老旧砌体结构住宅成套改造设计研究

■ 张鹤岚 ZHANG Helan

0 引言

随着我国科学技术水平的发展和城市居民生活水平的提升，人们对居住环境的要求也越来越高。然而，一些老旧住宅由于年久失修，加上房屋建造时的规范标准较低、施工水平有限等原因，其建筑设施条件、使用环境等与现代居住水平相去甚远，无法满足人们日益提高的物质和精神需求；厨卫合用且使用面积过小更是容易滋生邻里矛盾，此种现象在上海老城区尤为明显。

本文所讨论的案例即为此类房屋的典型代表。由于不具备独立的厨房和卫生间，甚至是多户合用，给居民的生活造成了极大的不便，居民迫切的希望通过对建筑结构或者空间功能的调整，来实现住宅的基本使用功能，即厨卫独立使用。

1 工程概况

上海市徐汇区某小区住宅楼建于上世纪70 年代，5 层砌体结构，其标准平面图见图1。房屋东西向总长约32 m，南北宽约9 m，层高2.75 m，总高约14.1 m，平面总体呈矩形，立面无缩进，屋面为平屋面。各层结构墙体布置基本相同，墙厚190 mm，采用大型混凝土砌块砌筑，混合砂浆。房间为120 mm 厚预制混凝土多孔板，走廊及厨房、卫生间为带肋混凝土板，未设置圈梁和构造柱。基础均为墙下钢筋混凝土条形基础，其中，右侧单元下为地下混凝土防空洞。

图1 原标准层平面图

2017 年底，对该小区进行了成套改造设计。本次成套改造涉及局部区域外拓、人防地下室处理及屋顶平改坡，由于临近地铁（地铁保护区范围内），改造形式及内容相对复杂。如何既能满足建筑使用功能需求，又能使结构安全、合理、施工方便，同时尽量减小对周边房屋尤其是地铁的影响，是结构设计人员亟需解决的问题。

2 改造设计方案

本次改造设计方案主要包含以下几方面：①房屋北侧原外墙及走廊等区域拆除，并整体外扩1 m 作为居民厨房、卫生间和走道的主要布置区域；②上部结构沿房屋四周增设圈梁及构造柱，以增强房屋的整体性和抗震性能；③由于人防地下室需保留，但房屋北侧外扩将导致人防通气口被覆盖，故需将人防通气口外移；④为了解决屋面的渗漏水问题，对原平屋面进行平改坡改造，并采用钢结构坡屋面以减小荷载（图2）。

图2 改造方案标准层平面图

3 检测鉴定

为了了解房屋的建筑结构现状，确保改造设计方案的可行性，业主委托上海房屋质量监测站对该房屋进行检测鉴定，结论如下。

（1）本房屋建于上世纪70 年代，为5 层砌体结构房屋。经完损检测，受检房屋主体结构基本完好，主要存在走廊封口梁铁胀露筋、屋面外挑天沟及外挑梁铁胀露筋、楼屋面漏水、外墙裂缝渗水、墙面受潮起皮生霉、内墙粉刷裂缝、预制板拼缝、排水管锈蚀等损坏现象。其中，走廊封口梁及屋面外挑梁铁胀露筋现象较为突出。

（2）倾斜测量结果表明，该房屋整体无明显的倾斜规律，各测点的倾斜率在0.4‰～3.3‰之间。

（3）经现场检测，该房屋承重墙为大型混凝土砌块、混合砂浆砌筑，砌块抗压强度推定等级为MU10，房屋一～五层砌筑砂浆抗压强度推定值分别为：3.2 MPa、3.2 MPa、3.7 MPa、3.2 MPa、3.0 MPa。

（4）根据检测数据及计算分析结果，成套改造后，原房屋地基承载力基本满足要求，但部分墙体抗震及受压承载力不足，应结合本次改造对承载力不足的墙体进行必要的补强和加固。

（5）经综合抗震鉴定分析，原房屋未设置构造柱和圈梁，不能满足规范要求，建议采取加固措施，并对出现的建筑损坏及结构损伤进行对症修缮。

4 地质情况

由于改造方案中，对房屋北侧整体外扩区域采用桩筏基础，需首先进行地质勘察。

经勘察，拟建场地38 m 深度范围内土层均为第四系松散沉积物，主要由灰黄色粉质黏土、灰色淤泥质粉质黏土、灰色黏土等组成（表1）。根据场地土层分布情况，该场地属于滨海平原相土层。

表1 主要土层的压缩模量、地基承载力特征值

根据地质勘察报告：①场地地基土属软弱土，场地类别为Ⅳ类，抗震设防烈度为7 度；②场区范围20 m 以内没有单独成层的饱和砂质粉土、砂性土分布，故可判别为不液化，即本场地为不液化场地；③本场地建筑物周边未发现暗浜等不良地质条件。

5 改造设计难点及对策

5.1 基础加固措施

相对于屋顶平改坡，房屋北侧外扩区域荷载增加较多，且新建部分必然会产生新的沉降，而原房屋沉降已基本稳定，如处理不好，会导致新老墙体交接处产生裂缝。为了控制新老房屋的沉降差，外扩部分采用桩筏复合基础（图3～6）。

图3 基础平面布置图

图4 非人防区域基础连接节点

图5 人防区域基础连接节点

图6 接桩节点

新做筏板厚度为450 mm，筏板标高随老基础，且与老基础通过植筋方式连接。老基础有高差：无地下室区域基础埋深较浅，标高约-1.0 m；有地下室区域基础埋深较深，标高约为-2.5 m。因此，新做筏板基础也有高差。

由于该房屋临近地铁，位于地铁保护区范围内，为了减小挤土效应，以尽量减小对地铁的影响，锚杆静压桩采用273 mm×12 mm 钢管桩。由于老基础有高差，为了保证桩端位于同一个持力层且单桩竖向承载力尽量接近，无地下室区域桩取12 节（每节桩长2 m），总计24 m；在有地下室区域桩取12 节（11 节2 m+1节1 m），总计23 m。桩端持力层为⑤1-1 层土（灰色黏土层），单桩竖向承载力设计值为270 kN，单桩竖向极限承载力标准值为540 kN。

由于房屋右侧人防地下室需保留，布置锚杆静压钢管桩时，应避开人防地下室的基础范围。

5.2 上部结构加固措施

检测报告指出，房屋未设置圈梁和构造柱。为了提高其整体性和抗震性能，在扩建部位、新老房屋交接处及房屋四角均设置构造柱和圈梁，并通过设置销键和植筋的方式，增加连接的可靠性。构造柱范围应从基础到屋面圈梁顶，增设的圈梁在同一标高范围内宜闭合；确无法闭合时，变标高处的上、下圈梁应满足一定的搭接长度。扩建区域楼屋面板厚均为110 mm，钢筋双层双向拉通（图7）。新老部分房屋应进行整体计算。

图7 标准层平面布置图

5.3 人防地下室处理措施

经与人防单位沟通，原人防地下室仍需保留。为了保证其使用功能，布桩时，应避开地下室范围（图3）；同时，房屋北侧外扩区域的人防通气口需外移，相关节点做法见图8～9。本阶段的技术难点主要有以下两点：首先，地下室外墙在拆除过程中应采取一定的措施，尽量减少对原结构的损伤和破坏；其次，新老结构筏板基础及地下室外墙交接处应采取有效的防水措施，避免后期渗漏水导致地下室无法使用或钢筋锈蚀。

图8 人防通气口节点做法

图9 洞口封堵做法

5.4 屋顶平改坡

为了解决屋面渗漏水问题，将原平屋面改为坡屋面。由于房屋平面形状为较规整的矩形，改为坡屋面形式比较简单，但仍要注意以下几点：①屋面卧地梁一定要置于承重砖墙上，无法避免时，应做架空梁，以避免梁直接压在屋面板上引起开裂或渗漏水等问题；②钢柱、钢梁及钢檩条等构件截面应通过计算确定，避免因跨度过大等原因导致构件变形或损坏，必要时，钢柱间可设置斜撑；③屋面卧地梁与原房屋结构需通过可靠方式连接，防止出现移位甚至整体掀翻等破坏（图10、11）。

图10 屋顶平改坡布置图

图11 连接节点

5.5 计算参数

本工程抗震设防烈度为7 度（0.1g）；场地土类别为上海Ⅳ类，场地特征周期为0.9 s，设计地震分组为第二组，抗震设防类别为标准设防类（丙类）；基本风压为0.55 kN/ m2,地面粗糙度类别为C类。本工程的砌体结构施工质量控制等级为B 级，上部结构安全等级为二级，地基基础设计等级为乙级，地基基础安全等级为二级(沪标)。

5.6 其他情况说明

本次成套改造中，新扩建部位的上部主体结构均为砌体结构，新砌承重墙为混凝土普通砖墙体。其北拓新扩建部位自室外地坪到屋面的最大总高度为 14.0 m，新扩建部位的总宽度仅为2.2 m，故北拓新扩建部位的房屋高宽比为：14.0/2.2=6.4，远超《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010）规定的限值（2.5）。因此，北拓新扩建部位不应独立建造，而需要和原建筑连成一个整体。新旧建筑结合部位连接通过设置构造柱及圈梁并增加销键及锚筋的形式，增加建筑的整体性能、受力性能及抗震性能。考虑到住宅建筑沉降控制的需要，所有新扩建部分基础均采用沉降控制复合地基，即采用筏板+桩基的形式。

6 施工建议

由于本工程的特殊性，对施工方提出以下几点建议。

6.1 先深后浅

有高差处基础筏板施工时，应先施工较深的基础，待其达到设计强度且土方回填后，方可施工较浅的筏板基础；且较深基础开挖时，应注意确保基坑安全，必要时可采取一定的支护措施。

6.2 桩基施工建议

由于本工程临近地铁，为了进一步减少沉桩挤土效应和对邻近建筑物的影响，可综合考虑采取下列施工措施。

（1）合理安排沉桩顺序，在邻近保护对象时，原则上宜离保护对象由近向远沉桩。

（2）控制沉桩速率，每天沉桩桩数不宜过多。沉桩过程中，应加强对周围建筑物的监测，并根据监测情况及时调整。具体监测范围、监测项目和方法、监测点设置等详见《地基基础设计规范》（DGJ 08—11—2010）第16.7 节的要求。

（3）待基础底板浇筑完成且强度达到100%后，方可进行压桩。压桩时，可采用配重施工。施工中应做好压桩力记录，遇异常情况应及时采取措施。

（4）为提高钢管桩的耐久性和水平承载能力，钢管桩内用C30 细石混凝土填实；且桩基施工完成后，应采用预加反力封桩法及时封桩。

6.3 拆除施工建议

拆除施工前，应先进行卸荷。

（1）应采用静力切割工艺拆除，严禁采用风镐、重锤敲击等破坏性拆除工艺或震动过大的机械设备，以免使原结构出现裂缝。凿除混凝土构件时，严禁破坏原构件周边结构。当结构需在拆除前进行加固时，必须先完成相关加固工作，且加固构件达设计强度后，方可进行相关部分的拆除工作，以确保结构的稳定及安全[1]。被拆除构件未设置临时支撑进行拆除时，则必须经过计算复核，保证不影响安全后方可进行。

（2）若图纸中要求原有钢筋保留时，在拆除过程中，施工人员应查明其位置，并采取妥善措施进行保护[2]。

（3）拆除时，应采取可靠的吊装措施。吊装过程应谨慎，操作应轻缓，严禁超负荷吊装。在进行高处拆除作业时，对较大尺寸的构件或沉重材料，必须采用起重机具及时吊下。拆卸下来的各种材料应及时清理，并分类堆放在指定场所，严禁向下抛掷[3]。

（4）拆除过程中，如发现现有结构变形、钢筋锈蚀或出现裂缝等情况，施工单位应立刻通知设计人员，待其确认后方可继续施工[3]。

（5）若拆除过程中需改变、调整原设计，或提出深化建议，应提前向设计人员确认。拆除施工前，应做好详尽的专项施工方案，并经监理等多方确认后方可进行拆除。本拆除工程应派遣全职专业人员在现场进行管理。

7 结语

随着近年来城市更新工作的不断实施和推进，老城区尤其是一线城市的老城区改造加固项目越来越多，相关从业人员也逐步积累了一定的改造经验。但是由于相关规范仍不是很完善，从业人员的设计水平也参差不齐，再加上加固改造项目的特殊性，每个加固项目都有其自身的特点，不能完全套用，且施工过程中的问题层出不穷，因此，对设计人员的要求也越来越高。如何更好地开展加固改造设计工作，仍将是我们从业人员面临的挑战。本文以上海市徐汇区某小区住宅楼的成套改造设计为例，对其中比较有特点的结构改造内容进行详细介绍，以期为后续类似加固项目的设计提供借鉴。