某框架结构增层改造可行性研究分析

曾繁文

（甘肃省建筑科学研究院（集团）有限公司，甘肃 兰州 730070）

0 引言

原建筑增层改造是城市房屋改建工程中的重要途径之一，它具有投资少、收效快、不占地、不需搬迁、节省城市配套设施费等优点。建筑物的增层改造是一项技术性很强的工作，首先必须进行建筑物鉴定，为建筑物的增层改造提供科学依据。在增层改造中，应充分发挥原结构的承载潜力，正确选择结构形式，做到既经济合理，又安全可靠。

1 工程概况

某建筑建于 2009 年，该工程为二层钢筋混凝土框架结构。主体建筑高度为 7.05 m，1～2 层层高均为 3.3 m，总建筑面积为 770.8 m2。楼、屋盖均采用钢筋混凝土现浇板，楼梯采用板式楼梯。建筑、结构平面布置图如图 1、图 2 所示。该工程抗震设防烈度为 8 度，设计基本地震加速度为 0.30g，设计地震分组为第一组，抗震设防分类为乙类，结构安全等级为二级，结构设计使用年限为 50 年，框架抗震等级为一级，基础为柱下钢筋混凝土独立基础，采用换填后的砂加石作为基础的持力层，地基承载力特征值为 200 kPa。混凝土设计强度等级：框架梁、框架柱均为 C30。

图1 一层结构平面示意图（单位：mm）

图2 二层结构平面示意图（单位：mm）

1.1 地基相对沉降观测

根据现场实际情况，该工程以一层挑梁作为基准面，采用水准仪对该工程进行相对沉降观测，该工程相邻柱基的沉降量为 0～17 mm，相邻柱基的沉降差为0.000 6 L～0.004 7L（L为相邻柱基的中心距离），相邻柱基的沉降差不满足规范的要求［1-3］。

1.2 上部承重结构

1.2.1 倾斜观测

根据现场实际情况，采用经纬仪对该工程进行倾斜观测，该工程上部承重结构平面内的顶点侧向位移在 5～25 mm 之间，满足规范的要求［4，5］。

1.2.2 裂缝检测

经现场调查检测，该工程填充墙体不同程度出现裂缝。该工程在填充墙上均有不同程度裂缝出现，墙体裂缝以斜向裂缝为主；个别为水平裂缝、竖向裂缝。墙体大部分裂缝在0.05～0.30 mm 之间，最大为 0.30 mm。

1.2.3 混凝土结构构件强度检测

现场检测时，该工程混凝土构件龄期为3 350～3 650 d，按照 GB 50292-2015《民用建筑可靠性鉴定标准》附录 K 的规定进行龄期修正，混凝土回弹龄期修正系数为 0.97［6］。

根据现场实际情况，在该建筑物一～二层框架柱、框架梁中每层分布随机抽取 5 根框架柱、5 道框架梁，采用回弹法进行混凝土抗压强度检测，所抽检混凝土构件均按批进行混凝土强度评定，检测结果为一层框架柱检验批修正后现龄期混凝土抗压强度推定值为 35.1～38.6 MPa，检验批修正后现龄期混凝土抗压强度推定值为 38.6 MPa，二层框架柱检验批修正后现龄期混凝土抗压强度推定值为 31.4～35.4 MPa，检验批修正后现龄期混凝土抗压强度推定值为 35.4 MPa；一层框架梁检验批修正后现龄期混凝土抗压强度推定值为 28.4～32.3 MPa，检验批修正后现龄期混凝土抗压强度推定值为 32.3 MPa，二层框架梁检验批修正后现龄期混凝土抗压强度推定值为 27.9～31.6 MPa，检验批修正后现龄期混凝土抗压强度推定值为 31.6 MPa。

一层～二层框架柱、框架梁修正后现龄期混凝土强度推定值均满足设计混凝土强度等级 C30 的要求。

根据 JGJ/T 23-2011《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》的要求，按回弹测区的 30 % 进行碳化深度测量，碳化深度均＞6.0 mm，混凝土构件强度评定时，已考虑了碳化深度的影响。

1.2.4 钢筋配置检测

根据现场的实际情况，在该建筑物地上一～二层框架梁、框架柱共随机抽取 5 个框架柱、5 道框架梁，5 块现浇板，采用 PS200 型钢筋探测仪对框架梁底面纵筋数量、框架柱纵向与水平钢筋间距和框架梁箍筋间距、现浇板底面钢筋间距进行检测，由检测结果看出，所抽检的框架柱主筋数量、框架梁底面纵筋数量满足设计要求；所抽检的框架柱、框架梁箍筋间距均满足规范要求；所抽检的现浇板底面钢筋间距均满足规范要求。

1.2.5 构件截面尺寸检测

根据现场的实际情况，，在该建筑物地上一层～二层框架梁中每层分布随机抽取 5 根框架柱、5 道框架梁，采用钢卷尺对构件截面尺寸进行检测，检测结果看出，所抽检混凝土构件的截面尺寸偏差满足规范要求。

1.2.6 围护系统

根据现场调查情况，该工程檐口局部装饰掉落及开裂，室外散水局部开裂、破损。

2 计算分析

采用建筑结构分析程序 PKPM 软件（2010 版）对该工程的主要结构构件进行抗震承载力、轴压比、剪重比和位移比验算。

2.1 基本参数

表1 基本参数

2.2 验算结果

2.2.1 剪重比

该工程X方向最小剪重比为 22.53 %，Y方向最小剪重比为 22.88 %，剪重比满足 GB 5 0011-2010《建筑抗震设计规范》（2016 年版）第 5.2.5 条“最小剪重比限值为 4.8 %”的要求。

2.2.2 位移比

该工程一层～二层中，X方向最大的弹性层间位移角为 1/857，Y方向最大层间位移角为 1/903，弹性层间位移角满足 GB 50011-2010《建筑抗震设计规范》（2016 年版）第 5.5.1 条“最大弹性层间位移角限值为 1/550”要求。

2.2.3 轴压比

该工程一层～二层中，框架柱最大轴压比计算结果为 0.28，框架柱轴压比满足 GB 50011-2010《建筑抗震设计规范》（2016 年版）第 6.3.6 条“最大轴压比限值为 0.65”的要求。

2.2.4 承载力验算

通过对该工程的承载力验算，一层～二层框架柱、框架梁的抗力与效应之比全部大于 1.0；一层～二层现浇板的抗力与效应之比部分小于 1.0。具体结果如表 2 所示。

表2 现浇板抗力与效应之比统计表

3 增层改造可行性分析

该工程建造于 2009 年，基础为混凝土独立基础。原设计屋面为不上人屋面，活荷载为 0.5 kN/m2。拟增加一层，三层活荷载变为 2.0 kN/m2，屋面恒载计算值为 1.0 kN/m2，三层新增墙体折算后线荷载≤3.5 kN/m，经过对模拟增加一层后的模型与原结构进行计算分析，对比结果如表 3 所示。

从表 3 可以看出：该工程增层后，对整体结构各项计算控制参数存在一定程度影响。一层 5×A 轴线、6×A 轴线、7×A 轴线框架柱承载力不足。

表3 增加一层模型与原结构计算对比结果表

对钢筋混凝土独立基础进行验算分析

1）地基承载力验算。经验算，7×D 轴线等地基承载力不满足 GB 50007-2011《建筑地基基础设计规范》的要求。

2）基础冲切承载力验算。经验算，基础冲切承载力满足 GB 50007-2011《建筑地基基础设计规范》的要求。

4 加固维修方案

4.1 外包钢加固混凝土柱

加固示意图如图 3、图 4 所示。施工时应注意：①外包钢、粘钢用钢构件下料制作、安装加固钢结构应严格按照规范执行；②焊缝连接：外包钢加固角钢与缀板连接采用与母材等强度的对接焊缝，应按照二级焊缝标准做外观检查，其余焊缝为三级焊缝；③钢结构除锈防腐：外包钢加固用钢构件在安装前进行人工或动力工具除锈，除锈等级一般为 St2；④加固安装时，先进行焊接作业，焊接作业结束后再进行注胶。注入粘钢胶时，应保证使钢材和混凝土之间的缝隙完全充满，已提高粘接力；⑤待注胶、填塞粘钢胶完成后再紧固，缀板之间采用水泥砂浆充填密实。注胶后严禁焊接工作；⑥加固完成后，在裸露的钢材外表面进行抹灰处理，抹灰厚度一般为 20 mm 厚。采用Ⅰ级聚合物砂浆，内部添加防裂钢丝网，防止粉刷层龟裂脱落［7-10］。

图3 加固柱面示意图（一）

图4 加固柱面示意图（二）（单位：mm）

4.2 增大截面法加固独立基础：

加固示意图如图 5、图 6 所示。施工时应注意：①基坑开挖时应注意原建筑基础的安全，做好相应的安全支护措施、确保基坑开挖时原结构的安全；②开挖基坑时，应注意放坡，挖出的土应及时运走，基坑周边不应堆放建筑材料；③基础加固施工时，先把基础周围的土挖到基础底面，基础表面必须凿毛；④基础表面的泥土必须清理干净，浇注混凝土前在新旧混凝土接触面涂一层界面结合剂；⑤施工时应保证新浇灌浆料与原结构柱的可靠粘接；⑥施工时应严格遵守现行相关施工及验收规程，未尽事宜按现行施工验收规范实施；⑦基础底板的钢筋保护层厚度为 40 mm。

图5 基础加固示意图（单位：mm）

图6 1-1 剖面示意图（单位：mm）

5 结语

根据本次检测、鉴定结果、建造年代、结构整体牢固性、使用要求及模拟增层计算、基础验算结果，经综合分析：若该工程设定后续使用年限为 50 年，即当前状态下主要结构构件加固到 GB 50011-2010《建筑抗震设计规范》（2016 年版）所规定的要求，钢筋混凝土独立基础加固到 GB 50007-2011《建筑地基基础设计规范》的要求。由于该工程加固施工难度相对较小，在经济条件允许的情况下，在采取相应加固措施后，可以考虑增加一层。在增层改造中，应充分发挥原结构的承载潜力，正确选择结构形式，做到经济合理，安全可靠。Q