旧房加固改造设计思路

李仁君，张先彬

（中国轻工业成都设计工程有限公司，四川成都 610015）

0 前言

20世纪80年代及以前计算机结构分析软件尚未广泛应用和普及，这个时期修建的建筑基本上是采用假定条件手工计算的，这种条件下的结构计算结果存在很多不足：结构计算模型简化近乎理想状态（如：多层框架计算假定为无侧移刚架模型）、计算采用平面模型而非三维空间模型、计算结果缺乏足够的可靠性和安全性；同时，在改革开放初期以“深圳速度”为代表的施工建设周期短，造成如混凝土养护时间不够，节点构造细节处理不到位等施工缺陷。经过30年左右的使用，这类建筑的结构耐久性已下降，使用功能也发生改变，所以对这类建筑结构的加固维修是必要的。

1 工程概况

某办公楼占地3766.22m2，建筑呈“L”型布局，总建筑面积12570m2，初始设计为7层框架结构，1989年建成5层框架结构投入使用，1994年增加3层，现为8层钢筋混凝土框架结构房屋，现已使用31年。在此期间经过多次装修改造，造成了部分梁、板、柱构件不同程度的损伤；并且又经历了5·12汶川地震、4·20芦山地震都未对其进行加固设计。

本次加固设计为保证办公楼在后续使用年限内的可靠性、安全性。根据《混凝土结构加固设计规范（GB 50367—2013）》的规定，本工程结构加固后的后续使用年限为30年（A类）。

2 加固设计所遇的问题及解决

本办公楼自修建至今，经不同的业主易手，建筑的竣工图等原始资料缺失严重，原设计单位早已不存在了（也无法跟原设计单位沟通和索取资料）。现业主给设计院的资料仅有初始设计的7层各专业图纸和本工程的抗震鉴定报告。1994年的加层结构图、第一次修建按5层修建的结构图、两次施工的竣工图、期间几次装修改造图均没有。针对此问题，又委托检测单位对本工程进行全面的检测——1～5层以现场检测复核原结构图为准，二次修建的6～8三层以现场检测的数据作为复原本工程结构模型依据。通过上述处理，基本准确完整地建立加固设计模型。

3 本工程结构抗震鉴定及安全性鉴定结论

3.1 现场检测结论

（1）①楼面梁存在局部混凝土脱落，纵筋、箍筋外露锈蚀；部分楼（屋）面梁近支座处梁侧面面层开裂，最大裂缝宽在0.1～0.2mm间；②楼面板个别区域跨中存在错动现象；现浇板存在个别钢筋外露，钢筋被局部截断现象较普遍。

（2）混凝土柱强度推定值介于24.3～40.9MPa间；混凝土梁强度推定值介于25.8～36.0MPa间；混凝土板强度推定值介于29.0～39.7MPa间。

（3）混凝土柱碳化深度在6.0～6.5mm间；混凝土梁碳化深度在6.0～6.5mm间；混凝土板碳化深度在6.5～7.0mm间。碳化深度小于保护层厚度，钢筋处于混凝土碱性保护中。

（4）办公楼X向无明显倾斜规律；Y向无明显倾斜规律，倾斜率整体满足规范要求。

3.2 抗震鉴定结论

办公楼结构构造有多处不符合抗震要求，部分房间存在钢筋露筋、锈蚀；填充墙与混凝土梁、柱存在竖向或水平裂缝；个别混凝土梁近支座处梁侧存在混凝土竖向裂缝；填充墙无拉结筋设置；各楼层综合能力抗震指数均大于1.0，综合抗震能力满足A类房屋要求，但部分抗震构造措施不满足要求，部分楼层框架柱轴压比超限，部分柱配筋不满足抗震承载力要求，部分框架梁配筋不满足抗震承载力要求，应采取措施进行抗震加固处理。

3.3 安全性鉴定结论

办公楼地基基础为Bu级，上部承重结构为Cu级，围护系统结构为Cu级。根据地基基础和上部承重结构的评定结果，按其中较低等级确定，该建筑鉴定单元的安全性评级为Csu级，安全性不符合该标准对Asu级的要求，显著影响整体承载力。

3.4 相关建议

（1）对轴压比超限处的框架柱进行加固处理。

（2）对混凝土柱及梁抗震承载力不满足要求的构件进行加固处理。

（3）对出现裂缝及露筋锈蚀的混凝土构件采取措施进行处理。

（4）对穿管、钢筋截断、钢筋外露锈蚀的混凝土板采取措施进行处理。

（5）应综合考虑该房屋后期装修改造的影响，并结合本报告，对该房屋进行整体复核验算及加固改造设计，未经设计许可或技术鉴定，不得随意增加荷载。

4 本工程结构加固设计

4.1 设计荷载

4.1.1 活荷载取值

根据《建筑结构可靠度设计统一标准》的规定：活荷载标准值为设计基准期内活荷载最大分布的某一分位值。《建筑结构荷载规范》自GBJ 9—87版起就规定在楼面的活荷载标准值取值在调查和统计的基础上，考虑荷载随时间和空间的变异性，进而采用了概率统计模型，持续性活荷载和临时性活荷载统一采用等时段的平稳二项随机过程概率模型，假定（设计基准期T=50年）：

a.荷载出现的概率为P，不出现的概率为l—P；

b.荷载持续一次作用时间为τ，则在准基期为荷载变动次数r=T／τ；

c.荷载任意时点的概率分布函数是相同的。

根据以上假定，τ=10年，r=5次，出于分析上的方便，对活荷载分布函数采用了极值I型分布函数：

其中：u-众值：u=μ-0.5772/α；α-尺度参数，α=π/2.4495σ；μ、σ-分布函数的平均值和标准差。

二者根据一定组合原则，并按一定的分位值，得出楼面活荷载的标准值（Qk1）。但在结构加固时，由于结构已处于服役期，因此荷载基准期T=50年的假定已不再适应，而应改成目标使用期T（t）=30年，根据上述理论得出30年的荷载基准期内的活荷载标准值（Qk2）。参荷载规范的条文说明Qk2相当于0.95Qk1。本次加固设计活荷载取值采用了现行《建筑结构荷载规范》的规定，未进行折减，以保证建筑结构加固后的后续使用年限内的活荷载可靠度。

4.1.2 建筑恒载卸荷处理

本工程自1989年建成已使用31年，并几经变更业主，各个使用单位对本工程就进行过多次装修。原设计的建筑楼面为水磨石地面，现状为地砖楼面，根据检测单位现场实测——建筑结构面以上的二次建筑装修层厚度有100mm左右。为满足后续使用结构安全要求，也是加固施工工艺对结构表面的要求，对结构面层以上的二次装修层进行剔除，进行卸荷处理；同时本次建筑房间分隔增加墙体采用轻质隔墙板（要求其面密度不大于0.8kN/m2）或玻璃隔断；本次楼面装修采用：走道、大厅及卫生间设计为地砖地面（荷载大小与原设计相当），其余房间设计为地毯地面。

4.2 加固设计

加固设计思路：鉴于本工程原设计于20世纪80年代，结构空间计算考虑不足，造成结构侧向刚度偏弱，本次加固设计着重对框架梁、柱的结构整体加固，重点对框架柱的加固——底层柱按混凝土加大截面处理，二层以上的框架柱采用外包型钢加固，以保证结构的轴压比在0.90以下；在八层会议室的框架柱为单跨框架，尽管其各项结构指标均满足规范要求，为保证其安全度进行外包型钢加固处理；结构混凝土强度取现场实测值与原设计值的较小值，但这是偏于安全的。原设计底部三层为梁、板、柱混凝土强度为300号，折算成现行规范的混凝土强度为C28，三层以上部位混凝土构件混凝土强度为250号，折算成现行规范的混凝土强度为C23。检测单位实际检测数据中只有3层有一个点低于原设计值。

（1）对轴压比超限处的框架柱采用加大截面法进行加固处理，因此类问题多在底部产生，本建筑为20世纪90年修建，侧向刚度偏弱，在下部尤为严重，所以采用增大截面法加固设计不仅可以提高加固框架柱的承载能力，而且还可以通过加大其截面刚度，改变其自震频率，使正常使用阶段的性能在某种程度上得到改善。此加固方法施工简单，将原柱截面加宽160～200mm。

（2）对承载力不满足要求的二层及以上的钢筋混凝土柱采取外包型钢法加固设计，其特点是被加固构件的截面和自重增加不大，基本不影响建筑空间尺寸，施工工期较短。

（3）对承载能力不满足要求的钢筋混凝土梁采取粘贴钢板进行处理，粘钢加固的主要特点是被加固构件的截面和自重增加不大，基本不影响建筑效果，施工作业对周边环境干扰小，可靠性高。

4.3 结构加固后分析结果

（1）本工程使用中国建筑科学研究院编制的结构分析程序《建筑抗震鉴定和加固设计软件JDJG》（2010V2.2版）进行结构计算分析。

（2）加固设计后的主要结构控制参数如下：

最大位移比：1.29；最大位移角：1/748；最大轴压比：0.78；最小屈服强度系数：7.02。均满足规范的要求。

5 结语

在改革开放初期的特定历史时间和在建筑技术具有局限性的特定条件下，我国修建了大量的类似本工程的建筑，这类建筑也进入了维修加固期。本工程加固设计虽还有许多改进的地方，但本工程从资料搜集、荷载分析取值、加固设计分析等方面为类似旧房项目开展结构加固工作思路作参考。