旧房加固改造技术在国内外研究综述

蒲静

【摘 要】时代的发展，使得建筑行业技术不断更新，建筑结构形式多样化，更加满足人们的需求。但是，国家建设的不断发展，原有的建筑日益增多，这些建筑的结构体系和使用功能不能满足原有设计要求和人们的要求时，加固改造技术是一种较为合理的措施。本文将从对国内外对加固改造技术的研究状况做一简单介绍。

【关键词】加固;加层;研究

中图分类号： TU375.4;TU352.11文献标识码： A文章编号： 2095-2457（2019）19-0185-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.19.090

1 国外的研究现状

70年代以后，世界各国对旧房的改造利用越来越重视，将重点放在对既有房屋进行现代化改造[1]。进入上世纪90年代以来，在国际上新建建筑市场不断萧条的情况下，产生了一种新兴产业，即对旧房屋进行维修改造。这种产业具有非常好的发展前景，不断增大在建筑市场中的比例，为各国经济的发展提供了新的增长点。

据有关资料显示，英、美两国在1985年时仅商业、工业及办公建筑的改造投资就达965亿美元，对旧房屋进行维修改造市场进入全盛时期。瑞典于20世纪80年代的建筑发展主要放在了对原建筑物的改造上，全国建筑50%的总投资用于维修改造中。前苏联也尽可能减少对旧房的拆除，保留有价值的建筑并定期维修改造，同时在莫斯科和圣彼得堡等城市设立建筑设计院专门负责改造设计。其他如波兰、意大利、匈牙利、德国、捷克、斯洛伐克等国家自20世纪70年代以来都提出住宅建设的重点是对既有房屋的现代化改造。于1906年～1913年采用钢结构加层的美国纽约商业区B.Altman Department Store[2]，庭院加一层，中厅加四层，塔楼部分加七层，共增加面积235000平方英尺;加层结构为钢框架结构，钢柱与原有柱直接连接，采用W12钢梁和W16钢桁架，钢筋混凝土复合楼板中混凝土采用轻质的。设计时以荷载的传递为主要考虑对象，尽可能对楼盖系统采用轻型结构。一座建于50年代的墨西哥城的10层办公楼，在1985年Michoacan Earthquake中因共振而破坏，对建筑进行加強钢框架来代替ADAS（将阻尼和刚度增大的系统）的加固处理，通过对两种加固形式的动力特性分析比较，可知，虽然ADAS的抗震性能好于加强钢框架，但是加强钢框架可以增大建筑的整体刚度，并且工程造价较低。

许多国家非常重视对古建筑保护修复技术的研究，定期举行以建筑物修缮改造为主题的学术会议以及出版专业的学术刊物，例如英国的Concrete Engineering International期刊，印度的the Stmctural Engineer和Indian Concrete期刊等等，这些学术会议和期刊每年都会出版大量关于建筑物加固、改造升级的论文和技术规程。例如美国相关规范《Seismic Provisions for Structural teel Buildings》、欧洲相关规范《Eurocode8：Design of structures for earthquake resistance》。

2 国内的研究现状

70年代以来，我国政府越来越重视对旧建筑的加固改造。加层改造无论在实践方面还是理论研究方面都在不断的进步。我国先后组织和成立专门分析研究旧建筑的鉴定与加层加固改造的科研协会，相关部门还颁布了一系列的规程规范，如《建筑抗震加固技术规程》（JGJ116-2009）、《现有建筑抗震鉴定与加固规程》（DGJ08-81-2000）、《砖混结构房屋加层技术规范》（CECS78：96）、《钢结构加固技术规范》（CECS77∶96）。

2006年，付丽丽[3]通过理论分析外包钢加固混凝土柱的受力性能和破坏状态，以及对长柱和短柱的五种加固灌浆情况进行反复加载试验，研究了外包钢加固混凝土柱的抗震性能，并且采用分离式有限元模型对外包钢加固构件进行了非线性有限元模拟;得到复合灌浆料加固的混凝土柱的抗震性能较理想，非线性有限模拟与试验结果很好的吻合。

2007年，杨晓明，周东明，李海峰[4]通过加层节点的直接钻孔连接法、柱中筋直接连接法和U型箍连接法，提出了外包刚性连接节点。分析可知外包刚性连接有较好的耐久性和抗震性，保证了加层工程的整体受力性能。潘建力等人运用MATLAB语言编制结构内力分析程序，对外包钢加固混凝土空间结构采用反应谱法进行地震计算;分别对三层框架和七层框架进行对比分析，得到外包钢加固可以减小结构自振周期，提高整体刚度，显著提高结构竖向和水平荷载的承载力。

2008年，薛彦涛，韦承基，孙仁范，史铁花，韩雪在能量原理的基础上推，导出精确计算加层结构采用不同材料时的阻尼比的公式;同时，在以剪切变形为主的结构特点之上，通过两个算例，推导出只与结构振型、楼层质量相关以及用于手算的不同材料加层结构阻尼比的计算公式，并与精确公式相比有较好的精度。

2009年，赵千荣，金旭，张建明对加设两层轻钢框架的四层钢筋混凝土框架的实例进行建模，研究了常数阻尼、Rayleigh阻尼和振型应变能阻尼三种阻尼计算方法对轻钢増层结构地震反应的影响，得到振型阻尼理论比较合理。潘金炎，江克勤结合某7层综合办公楼的实例，详细介绍了对其混凝土柱进行外包型钢加固的设计方案和施工技术，得到了与其它加固方法比较，型钢加固有效提高结构的承载力和刚度，使结构的耐久性、可靠性和安全性得到了保证。

2010年，周利剑，黄兢通过研究某钢筋混凝土框架结构钢结构加层设计实例，进行了整体框架的计算分析，对混凝土框架柱与钢柱的连接、混凝土与钢梁的连接以及楼梯的加层进行分析。得到新旧构件之间必须采取可靠连接，结构着重考虑抗震作用。

2011年，宗钟凌，曹双寅，张皓，潘宇翔，吕凤伟对锚栓生根、焊接生根和增大截面生根共五个加层连接节点的足尺模型进行低周反复荷载试验，研究了破坏形态、滞回曲线、位移延性、耗能能力等。得出结论：增大截面生根相比焊接生根和锚栓生根具有更优的抗震性能，但焊接生根和锚栓生根可操作性较强，施工工艺相对简单。

2012年，李润斌、任泽民利用ANSYS有限元软件设计了四个轻钢加层不同连接形式节点：U型钢箍加固（铰接）、碳纤维加固（刚接）、钢板加固和纯刚接（刚接），通过加载低周反复荷载，使构件达到屈服直至破坏，分析它们的抗震性能，得到钢板加固（刚接）的节点抗震性能最优。在此基础上，提出了一种钢板碳纤维混合加固连接形式的钢混节点（刚接），并建模分析比较，得出此节点在低周反复荷载作用下的极限承载力没有提高，但显著提高了耗能能力以及延性。

2013年，孙蕾在一加层改造实例的基础上建立有限元模型，分析对比了原结构，加层结构，设普通支撑结构以及增设摩擦耗能支撑结构在多遇和罕遇地震下的层间剪力、层间相对位移、位移速度和加速度时程响应分析;同时分析了摩擦耗能支撑各种参数。席欣对屈曲约束支撑（BRB）的特性及基本力学性进行了讨论，以及对分析方法做了理论分析;同时，建立有限元模型进行数值模拟，分析了加设屈曲约束支撑前后的模态及弹性和弹塑性抗震性能，可知BRB增加了结构的抗侧刚度，提高了抗震性能。

2014年，栾立维采用15层混凝土框架核心筒结构加层实例，对比加1、3、5层框架结构的周期，可得“鞭梢效应”发生在一定范围指标内，这对于加层的选型和设计提供一定的参考。朱秀兰采用ANSYS有限元软件建立由外包钢混凝土组合梁、普通组合梁及钢筋混凝土梁与型钢柱、钢筋混凝土柱的不同构件组合而成的六种框架，加載低周反复荷载进行分析比较，得到组合框架中具有外包钢组合梁构件的结构的刚度、极限承载力和耗能能力优于其它梁构件。并使用弹簧单元来模拟外包钢组合梁中型钢与混凝土之间的粘结滑移情况，发现型钢中的底板、腹板、上翼缘的滑移量依次减小。最后将外包钢组合梁现浇混凝土组合楼板和普通组合梁现浇组合楼盖相比，前者具有更大的刚度和承载力。

2015年，陈道政、罗志远、何池和、王伟强[5]等人以6层现浇钢筋混凝土框架结构加一层门式钢架结构的门诊楼为例，通过对原结构的检测、加层加固方案的设计以及利用SP2000软件进行模拟检测，可知对6层框架结构的加层加固设计方案具有安全性和可行性，并且对新旧结构的连接节点进行外包柱脚加固处理，保证了加层结构的整体性。

3 总结

虽然各国提出很多钢筋混凝土框架结构的抗震设计理论和计算方法，但是现有对轻钢加层结构的研究大多数集中在对现有的工程实例进行模拟分析。现存在的问题有：对加层这种下部钢筋混凝土框架结构上部钢结构体系的阻尼比没有明确的定义;对加层中混凝土结构和钢结构连接的节点的加固研究只做了静力研究，几乎没有涉及到动力试验研究;对于抗震的设计无规范可依，并缺乏完整系统的研究方法，可靠度理论研究不是很完善;増层的研究大多数针对的是钢结构，对轻质材料的研究有待进一步发展。

【参考文献】

[1]S.Kabraxnan，A.Saatei，S.Misir，Effects of adding illegal storeys to struetural systems， Sadhana， 2006，V31（5）：515-526.

[2]Thornton Charies H，Hungspruke Udom，DeScenza Robert P.Vertical expansion  to add 235000 sq.ft，Moden Steel Construction，1991，31（6）：38-39.

[3]付丽丽.外包钢加固钢筋混凝土框架柱的抗震性能研究[D].青岛理工大学，2006.6.

[4]杨晓明，周东明，李海峰.某高层建筑加层钢框架柱脚节点的抗震构造[J].工业建筑，2007，37（9）：113-114.

[5]陈道政，罗志远，何池和，王伟强.某门诊楼加层加固工程的设计[J].工程抗震与加固改造，2015，37（2）：136-141.