用40年(B类建筑)或50年(C类建筑)。那么具体选择哪个标准，可以从工程量和投资两方面进行综合比较。主要从这两种不同的标准对结构竖向抗侧力构件的承载力调整和抗震构造措施的不同来进行比较。

由于按照B类建筑和C类建筑进行抗震鉴定时，采用的场地特征周期不同，同样的场地类别，后者比前者增加了0.05s以上。若按B类建筑进行鉴定，该建筑物场地属II类、近震，设计特征周期值Tg=0.30s；而C类建筑，该建筑物场地属II类、设计地震第一组，设计特征周期值Tg=0.35s。对于钢筋混凝土结构，阻尼比取值没有发生变化，均取为0.05。考虑加层改造后使用要求，楼面活荷载按现行荷载规范取值。采用SATWE计算软件进行加层后结构整体计算。加层后结构第一自振周期T=0.58s，从而可知：

按B类建筑进行抗震鉴定时，地震影响系数取值为：

按C类建筑进行抗震鉴定时，地震影响系数取值为：

两者相比，后者的地震作用增大了约15.9%

该房屋加层后总高48.70m，位于8度区，钢筋混凝土抗震墙结构，依据鉴定标准相关规定，其抗震墙抗震等级为二级。按B类建筑和按C类建筑进行抗震鉴定时，对结构计算中的相应调整系数取值也不相同，详见表1。

按B类建筑鉴定时，该结构剪力墙的底部加强部位为1、2两层，且不区别约束边缘构件和构造边缘构件，仅是设置暗柱和端柱，其边缘构件范围如图3所示[2-3]。

按C类建筑鉴定时，底部加强部位及相邻的上一层(本工程为3层)应设置约束边缘构件见图4，其他部位的墙肢两端及洞口两侧均设置构造边缘构件见图3。

初步复核该结构原设计图纸，剪力墙设有边缘构件，且其范围和配箍满足B类建筑的相关要求；而若按C类建筑进行鉴定时，则抗震墙底部加强部位(本工程为3层)的边缘构件均不能满足约束边缘构件的范围和纵向钢筋配置的要求。底部加强部位以上墙体边缘构件的纵向钢筋配置不满足要求，则相当一部分构件需要进行加固补强，根据目前成熟的加固技术和方法[4-5]，对此种不足的加固效果是否可以达到预期，值得商榷。

比较上述结果，由于对B类建筑和对C类建筑进行抗震鉴定时，在地震力、内力调整及抗震构造要求方面的不同，带来的加固工作量是迥然不同的，加固工期和投资也有显著的差异。考虑到在保证结构安全的前提下，要保证工期，同时要尽量节省投资。所以，对本加层改造工程进行抗震鉴定时，按B类建筑，也就是保证该房屋后续使用年限为40年的标准进行，这样既能保证加层改造时，采用的设防标准(后续使用年限为40年)高于原房屋的设防标准(后续使用年限为30年)，又不会大幅增加投资和工期。

3原结构抗震鉴定

采用SATWE计算软件进行计算，并依据与所采用的后续使用年限相适应的场地特征周期来计算地震作用。对构件截面进行抗震验算时，组合内力设计值的调整符合鉴定标准对B类建筑的要求。依据计算结果与原施工图核对，该房屋抗震承载力基本满足要求。新旧建筑方案的不同，导致个别构件需要进行加固补强处理。主要是新开洞口部位需要设置边缘构件，以及原结构主楼A轴和G轴八字斜墙拆除后形成跨度为7.8m的楼面梁，跨中为原梁支座部位，纵筋连接和箍筋设置不能满足规范要求，不能充分发挥原设计配筋的作用，可能导致跨中正截面承载力和挠度不满足要求。以及改扩建工程经常遇到的常规问题，比如扩建部分的新基础与原基础的差异沉降，地下室扩出部分新的基础底板、基础梁、外墙与原有底板、梁、墙的连接；扩建部分墙、楼板等构件与原结构构件的连接，以及新旧构件二次受力问题。依据常规的混凝土构件加固方法可以满足要求。工程鉴定过程中，业主提出日后可能对房屋抗震方面有更高的要求，希望就加固方面给出一些建议。

4结语

既有建筑加层的情况非常复杂，在对其进行抗震鉴定加固时，如何选取合理的设防标准是第一步也是关键问题。若原结构的设防标准低于目前新建工程的设防标准，且加层新增面积与原结构面积相比比较大，那么加层时的要求应高于既有建筑的设防标准而接近或达到新建工程的要求。同时综合考虑加固工程量和投资等方面的因素，最终确定所选用的设防标准。根据鉴定结果进行抗震加固时，若加固量很大，应首先考虑从抗震概念方面进行加固，比如改变房屋原有结构体系，增加多道抗震设防，或者采用隔震、耗能等技术。避免大量加固结构构件，尤其是水平抗侧力构件。加固方案也应满足新设计时的抗震概念设计思想，特别注意不能改变原结构的“强柱弱梁、强剪弱弯、和强节点弱构件”的设计思想。

参考文献：

[1]GB50023-2009，建筑抗震鉴定标准[S].

[2]GB50011-2001(2008版)，建筑抗震设计规范[S].

[3]JGJ3-2002，高层建筑混凝土结构设计规程[S].

[4]JGJ116-2009，建筑抗震加固技术规程[S].

[5]GB50367-2006，混凝土结构加固设计规范[S].

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。