砖混结构房屋改造加固设计方法——以某砖混结构房屋改造项目为例

吴焕强

引言

从20 世纪90 年代至今，我国经济发展迅速，社会生产力和人民生活水平得到了极大的提高。现如今， 许多老旧建筑因建设时的技术和经济水平限制， 已无法满足现代社会对生产力的要求和人们对改善生活条件的需求。 同时，随着建筑结构抗震防灾研究的日趋完善， 相关结构设计规范的更新换代以及现代社会对建筑在震害中保障人民生命财产安全能力的要求愈加严格， 许多老旧建筑不得不在达到原先设计使用年限前停止服役[1]。如何处理无法继续使用的老旧建筑， 是当今社会面临的一个问题，亦是我国“十四五”规划中目标任务的内容之一[2]，而对老旧建筑进行功能改造升级并采取系列加固措施，则是当前解决该问题、实现战略目标的一个良好方法。 本文将结合工程实例， 介绍20 世纪90 年代砖混结构建筑的改造和加固方法， 以期能够为其他相似项目提供设计思路借鉴。

工程概况

该建筑现状为2 层砖混结构（局部内框架），并于其原屋面搭盖了轻钢结构。 该建筑的承重结构为240mm 厚实心砖墙和部分钢筋混凝土柱，楼、 屋盖均为现浇钢筋混凝土板； 房屋高度约为9.1m，建筑面积约为350m2；该建筑建成于20 世纪90 年代，并作为宾馆投入使用，其建筑平面布局如图1 所示。 如今该建筑作为宾馆已无法满足业主的使用需求， 因而业主拟将其重新装修改造为办公楼继续使用。 在改造之前，业主委托专业检测公司对该建筑进行结构安全性鉴定。

结构检测及鉴定

由于该建筑缺少原始设计图纸资料，故先对该建筑的建筑和结构现状进行了全面的调查，确定了结构体系、传力途径、构件属性等信息，后采用中国建筑科学研究院的PKPM 系列结构设计软件对该建筑进行结构建模和计算。

1.结构检测

在对结构进行整体的安全性鉴定前，首先对结构的主要构件进行检测。 根据材料的不同，检测对象分为砌体构件和混凝土构件。 砌体构件中，承重墙的砌筑质量较为平整， 砌筑砂浆已出现粉化现象，砌筑实心砖暂未见明显风化，一层C 轴×4～5 轴处墙体窗洞顶部出现许多细小裂缝； 混凝土构件中， 屋面层1 轴处悬挑梁端部出现混凝土松动破碎、钢筋锈蚀的现象，其余混凝土构件的结构层外观较平整，未见严重外观质量缺陷。

2.结构安全性鉴定

（1）结构整体牢固性

（2）围护系统安全性

根据调查，屋面后期简易加盖轻钢结构，无正规设计、施工，结构体系、整体性均较差，安全性不满足规范要求。

（3）结构承载功能

根据现场调查结果，该建筑部分洞口过梁采用平砌无筋砖过梁， 楼、 屋面主要受力的跨度为5m的混凝土梁端支承处砖墙上未设置混凝土垫块。此外，根据PKPM 结构设计软件的计算结果，一层部分承重墙体、二层现浇混凝土楼板以及二层部分混凝土梁的构件承载力不满足规范要求（抗力与效应之比小于0.95），由于篇幅有限，本文仅展现一层承重墙的受压承载力计算图，如图2 所示。

3.结构抗震鉴定

该建筑抗震设防烈度为7 度(0.10g)，根据《建筑工程抗震设防分类标准》的相关规定，该建筑抗震设防类别为丙类(标准设防类)，应按7 度设防烈度的要求核查其抗震措施。 该建筑建于20 世纪90年代，根据《建筑抗震鉴定标准》第1.0.4 条及1.0.5条，应对该建筑采用B 类建筑抗震鉴定方法。

（1）抗震措施鉴定

该建筑存在多处构造措施不满足规范要求的地方，具体内容为：房屋纵横墙布置不均匀对称，砂浆强度等级过低（所检承重墙体砌筑砂浆强度平均值为1.0MPa），柱混凝土强度等级过低（所检柱的混凝土强度平均值为15.4MPa），框架梁、柱未设置箍筋加密区。

三重四级杆气质联用仪（GC型号：TRACE 1310，MS型号：ISQ-LT），美国赛默飞世尔科技公司；LRH-70型恒温培养箱，上海一恒科学仪器有限公司；YXQ-LS-75G型立式压力蒸汽灭菌锅，上海博迅实业有限公司医疗设备厂；Breville-BJE500F型榨汁机，澳大利亚铂富公司。

（2）抗震承载力验算

根据PKPM 结构设计软件的计算结果， 该建筑最弱楼层综合抗震能力指数及平均抗震能力指数均小于1.0，不满足抗震要求。软件计算结果如图3 所示。

综上，该楼安全性及综合抗震能力均不满足规范要求，应结合后续的改造内容采取加固措施。

改造方案

根据业主方的意见， 拟将该建筑改造为办公楼，改造后的建筑平面布局如图4 所示（图中阴影部分的墙体表示改造后新增的墙体，或者将原门窗洞进行封堵）。对比新旧建筑平面布局（图1 和图5）可知，该楼一层原为餐厅，后新增墙体分隔空间并改为办公室；二层原为客房，后改为办公室；三层原为客房，后将该层钢构拆除，恢复为屋面层，新增屋面保温隔热层，并增加空调设备。 针对上述建筑平面布局的改动，结构进行如下改造：

1.一层4 轴×B～C 轴、5 轴×B～C 轴处新增墙体；

2.一层B 轴×1～2 轴处新增门洞，C 轴×2～3 轴处新增窗洞；

3.一层B 轴×2～5 轴处的窗洞更改为门洞；

4.一层B～C 轴×1 轴、B～C 轴×2 轴、B～C 轴×3 轴及C 轴×1～2 轴处门窗洞采用砖砌体进行封堵；

5.屋面层1/B 轴×4～5 轴处新增空调设备基础梁。

需注意的是，由于三层钢构拆除，三层楼面恢复为屋面， 其新增的保温隔热层平面荷载（2.5kN/m2）大于原建筑装修平面荷载（1.5kN/m2）。 经验算，屋面板支座处的承载力不足，需采取加固措施。

加固措施

根据结构检测鉴定报告中的内容，可知该建筑存在结构构件缺陷、 结构构造措施不满足规范要求、结构构件承载力不足和结构抗震能力不足等问题，其中竖向构件承载力不足、抗震能力不足是该建筑安全隐患的主要问题所在， 应进行重点处理。本文以检测鉴定报告为依据， 结合建筑改造方案，提出相应的加固方案，重点展示建筑的竖向构件加固措施，其结构加固平面布置如图5 所示，其余构件加固方式做简单的文字描述。 具体加固措施如下。

1.封堵洞口

针对承重墙段被拆除、新开洞口或原有洞口扩宽的问题，采用砖砌体封堵的方式进行处理，在图5 中采用填充“”表示。 封堵洞口，可以减轻部分开洞对承重墙抗震的不利影响。

2.梁端增设混凝土壁柱

针对混凝土梁端支承处砖墙上未设置混凝土垫块的问题， 在混凝土梁与承重墙搭接的端部，增设壁柱，在图5 中标注为“XZGZ”。 通过增设壁柱的方式，使混凝土梁传递而来的竖向力沿壁柱向下传导，避免承重墙产生局部抗压不足的问题。

3.洞口增设角钢过梁

针对房屋部分洞口过梁采用平砌无筋砖过梁的问题，采用增设角钢过梁的方式进行加固，在图5中采用填充“”表示，具体做法如图6 所示。对于平砌无筋砖过梁的问题，亦可用增设钢筋混凝土过梁的方式解决，但该方法施工周期长，且施工过程需凿打原有砖砌体，风险较高。 而采用增设角钢过梁的方法加固，施工简单快捷，且可以避免对原砖砌体的破坏，更为安全。

4.墙体新增面层

针对部分承重墙砂浆强度过低和承载力、抗震能力不足的问题， 采用新增钢筋混凝土面层的方式加固，在图5 中采用线型“——”表示，新增钢筋混凝土面层的具体加固做法如图7 所示， 具体加固位置在一、 二层的A 轴×5～8 轴、B 轴×2～5轴、C 轴×1～8 轴、B～C 轴×1 轴、B～C 轴×2 轴、A～B轴×5 轴及A～C 轴×8 轴处。为保证纵、横向承重墙能够有更好的整体性， 新增钢筋混凝土面层在纵横墙交接处需设置竖向的加强钢筋， 这里以C轴×2 轴处为例（如图8 所示）。 对于建筑内部其他抗力效应比满足规范要求的墙体， 为增强其耐久性，采用涂抹高延性混凝土的方式进行补强，在图5 中采用线型“ ”表示。需要注意的是，部分承重墙存在砂浆粉化缺陷， 在对其采取加固补强措施前，需对墙体表面的沟槽进行嵌缝。

5.柱增大截面

针对柱混凝土强度等级过低，以及柱未设置箍筋加密区的问题， 采用柱增大截面的方式进行加固，在图5 中标注为“JDZ”，具体做法如图9 所示。柱新增截面部分的混凝土强度等级为C30。通过增大截面来增设箍筋加密区，从而增加单根柱构件的延性[3]。

6.梁增大截面或粘贴碳纤维布

对承载力不足、 未设置箍筋加密区的混凝土梁，采用增大截面的方式进行加固。 若混凝土梁仅存在未设置箍筋加密区的问题，亦可用粘贴碳纤维布的方式进行加固[4]。 通过上述两种加固方式，提高混凝土梁的承载力和延性。 需要注意的是，二层1 轴处的悬挑梁端存在混凝土破碎松动和钢筋锈蚀的缺陷， 在采取加固措施前需先对缺陷进行处理。

7.板面新增面层

对承载力不足的二层、屋面层结构板，分别采用新增聚合物改性水泥砂浆钢筋网和新增钢筋混凝土面层的方式进行加固。

加固效果

对该建筑采取加固措施后，该建筑的安全性与抗震性能得到了显著的提高。 受文章篇幅限值，本文仅展示加固后的一层承重墙的受压承载力计算图与抗震承载力计算图，如图10 所示。从图中可以看出，墙体的受压承载力与抗震承载力均有极大的提高，均能满足现行规范要求（＞1）。 经专业单位鉴定，该楼在改造后的建筑使用功能条件下，其结构安全性鉴定评级为Bsu级，无需采取其他措施。

结语

受限于其建设年代的技术和经济水平， 在如今的评价标准下， 该建筑在安全性和抗震性能方面都存在诸多不足，已无法继续使用。通过采取墙体新增钢筋混凝土面层、 新增壁柱、 封堵门窗洞口、 混凝土构件增大截面和混凝土梁粘贴碳纤维布等措施对该建筑进行加固， 同时对该建筑的建筑功能进行改造， 使得该楼的建筑功能能够满足业主的使用需求，且经专业单位鉴定，该楼完成加固施工后的结构安全性和抗震性能均能满足现行规范要求。

上述措施成功延长了该砖混结构建筑的建筑寿命。对于其他的老旧砖混结构建筑，如因建筑使用功能过时或安全性能不足而导致建筑无法继续使用，可参考、借鉴本文的设计思路，通过对建筑使用功能进行改造与对结构构件进行加固， 实现建筑整体的升级更新与寿命延续。