浅谈内框架结构加固设计

张雪鹏（山西省建筑设计研究院有限公司，山西 太原 030013）

某省会城市工人文化宫，始建于1956年，1958年竣工后投入使用，是该市一座重要的政治、经济、文化活动场所。装饰风格以太阳花向日葵为主，散发着浓烈中国历史气息。为该市目前唯一一座保存完整的仿苏联风格且充分融入中国特色的建筑。于2009年该文化宫被市规划委员会列为市历史建筑。但由于各种历史的原因限制和新时代工人文化活动的繁荣，使得该文化宫难以赶上时代的步伐，逐步产生了各类功能设施不足、功能流线差及功能用房面积不足、内部结构破损严重等问题。长期处于半关闭状态。2019年为配合城市建设发展的需要，保护城市历史文化，提升城市品质，市政府提出对该文化宫进行保护与更新，重新打造城市文化历史地标的要求。于是业主单位决定对原有建筑进行改造扩建，让这座记载了城市变迁的古老建筑重新走进大众生活。考虑到该建筑为市历史建筑，经相关部门商议除内部剧场部分因现有场地空间不足、设计老旧难以满足使用要求进行拆除新建外，其余单体部分均在满足现行使用功能前提下保留原有历史风貌，对原有结构主体进行加固改造。

1 工程概况

该建筑由剧场正厅、剧场、东西展廊及东西展厅几部分组成。其中文化宫两侧东西展厅结构形式为砖混内框架结构，设防烈度为8度（0.20g），设计地震分组为第一组，场地类别为Ⅲ类。无地下室，地上两层，一层层高为5.53m，二层层高为5.41m，基础埋深-3.0m。基础为钢筋混凝土条形基础，梁、柱、楼板均为钢筋混凝土现浇结构，建成投入使用至今已有六十余年，属超期服役建筑。并且在后期使用过程中，业主曾将该部分出租使用，租赁方将其改造为办公及商业使用，并在后期使用过程中对原有建筑进行大量改造，在部分承重墙体上随意开洞，在框架柱及承重墙上增设钢结构夹层，对原有结构造成不同程度的破坏。在接到改造任务，对比现场与原有设计图纸且拆除改建部分，铲除原有抹灰及吊顶后发现原有承重墙体有局部裂缝且大量不规则后开洞现象，框架柱保护层及箍筋破坏严重，部分砌筑砂浆风化，楼板开裂明显，个别框架梁有明显贯穿裂缝。

2 设计依据

根据检测单位提供的《工人文化宫建筑主体结构安全性检测鉴定报告》得知：①现场检查未发现建筑有明显变形、倾斜，整体变形状态良好，且建筑基础采用钢筋混凝土条形基础，整体性较好，抵抗变形能力较强，地基基础现状表现较好，地基基础安全性等级为Bu级；②砌筑砖强度等级

由第一级鉴定情况可知，第②③两项指标明显不符合标准要求，根据《建筑抗震鉴定标准》GB50023-2009 第 5.2.10条可知，不再进行第二级鉴定，评为综合抗震能力不满足抗震鉴定要求，要求对房屋采取加固或其他相应措施。根据检测单位出具的检测报告及原有设计图纸，结合现场实际情况，我方制定如下加固设计方案、后续使用年限及设计原则详见表1。

表+ 加固设计方案

3 设计方案

考虑到该建筑为历史建筑，甲方要求改造后的建筑修旧如旧，恢复建筑历史原貌，尽可能保持原结构外立面完整性。在设计方案讨论时，我方决定采用在原有砌体结构内侧增设钢筋混凝土板墙对原有结构砌体部分进行整体性加固并可避免对外立面进行影响，使原有结构与新增结构形成一体，共同工作；再采用增大截面法对框架柱进行加固，包钢法对框架梁进行加固，粘贴碳纤维布及增加叠合层对楼板进行加固，使改造后的结构均满足规范要求。

3.1 墙体加固设计

由于改造完成后东西展厅建筑功能仍为会展及文化长廊，为了满足消防疏散及实际使用功能，无法在其内部空间增设砌体横墙。修补完墙体裂缝后，根据《建筑抗震加固技术规程》JGJ116-2009第7.3条及第5.3.7条：先采用内框架结构增设板墙建模计算后墙体抗震受压等各项指标均符合规范要求，又将外墙替换为剪力墙按框架剪力墙结构建模计算后周期位移等计算结果均符合规范要求。结合两种不同结构体系计算结果得出改造方案，在提高原有结构的整体性的同时，可将原有结构模拟转换为框架剪力墙结构以解决横墙间距不足的问题。配筋计算采用两种模型计算结果包络后，在原有建筑四周原砌体墙内侧采用160mm厚Φ8@200双层钢筋网片混凝土剪力墙见图1，并按现行规范设置约束边缘构件，并将新增剪力墙钢筋植入原有条形基础，采用加大截面法对其进行包裹。剪力墙与原有墙体间增设L型Φ6@600×600拉筋，使其与原有砌体能够有效连接形成一个整体。

图1 双层钢筋网片混凝土剪力墙

3.2 框架柱加固设计

结合包络计算结果和原有设计图纸，发现原有框架柱配筋、箍筋构造间距均不满足设计要求，且在原夹层改造时受到破坏严重，根据《建筑抗震加固技术规程》（JGJ116—2009）第6.3.8.2条，设计时框架柱配筋面积不考虑原有钢筋作用，在原有框架柱外侧重新布置钢筋并采用增大截面法将原0.45m框架柱增加至0.65m。箍筋按现行规范设置加密区。新增柱钢筋也植入原有条形基础。

3.3 框架梁加固设计

原框架梁配筋及箍筋构造均不满足设计要求。根据《混凝土结构加固设计规范》GB50367-2013第9.1条规定：纵向受力钢筋一侧配筋率小于0.2%的构件不应采用粘贴钢板加固法。故采用外包型钢加固法对原有框架梁进行加固。通过计算结果结合原有图纸配筋，在梁底两侧增设不同截面的L型钢以保证框架梁主筋配筋面积要求，并在框架梁通常范围内设置1U-60×4@100/200型钢箍与板顶相连，满足框架梁箍筋加密区要求。

3.4 楼板加固设计

原有结构楼板多为60mm厚单向板自身板厚较薄，并且在后期使用过程中经过多次装修，面层做法最厚处达到300mm，在拆除面层过程中较难控制施工质量，导致楼板结构二次破坏，且在剪力墙及框架柱钢筋贯通穿入楼板时也大面积钻眼开洞，层高也较高在板底加固施工难度较大。故灌胶修补楼板裂缝后，在原有结构楼板顶部增设一层60mm厚双层双向钢筋网叠合板，楼板配筋按60厚现浇板计算，荷载计算按新建筑方案加载。用新增楼板受力原有楼板仅作为新增楼板保护层来考虑，新增楼板在有框架梁处增设L型Φ6@600×600拉筋，使新增楼板与原有框架梁有效结合合理传力。针对局部裂缝比较严重的楼板，防止自身完整性破坏掉落在板底粘贴1×1-50@600×600碳纤维布进行加固，保证原有楼板的完整性。

3.5 基础加固设计

上部计算完成后，又重新复核了基础及地基承载力，根据《建筑抗震加固技术规程》（JGJ116—2009）第4.0.3.1条将原有持力层承载力放大10%后，通过计算对原有基础不满足承载力要求部分采用增大截面法增加条形基础底面面积进行加固。

3.6 加固施工顺序

明确施工单位在施工工程中的顺序，按基础→框架柱、剪力墙→框架梁→楼板的顺序有序开展实现荷载步步叠加，在加固施工的同时对原有结构构件有效防护、及时支顶，避免部分构件受力不均造成二次破坏。

4 结语

工人文化宫加固设计完成后，业主及相关部门又组织了专家对设计进行了重大工程专项论证，得到了业主及专家一致认可，认为该设计通过结构体系转换有效提高了结构整体安全性，针对部分薄弱构件进行了合理加固，并且完好地保留了建筑外部造型，实现了业主修旧如旧的要求。后期加固施工进行也非常顺利，并通过相关部门验收。投入使用后得到了社会广泛好评，成为一处市民茶余饭后休闲娱乐理想之地，将一座由于各种历史原因处于半关闭状态的历史建筑重新焕发了光彩，为城市发展的建设，提升城市品质增添了一道亮丽风景。

由于本人的理论水平及实际经验有限，本文仅是针对该项目的一点粗浅的认识，以上设计体会与各位同仁共同探讨，不足之处敬请赐教。有不妥之处请各位专家批评指正。