某内框砖混结构房屋鉴定及加固设计

陈国棋

（1、福建省建筑科学研究院有限责任公司 福州 350108；2、福建省绿色建筑技术重点实验室 福州 350108）

0 引言

由于近几年国家生育政策的调整，加上城镇化的不断进展，以及人们对幼儿学前教育的逐渐重视，城镇幼儿园的兴办趋于火热，但现有公办学校资源有限，适龄儿童学前教育问题成了社会的一大难题。与此形成鲜明对比的是，部分城镇工业厂房因为无法满足城镇规划的要求以及人口转型带来的影响长期处于闲置状态。如果能将社会上这些闲置的厂房功能布局重新进行改造以满足作为学校使用的场所，将会给城镇教育的场所问题提供解决途径［1］，其中砖混结构的房屋改造过程经常会出现拆除或增加承重墙体、增设或封堵门窗洞口、增加混凝土柱等问题［2］。本文以某内框砖混结构房屋改造为例，分析类似改造项目房屋在改造前的鉴定及后续加固方案选择。

1 房屋概况

某厂房为3层内框架结构，结构平面呈L形，采用墙下及柱下条形基础，设置钢筋混凝土地圈梁，承重墙体采用240 mm厚实心砖墙，承重墙体上设置现浇钢筋混凝土圈梁，采用现浇钢筋混凝土楼、屋面板。底层层高为4.0 m，2层层高为3.3 m，3层层高为3.6 m，梯间屋面层高为2.8 m。该房屋外墙各转角处、纵横墙交接处及大梁支承处均设置钢筋混凝土构造柱，建成于20世纪90年代，因建成年代较为久远，设计资料及施工内业资料缺失。房屋改造前平面布置示意图如图1所示。

图1 原结构1～3层建筑、柱墙平面布置示意图Fig.1 Schematic Diagram of the Layout of the Original Structure 1～3 Layer Floors，Columns and Walls（mm）

2 现场鉴定程序与检测数据采集

2.1 现状平面布置调查

由于房屋缺少设计图纸资料，检测工作首先需尽可能地还原出房屋建筑、结构布局，为后续改造工作提供直观具体的图像资料，尤其是结构布置的还原，直接关系到后续改造加固方案的实施。现场根据房屋布置特点，检查结构布置、传力途径、连接构造措施［3］。重点调查房屋转角处、楼梯间四角、纵横墙交接处及较大洞口两侧、大梁支承处是否设置构造柱，承重墙体上是否设置闭合圈梁，大开洞门窗上方是否设置钢筋混凝土过梁、地基基础形式及基底持力层情况，并绘制建筑、结构平面布置图。

2.2 材料性能检测

现场采用贯入法检测墙体砌筑砂浆抗压强度，结果表明底层原结构墙体批构件现龄期砌筑砂浆抗压强度推定值为2.7 MPa，2层原结构墙体批构件现龄期砌筑砂浆抗压强度推定值为3.3 MPa，3层原结构墙体批构件现龄期砌筑砂浆抗压强度推定值为3.0 MPa。采用回弹法分别检测粘土实心砖及柱、梁混凝土抗压强度，所检结果表明底层、2层及3层实心砖抗压强度推定等级均达到MU7.5［4］；混凝土柱、梁单构件经龄期修正后的混凝土抗压强度推定值分别在20.6～27.5 MPa及22.7～33.6 MPa之间。

2.3 柱、梁构件钢筋分布及直径检测

现场对柱、梁构件采用磁感墙体探测仪扫描构件钢筋分布，并有针对性的对柱、梁构件凿开钢筋保护层采用游标卡尺原位实测其钢筋直径。在现场条件允许的情况下，尽可能还原出房屋原结构钢筋布置情况。

2.4 受力构件裂缝检测

现场对柱、梁、板以及承重墙体受力构件全面进行裂缝检测，重点查看大开洞墙体、窗间墙宽度较小的墙肢，大跨梁以及受力较集中的柱状态情况，经检测现状厂房除局部墙体表面存在装饰性裂缝外，其余承重构件未发现影响房屋安全的明显受力裂缝。

2.5 上部结构侧向位移观测

在房屋外墙四角和拐角处设置倾斜观测点进行房屋现状倾斜度观测，所检各测点的顶点位移均未超出现行《民用建筑可靠性鉴定标准：GB 50292—2015》［5］的安全性限值要求，且各测点的侧移方向不具有明显的一致性，现阶段该房屋未产生明显的整体倾斜。

3 改造方案房屋上部结构使用功能变化

内框架结构房屋的优点是能够带来较大的使用空间，比较适用于工业厂房，但是对于有教学、休息、活动等其他使用功能需求的幼儿园来说存在功能性上的不足，需对厂房功能布局进行重新划分。改造的主要内容如下：

⑴在原内部开敞的（1-5）-（D-J）和（2-10）-（AC）轴间区域局部增设纵、横向分隔墙体和门洞。

⑵在5-（H-J）轴间原窗洞封堵，并在靠（H）轴增设门洞；5-（F-G）、C-（2-4、4-6、6-7、7-8、8-9）轴间原窗洞或门洞封堵，重新在轴两侧设置门窗洞；D-（1-3）轴间窗洞变更为门洞；D-（3-5）轴间门洞缩小或封堵，C-（6-7）轴间门洞缩小变更为窗洞；房屋1-（H-J）、（A、C）-（9-10）、5-（D-E）轴间变换窗洞的位置。

⑶将2-（A-B）、5-（G-H）轴承重墙体拆除。

⑷将2层、3层（3-5）-（G-H）轴间楼板拆除为洞口并增设楼梯。

该房屋原为内框架结构，这种由两种不同建筑材料组成的承重结构体系在地震时侧向变形幅度较大，振动不协调，往往带来较为严重的破坏，《建筑抗震设计规范（2016年版）：GB 50011—2010》［6］已取消了内框架结构房屋的设计内容。且改造方案考虑到原结构主要存在门窗洞口较大、窗间墙宽度或承重外墙尽端至门窗洞边的距离较小，从而出现较多的小墙肢，应对改造方案中新增加的隔墙和封堵的洞口采取处理措施，使新增墙体和封堵洞口后的墙段成为承重墙体的一部分，与房屋原结构成为一个整体，共同承受竖向荷载和地震作用。

4 拟改造方案上部承重结构承载功能验算

根据该房屋拟改造方案并结合结构现状实际检测结果，采用中国建筑科学研究院编制的PKPM系列软件对该楼上部结构进行原结构的承载力验算，抗震设防烈度为7度（0.15g），地震分组为第三组，计算时，房屋整体依据《砌体结构设计规范：GB 50003—2011》根据楼、屋盖类别及最大横墙间距按刚性方案计算内力；基本风压取0.7 kN/m2；地面粗糙度类别取B类；幼儿园楼面活荷载取2.0 kN/m2；走廊楼面活荷载取3.5 kN/m2；上人屋面活荷载取2.0 kN/m2；实心砖抗压强度取MU7.5；墙体砌筑砂浆抗压强度及混凝土抗压强度按现场实际检测结果取值。结构电算结果表明：

⑴该房屋1轴、5轴、A、C轴部分原砌筑砂浆抗压强度较低的结构墙体抗震承载力、受压承载力或局部受压承载力不满足拟改造后的结构安全要求，其余墙体构件抗震承载力、受压承载力、局部受压承载力以及墙体高厚比满足拟改造后的结构安全要求。

⑵该房屋4、8-B轴、4、8-C轴、3-F轴柱的承载力以及墙体拆除后的2-（A-B）、5-（G-H）轴原圈梁现作为承重梁其承载力不满足拟改造后的结构安全要求，其余混凝土柱、梁构件的承载力均满足结构安全要求。

5 拟改造方案原地基基础承载力估算

对该房屋部分承重墙以及柱下基础进行开挖检查结果表明，基础为墙下或柱下条形基础，基础顶部设置钢筋混凝土闭合地梁，基底持力层为全风化岩层，基底未见地下水，基底土质情况较好，基础混凝土表面未见蜂窝、麻面等施工质量缺陷及肉眼可见的结构裂缝，上部结构侧向位移观测表明现阶段房屋未产生明显的整体倾斜，且室内外地面、上部承重结构及围护结构检查也未发现明显沉降裂缝，考虑房屋建成后已投入使用20多年，地基基础现阶段工作状态较稳定；按基础现状实际检查结果结合拟改造方案对地基承载力进行核算，计算结果表明需对（1-5）-（D-J）和（2-10）-（A-C）轴间区域内部新增设的纵、横向墙体基础采取加固处理，其余原结构地基基础承载能力能够满足拟改造上部结构受力要求。

6 按拟改造方案可采取加固方案

根据拟改造方案房屋上部结构使用功能变化以及上部承重结构承载功能验算分析，表明该房屋按拟改造方案施工存在多处不足的安全问题，鉴于拟改造方案存在不足的问题提出相对应的加固解决方案，部分加固解决方案的结构平面布置如图2所示，工程加固实图如图3、图4所示。

图2 1～3层结构加固平面示意图Fig.2 Schematic Diagram of the Reinforcement of the 1～3 Layer Structure（mm）

图3 墙面钢筋网砂浆面层加固Fig.3 Reinforcement by Covering the Wall with Reinforced Cement Mortar

图4 新增承重墙体顶部做法Fig.4 Construction of the Top Part of Newly Added Load-bearing Wall

⑴房屋新增承重墙体采用240 mm厚实心砖砌筑，实心砖抗压强度为MU10，砌筑砂浆强度等级为M5，且新增承重墙体应与房屋主体承重结构连接处增设拉结筋形成可靠连接。当墙体砌筑至距梁底100 mm左右应放置14 d，再采用微膨胀细石混凝土浇筑至梁底，浇筑要密实，不应留有缝隙。

⑵部分原门窗洞口采用240 mm厚实心砖进行封堵，新砌砖墙与原砖墙应进行拉结，洞口顶部的做法同新增承重墙体的做法。

⑶针对变更或增设门窗洞口按跨度不大于1.5 m时，增设钢筋砖过梁；跨度大于1.5 m的门窗洞口，增设钢筋混凝土过梁。

⑷针对房屋C轴、J轴部分位置窗间墙宽度较小，出现小墙肢，应采用增设混凝土构造柱的方式，且构造柱应与地基基础可靠连接。

⑸针对房屋1轴、5轴、A轴、C轴部分原砌筑砂浆抗压强度较低的结构墙体出现抗震承载力、受压承载力或局部受压承载力不满足拟改造后的结构安全要求，应去除原墙面粉刷层，再采用双面钢筋网水泥砂浆面层加固，且新增钢筋网应与地基基础可靠连接［7］。

⑹针对房屋（4、8）-B轴、（4、8）-C轴、3-F轴柱的承载力不满足拟改造后的结构安全要求，应采取扩大截面法进行加固补强［8-9］。

⑺墙体拆除后的2-（A-B）、5-（G-H）轴原圈梁现作为承重梁其承载力不满足拟改造后的结构安全要求，应采取增大梁截面法进行加固补强［10］，使其变为承重梁使用，其中墙体拆除工程应做好支撑并分段逐层施工。

7 结语

本文叙述某内框架砖混结构厂房改造作为幼儿园使用的鉴定、加固过程，结合拟改造方案涉及的使用功能变化进行有针对性的检查，指出拟改造方案对原结构承载安全产生的影响，将原来内部开敞的内框架砖混结构通过增加承重抗震横墙的方式，对结构体系进行优化，既满足了改造后的使用功能，又提高了房屋的承载能力和抗震性能。但由于此类涉及建筑使用功能改变的项目在改造工程中施工中涉及后锚固的工艺较多，施工质量难以得到保证，应在施工过程中重点监控。