钢筋混凝土框架结构加层改造设计实例及应用

安利宁

（甘肃第五建设集团公司，甘肃 天水 741000）

钢筋混凝土框架结构加层改造设计实例及应用

安利宁

（甘肃第五建设集团公司，甘肃 天水 741000）

近年来，随着我国经济的腾飞，建筑行业也得到飞速发展，部分原有建筑设计已无法适应现代生活生产的需要。因为目前我国的土地资源非常紧缺，同时考虑经济资源合理的配置，要完全废弃已有建筑物而加以重建并不现实。因此对建筑物加层改造以及加固是大势所趋。本文结合具体的工程实例来对钢筋混凝土框架结构加层改造设计进行探讨。

钢筋混凝土；框架架构；加层改造；应用

0 引言

对已有建筑物加层，既能够增加建筑的面积同时节约投资和建筑材料，降低各项生活设备以及市政设施的投入，并能够避免因为拆迁等方面的工作而引发的不必要麻烦。建筑物加层可以解决建筑面积不足问题，同时有着适用性比较广以及经济性比较好的特点。尤其是在1990年前，我国大部分钢筋混凝土的建筑在10层以下，同时使用的是框架、装配式的单层厂房结构。这段时间的建筑结构设计施工的过程当中，大多数都未能很好考虑结构抗震的问题。因此随着社会经济的持续发展，这类建筑在加层的过程中也普遍面临抗震方面的重新设计。

1 工程概况

上海某公司的5号建筑是已建2层的工业厂房，位于上海市的漕河泾开发区，占地面积为1 724 m2，已建的建筑面积是4 356 m2，建筑为钢筋混凝土的框架结构。这一建筑原设计为4层，1992年建成2层之后就投入使用，设计的3、4层没有继续建设。2009年因为生产线的增加，厂方需要续建3、4层，同时改变建筑使用功能，导致楼层的使用荷载上升。上海市的相关部门要求续建之后建筑需要满足现有的《建筑抗震设计规范》以及上海市的《建筑抗震设计规程》当中关于抗震设计方面的要求。针对这一问题，该工程在进行加层设计的时候，首先根据相关设计规范来进行结构的抗震分析，在结构上使用荷载根据最初设计的时候考虑荷载的大小，从而便于对工程的计算结果加以对比，同时对已建的结构完成抗震鉴定。

2 原有房屋结构的检测鉴定

钢筋混凝土框架结构加层需要坚持先鉴定后设计以及先加固后加层原则。对已有建筑加层的处理要对旧建筑的结构实行可靠性鉴定，从而确定已有建筑是否存在加层使用的潜力，包括建筑的施工质量存在缺陷隐患，使用过程中是否出现异常问题，建筑是否具备相应的加层条件，鉴定的结论则是加层设计的关键依据。根据加层改造设计的需要，该厂房鉴定从以下两个方面开展。

2.1 地基的调查、复核

经对建筑上部结构进行的检测发现，整个厂房的结构没有裂缝、移位或者变化，能够判定地基非常稳定，没有不均匀的沉降问题。经过钻探勘察，发现地基承的载力是150 kPa，工程的电气室部分在加层之后荷载上升，不过计算后证明的地基承载能力足够而无需加固地基。变压器室因为设备的荷载比较大，而按加层后的荷载验算发现地基的承载力不够，所以需要对地基加固处理。

2.2 检测、校核原有基础、梁、板、柱的承载能力

无论直接加层或者是对旧建筑的结构构件进行加固之后再加层，都应当校核原结构的构件承载的能力。所以需要根据结构构件具体的情况，来详细地检测以及校核之前的基础以及梁、板、柱等环节的承载能力。通过对建筑结构现状加以现场查勘最终发现，本厂房结构的构件较为完好。使用回弹以及钻芯取样来检测混凝土强度，并经过试验以及分析之后，厂房基础以及梁、板、柱的混凝土强度都达到了C20，符合设计的强度[1]。同时经过检测钢筋强度、根数以及布置，也确定同之前的设计符合。所以根据具体的状况进行复核计算，厂房主要的承重结构以及构件承载力可以满足已有结构的要求。

3 加层设计

3.1 加层方案的选择

一个经济安全可行的钢筋混凝土加层设计是加层改造成功的重要前提。加层设计要保证原结构安全，同时保证新结构安全。所以加层方案选择时要遵循以下的原则。首先结构改造要尽可能利用之前的结构，同时优化分析结构改造的设计方案。同时加层设计要尽量减少工作量，并且在符合使用要求前提下，控制加层层高，同时对四周的围护墙体要使用大开窗。其次是新做楼面面层还有新加屋面恒载需要尽量少。同时新加层内以及外墙体需要使用轻质材料，从而做到实用、经济同时缩短工期。由于该工程在施工的过程当中，底层的电气室需要保持正常工作，也就是对原有结构加层不能波及操作间的运转，所以在拟定加层方案的时候，需要考虑不同的可能性，从而逐级进行分析试算，选取合理结构型式，从而保证房屋的承载能力满足使用要求，并且兼顾施工方便，从而选择最优的方案。由于加层之后房间用做电气室，因此楼面要设置电缆沟，直接使用原屋面板就需要加固梁、板；所以在加层方案的设计过程中，在电气室内增加楼面板，其中板面距之前的面板板面为2.0 m，同时标高是6.5 m，这一楼板同原屋面板间空间则铺设电缆[2]，这样一来就能够避免对原屋的面板加固，同时保证原电气室运转。

3.2 加层结构的连接做法

在加层结构连接的做法方面，加层柱同下部连接是关键处理部位，因为原来框架柱未能预留钢筋搭接，因此处理加层柱钢筋连接是确保结构安全的核心。首先，在钢筋连接的设计方面需要考虑受力要求，保证垂直力同水平力之间的传递。同时在施工的要求方面，对框架的节点以及梁柱钢筋密集的地方要保证施工方便，如果使用钻孔植筋技术则要保证钻孔可行性，并尽可能减少对于原有结构的损伤，也就要做到连接的设计简洁，从而降低凿打以及钻孔。

其次在钢筋连接的方法方面，钢筋同原构件连接可以分成直接连接即钢筋焊或者锚在原构件以及间接连接即在原构件设钢牛腿后焊接钢筋。直接连接可以分成焊接连接以及钻孔植筋。焊接连接是广泛使用的连接方法，借助焊接连接将钢筋连接从而确保受力的直接可靠。钻孔植筋则可以分成一般植筋以及高性能植筋。使用水泥以及微膨胀黏结剂来固定的叫做一般植筋，而使用聚氨酯以及甲基丙烯酸酯等同与水泥等组成黏结剂固定的则是高性能植筋[3]。其中高性能植筋有着高强度以及高性能的优点，在加固钢筋连接过程中广泛应用。间接连接则是通过焊接以及胀锚螺栓将钢牛腿固定后焊接钢筋，这一技术因为钢牛腿可以承担剪力能解决剪力大、结合面弱的情况。

再次，该工程钢筋连接的方法选择方面，因为原框架的节点处钢筋比较多并且较为密集，所以在节点的顶部钻孔困难，所以选择使用钻孔植筋法。在设计的过程中结合框架柱的加固而在柱脚部分设计钢板，借助8个螺栓同原框架柱的顶面连接，同时焊接钢板以及新柱钢筋[4]。

3.3 结构的复核与加固

在一些实际加层的工程当中，往往会出现那些原有框架的结构构件截面以及配筋无法加层后荷载要求，所以需要对原结构加固处理。比较常见的加固技术有预应力技术、加大截面技术、外粘钢板技术、改变结构传力技术以及碳纤维技术等，每种加固技术都有其特点以及使用的范围，因此需要根据相应的条件来进行选择。该工程因为加层之后房屋的高度还有荷载都会出现变化，从而导致下部梁柱受力出现变化，所以对加层之后建筑柱、梁的内力变化还有承载力需要进行详细复核，同时根据框架的计算原则，来计算加层之后建筑框架的梁柱内力，从而根据之前的框架梁柱截面的配筋来复核承载力。以轴框架柱为例，在加固设计的时候，可以使用角钢L50×4采用湿式外包钢技术来加固建筑的原框架柱[5]，不过在施工的时候，需要保证角钢同原柱混凝土间的黏结要牢固，从而保证角钢以及混凝土可以协同工作。从加层构造而言，加层的荷载通过框架的梁柱来传递，因而对原结构的楼板产生的影响比较小，经过验算校核，发现框架梁配筋可以满足加层截面配筋的要求，因此可以不必加固框架梁。

5 结语

该建筑于改造完成后经过2年实际使用，没有发现安全问题，加层改造的效果优良。通过这次加层改造的设计，说明钢筋混凝土框架架构在加层设计的时候需要根据具体的改造要求同时结合已有的加固方法，从经济安全以及可行原则出发来综合衡量具体的加固方案。同时在制定加固的方案时，一方面要考虑可靠性等方面的结论以及加固的内容，还需要考虑加固之后建筑物总体的效应。例如加层加固的改造之后，整个建筑结构荷载出现变化，除要将新增部分合理设计之外，同时还应当对原有结构实行承载力验算，无法满足要求的那些构件也要予以加固处理，从而保证加固之后的建筑可以正常使用。总而言之，对旧建筑实行加层是值得推广的技术，不过在操作的过程当中需要注意原本设计的层数，从而避免引发安全事故，同时要做好建筑的抗震性鉴定，最大限度开发已有建筑的使用价值。

[1]GB 50367—2012，混凝土结构加固设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2012：15-30.

[2]高剑平.国内外既有房屋加层改造发展概况[J].华东交通大学学报，2012，23（2）：113-114.

[3]庞明，朱杰利，苏亮.轻型钢结构增层设计的浅论[J].西部探矿工程，2013，12（5）：137-138.

[4]GBS 0292—2013，民用建筑可靠性鉴定标准[S].北京：中国建筑工业出版社，2013：205-208.

[5]廖文彬.新旧构件连接中的钢筋连接方法探讨[C].第十六界全国建筑物鉴定与加固改造学术会议论文集（下册），2012：310-315.

TU375

A

1673-1093（2015）02-0070-03

安利宁（1985），男，甘肃成县人，工程师，就职于甘肃第五建设集团公司，从事结构设计工作。

10.3969/j.issn.1673-1093.2015.02.017

2014-11-04；

2014-11-30