老旧城区建筑抗震加固改造技术研究

姜 晶

(浙江省城乡规划设计研究院，浙江 杭州 310000)

1 老旧城区建筑抗震加固改造的背景

随着当今人口的日益增多导致对住房需求的不断上升以及国土资源的日益紧张，建筑行业对土地需求的增加与土地供不应求的矛盾成为目前社会面临的主要问题之一，相应兴起的建筑加固维修改造行业也得到国内外研究人员以及建筑结构师们的关注。综合国内外相关研究，世界上大多数发展中国家都是按照“新建-新建与维修改造同时存在-主要加固改造”的步骤进行。许多发达国家在第二次世界大战后已经经历了一段时期的建筑行业的快速发展，转而开始了以加固改造为主的新纪元。

2 加固改造技术研究的意义

随着时代的发展，我国旧建筑抗震加固的重要性日益突出。首先，我国是个自然灾害不断的国家，暴风雪，洪水，台风和其他自然灾害连年不断，并且还有近2/3的城市处于地震区域，地震的发生会对在建筑物造成不同程度的损伤；其次，我国于20世纪70～80年代大批修建的建筑已有相当数量的房屋进入中老年，这些受损或老化的房屋如果进行大规模的拆除重建是不现实的。加固改造能节约大量人力、物力，节约投资，大大节省社会资源。常见的结构加固的原因如表1所示。

表1 工程加固的主要原因列表

3 老旧建筑改造加固方法应用及措施研究

3.1 项目概况

金华铁路文化公园内8栋历史性保留建筑加固改造项目位于浙江省金华铁路文化公园内。金华铁路文化公园位于金华市婺城区二七区块内。北起工人路与凤山街交叉口，西抵婺州北街-和盘大桥，东达五一路-回西街交叉口。

建筑遗存现状：本项目有8栋历史性保留建筑，本次A区块、B区块、C区块、E区块初步设计的7栋历史性保留建筑均已完成搬迁，目前空置。

由于金华铁路公园年代久远，历史文保价值高，其老建筑简况如表2所示，因此，加固改造时尽量保留老建筑的外形机理，加固方法主要从以下方面考虑：针对砌体结构抗震性能不足采用结构体系转换的方法，将原来砌体结构改为框架结构，从而达到抗震的目的；对于构件强度不足，建筑功能调整的位置，采用构件补强的方法进行加固；对于地基承载问题，采用地基加固补强进行施工。另外，除了基础住宅抗震加固外，对历史文物建筑的修复也至关重要，要根据历史建筑的保护要求，对历史文化进行保护，彻底实行历史建筑翻新并恢复历史建筑外貌，提高建筑的使用功能。其中，对有粉刷的外墙，用钢筋网LD复合水泥砂浆面层加固；对清水外墙，清理修复后喷涂硅化剂，既保留了外墙原有的历史风貌，又确保了墙体的安全性，同时增加了耐久性；对厂房砖柱、混凝土柱则通过外包钢加固，屋面板、屋架粘贴碳纤维复合材加固。

表2 金华铁路公园老建筑简况

金华老火车站主要对以下方面进行改造。

1)一层替换为钢屋架，二层原木屋架加固修复。一层替换为钢屋架：一层的木屋架之上没有木望板，直接铺洋瓦，导致木屋架发霉破损严重，无法达到承载力要求，无法满足结构安全。屋顶承重构件应满足《建筑设计防火规范》(GB 50016—2014)的规定。现状东西两侧一层为较低部分的屋顶，木屋架为屋顶承重构件，木屋架为可燃性0.5 h，不满足防火要求。加固改造设计中，将东西两侧的一层用钢屋架代替木屋架作为屋顶承重构件，以满足结构安全和防火要求；二层原木屋架加固修复，二层的木屋架保存较好，只需结构加固，同时在屋架的下方增设承托钢梁。空调设备和消防水管等由新增钢梁承重。

2)置换二层楼板。老火车站的二层为办公室，现功能改为铁路博物馆的展厅。原木楼板的荷载为200 kg，展陈功能规定的荷载为400 kg，木楼板无法满足要求。根据结构鉴定报告，木楼板、木梁腐朽霉变严重。因此，从结构安全的角度考虑，将木梁、木楼板更换为在钢梁、压型钢板上浇筑混凝土楼板。

金华老火车站青砖水塔总高度约为16 m，约20世纪60年代建成，内径约4.8 m。其主要存在以下问题。

1)地基基础依据“检测鉴定报告”基础未发现明显的不均匀沉降，地基基础的安全性及可靠性评定等级均为B，对地基基础进行压密注浆法加固。

2)砌体外墙依据“检测鉴定报告”，墙体安全性及可靠性评定等级均为B。对墙体内侧钢筋网LD复合水泥砂浆面层加固，墙体外侧剔缝10 mm后表面喷涂硅化剂增加耐久性。

3.2 基础加固

金华铁路公园火车站机修房的加固方法采用注浆加固方法，以水泥和玻璃胶为原材料，在对建筑进行外围加固之后再进行内部加固，最后进行中间加固，其目的是防止邻孔窜浆，先进行底部注浆再进行上层注浆，使其地基的承载值增加。加大基础底面积可分为单侧加大和两侧加大，通过在原基础一侧或两侧植筋并浇筑混凝土，使新老基础共同受力，加大基础底面积主要节点如图1所示。

3.3 构件加固方法

在建筑加固实施方案中，与其配套的相关技术有很多种，包括后锚固技术、混凝土技术、裂痕修补技术等。此外，在此次砌体墙加固过程中还应用了高延性混凝土对砌体墙进行加固。除了水泥、硅灰、石英砂外，高延性混凝土的关键核心材料是纤维，因为纤维的拉结，才会使混凝土产生高延性的性能。国家标准《水泥混凝土砂浆用合成纤维》(GB/T 21120)对混凝土用纤维有详细的规定。

图1 加大基础截面节点

高延性混凝土加固砌体墙施工工艺简单，加固时只需要将原墙面砂浆清除，然后根据设计要求在砌体墙的单面或双面涂抹一定厚度的高延性混凝土即可。采用高延性混凝土约束边框加固后抗剪承载力提高50%以上，且提高了空斗墙的整体性，而采用高延性混凝土单面加固后，墙面抗剪承载力提高了一倍以上，且整体性得到了较大的提高。

裂痕修补的主要方法有压力灌浆法与表面封闭法。压力灌浆法主要针对裂痕宽度处于0.2 mm≤ω≤1.0 mm的独立裂痕进行修补，先密封裂缝的周边，然后在一定的时间内，以一定的压力，向裂缝腔内注入低黏度、高强度的裂缝修补胶。表面封闭法主要针对裂痕宽度在ω≤0.2 mm的网状裂痕进行修补，采用低黏度的环氧树脂封堵裂痕通道，如图2所示。

图2 墙体表面封闭法

3.4 结构体系加固方法

目前在役的砌体结构一般为20世纪90年代以前建造的，由于当时经济条件有限、抗震构造措施不足，鲜有砌体结构按照抗震要求设置圈梁和构造柱，因此，为了满足抗震设防的要求，一般会采取在建筑内部增设圈梁和构造柱的措施，但由于添加圈梁和构造柱为混凝土结构，且刚度远大于原结构，在地震作用下，原有的砌体结构不能协同受力，新旧构件之间将产生很大的剪力，仅靠混凝土圈梁与砌体结构表面的粘结力很难满足剪力设计要求，砌体结构很难将水平地震力有效地传递到圈梁上，大大降低了抗震加固措施的有效性。基于此，本文提出一种砌体建筑增设圈梁构造柱协同抗震加固结构。

4 结论与展望

目前，在国家政策层面上对老旧建筑加固改造的支持力度不断加码，老旧小区改造在未来必然成为一种趋势，通过对老旧建筑加固现有技术的总结和分析，发现现有加固方法存在诸多问题，比如施工工艺复杂、操作难度大、施工工期长、对原建筑破坏严重等问题，针对上述问题本文展开深入研究，并取得了一定的研究成果，总结如下。

1)探讨了我国抗震鉴定及加固改造的发展历程、现状及存在的问题，通过前期的调研、考察以及资料的收集整理，以及近几年加固改造项目的积累，对现有加固改造方法、施工工艺有了深入、直观的了解；对砌体结构抗震破坏机理有了更深入的理解，对构件加固、体系加固等常用方法进行了总结归纳和应用，对加固设计中的关键技术问题有了更加全面的认识。

2)总结了不同类型的加固改造项目，包括金华铁路公园老旧建筑加固改造项目(以砌体结构为主)等，在调研、考察的基础上，首先对现有加固方法进行深入学习和理解，并在理解的基础上对现有加固技术的缺点和局限性展开研究，提出了诸多新设计、新思路、新方法，比如改变结构体系加固中在圈梁和构造柱上增设销键的方法使新老建筑共同受力，采用高延性混凝土加固墙面，采用钢梁与混凝土板顶平的方法增加老旧建筑净高等，部分方法结合实际项目进行验证，可供设计人员在今后的老旧建筑加固设计中参考。

3)随着老旧建筑加固改造技术的发展，依旧存在很多问题，值得在今后的工作中继续研究。未来，可以将上述一些设计、施工新技术、新方法应用于实际工程中，检验其有效性。

4)由于老旧建筑加固改造千差万别，不可能针对每个项目都研究出一套技术和方法，因此，后续工作重心可放在研究通用加固技术和方法上。针对施工作业质量、安全等方面提出更高的管理要求，以便最终形成通用技术指导性文件。

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