增层加固改造在中小学建筑中的应用

张世杰 薛学涛

河南省建筑科学研究院有限公司（450053）

0 前言

随着我国经济的不断发展和人们生活水平不断提高，我国对教育资源的投入越来越大，众多中小学也扩大生源来满足人们对教育资源日益增长的需求。生源的扩大也意味着学校教学面积需求的增大，但原本位于市中心繁华地段的学校，其周边建设用地紧张，很难扩大教学面积。加之旧房拆除、改建的工程量大、周期长、造价费用很高，因此对原有旧房进行增层改造已经越来越引起社会的重视，它的最大优点就是不占用建筑用地，可以直接提高建筑使用面积，且可以大幅缩短建设周期，甚至可以利用暑假时间完成改造过程。

我国目前增层形式种类繁多，日常比较多见的增层形式有直接增层、外套结构增层、室内增层、地下增层。在增层的同时，通过加固手段解决增层对原结构承载力和抗震性能所带来的问题。当然，并不是所有建筑物都适合增层改造，这取决于该建筑物是否具有增层和改造的潜力。应根据建筑物的建造年代、破损程度、结构状况、重要程度及使用要求等综合做出判断。对于建造年限不长、结构现状良好的房屋，增加2～3层是经济合理的，而对于临时性、半永久或严重破损、无利用价值的房屋则不宜进行加层改造。

文章以河南某中学教学楼的增层加固改造为例进行这方面的探讨。

1 工程概况

河南（7度0.15g）某中学教学楼于1998年9月1日完工，东西长约为128m，总建筑面积约为6676m2。平面布置总体呈一体两翼，中间一体部分为框架结构，地上6层。两翼部分为砖混结构，该部位主体为地下1层，地上3层，一体与两翼之间均设有沉降缝。整体平面图（如图1所示）。目前该建筑正在使用中。现校方需在西侧砖混部分顶部增加1层共4间教室，在东侧砖混部分顶局部增加1层作为会议室，增层结构形式拟采用钢结构形式[1]。

图1 平面图

2 加固方案设计前分析

建筑物增层改造前，首先需报规划审批，并进行综合技术经济分析及可行性论证。审批论证通过后方可进行具体的方案设计。

因原建筑建设年代较久，设计图纸缺失，需对所需改造加固的两翼砌体部分进行结构检测，并根据检测结果进行下一步加固方案的制订。检测重点包括:对原结构的平面图进行复原，结构形式的判定，层高的测量，砖、砂浆、混凝土强度的检测，有无混凝土构造柱圈梁及对基础形式和完整性的判定。检测报告显示，所检砌体部分砂浆强度均在M4.0以上，砖强度均在MU15以上，混凝土强度在C25以上，材料强度较好。存在圈梁和砖壁柱，地基基础为混凝土条形基础。但需要注意的是原结构形式为单边走廊，且楼梯间位于结构两端，对抗震不利，加固设计时需重点考虑[2]。

因原建筑地勘资料已经缺失，建筑地基承载力设计值未知，无法通过地区经验法得出建筑增层改造时的地基承载力设计值，因此本次增层改造前在基础下取了原状土进行室内物理力学性质试验。经复核，原验算结构地基承载力满足增层改造后的要求，地基无需进行加固。

3 加固方案设计要点

1）本次增层改造只增加一层。原结构布置形式较为合理，可在不改变结构承重体系和平面布置的前提下完成增层改造，且原房屋承重结构与地基基础的承载力和变形满足增层的要求，因此可采用直接增层的方法。

2）原有建筑为地上3层加半地下室，地下室出屋面高度约为1.2m，小于1.5m，因此地下室可不计入建筑层数，原结构确定可作为3层进行考虑。根据《建筑工程抗震设防分类标准》第6.0.8条，中小学教学用房抗震设防类别不低于重点设防类；根据《砌体结构设计规范》第10.1.2条，原结构砖为普通砖，7度0.15g，层数不得超过7层；根据《砌体结构设计规范》第10.1.2.2条注，该砌体部分为横墙很少的砌体房屋，7层-1层-1层-1层，因此原建筑层数设计不得超过4层。综上，本次加1层的增层改造符合现行规范要求[3]。

3）校方拟在西侧砌体顶层新增4间教室，每间可容纳60人；东侧砌体顶层新增会议室1间，容纳人数为200人。原建筑每层有教室11间，每间可容纳60人；教师办公室5间，每间可容纳12人。根据《民用建筑设计统一标准》GB50352—2019、《建筑设计防火规范（2018年版）》GB50016—2014、《中小学建筑设计规范》GB50099—2011，按照每股人流0.55m（0～0.15m）且不少于两股人流来计算，在增加4间教室和会议室后，原有楼梯的疏散宽度已不能满足规范要求，因此在考虑到不破坏现有建筑整体外立面及内部使用功能的前提下，在紧邻教学楼南侧花坛位置增加一部4层的钢楼梯，以解决疏散宽度不足的问题[4-6]。

4）加固方法中，梁主要采用粘贴钢板加固法，以减少对原结构净高的影响。墙体采用水泥砂浆面层钢筋网片加固法（如图2所示）。原结构楼板为预制板，预制板采用增加叠合层的加固方法，以提高其整体性（如图3所示）。钢结构增层根部需做预埋螺栓与原结构连接，而在原结构砖壁柱上后植地脚螺栓难以保证可靠连接，因此对砖壁柱采用加混凝土套的加固方法，这样可以保证在3层砖壁柱出屋面位置增设600mm高混凝土墩，从而设置预埋螺栓，如图4、图5所示[7]。

5）具体加固方案敲定的同时，需考虑加固措施对原建筑功能的影响，如墙体水泥砂浆面层钢筋网片加固会对原房间的净尺寸有所影响、增加叠合板对原建筑净高会产生影响以及砖壁柱加混凝土套加固一侧需对走廊疏散宽度进行复核等。以砖壁柱加混凝土套加固为例，原建筑单边外走廊宽度为2 100mm，加固后疏散宽度缩减为2000mm，根据《中小学建筑设计规范》GB50099-2011，当走道为外廊，也就是单侧连接使用房间并为开敞式明廊时，其净宽度不得小于1800mm，因此加固后依旧满足规范要求。

图2 水泥砂浆面层钢筋网片加固

图3 预制板增加叠合层

图4 混凝土套加固

图5 增层根部连接

4 结论

综上所述，中小学建筑增层改造是一项复杂的工作，要对原建筑物做全面细致的调查研究，出具详细的检测报告，报规划审批并进行综合技术经济分析及可行性论证，以确定其可行性和加固改造的意义及价值所在。同时，增层改造也是一个系统的过程，不仅是结构本身，所采取的加固措施不可避免地会对原建筑功能、设备的安装、预留的管线造成影响，因此需要建筑、水、电、暖等专业人员相互协调、综合考虑，制订出切实可行、经济合理的加固方案。