某超高层烂尾楼结构改造及实践

刁鹏展

（太原市建筑设计研究院，山西 太原 030002）

0 引言

烂尾楼是指已办理用地、规划手续，项目开工后，因开发商无力继续投资建设或陷入债务纠纷，停工一年以上的房地产项目。烂尾楼破坏城市形象，浪费土地资源，破坏投资者信心。对居民生活带来不便。如何复活烂尾楼，从结构设计角度如何加固和改造，对一些重要计算参数的如何选取，具体实施过程中需要关注什么，本文结合一烂尾楼的改造，对烂尾楼续改建工程结构设计进行了分析和论述。

1 工程概况

某建筑设计于1994 年，1995 年开工建设，1998 年主体结构完工。结构形式框架核心筒，高度113.8m。地上31 层，地下4 层，主要用途为商业和办公。抗震设防8 度，第二组，抗震设防分类为丙类，Ⅲ类场地。目前该工程烂尾了有20 年之久，改造前实景图见图1。

图1 改造前实景图

2 拆除超百米结构造价分析

现场情况调查现有建筑比图纸违规多加盖三层（标准层）造成了超百米高层。百米以上局部缩进，面积较小（1 832.3m2），构件外观质量缺陷及损伤状况较差，长期暴露在外，未做任何防护，导致锈蚀明显，并且保护层剥落、酥松。业主从成本和销售角度希望对于保留和拆除百米以上的建筑给出造价分析和是否拆除的结论。

超百米高层与非超百米高层从建筑使用功能角度并非有特别大的差异，仅表现在满足现行建筑设计防火规范的要求。超百米高层建筑需在标准层处设置两个避难层（面积2 248.3m2），避难层兼做设备层，此部分面积不能作为正常出售和使用。在设备上存在避难层转输供水及其设备，同时竖向上需增加一套排烟系统等，综上所述得出造价差异估算见表1。

表1 两方案造价差异情况估算

本建筑作为高层的实际出售和使用的面积大于超百米高层建筑，作为超百米高层建筑的设备消防设施投资较高。同时从规划角度考虑拆除减少的面积在不超出规划设计条件及满足相关规划指标的前提下可以增设其他功能用房。业主接受了设计师的建议，拆除顶部超过100m 部分使用空间的楼板，保留设备用房、水箱间、排烟机房以及外立面结构骨架。

3 后续使用年限及抗震参数选取

后续使用年限是指对现有建筑继续使用所约定的一个时期，在这个时期内，建筑只需进行正常维护而不需进行大修就能按预期目的使用、完成预定的功能。《建筑抗震鉴定标准》（GB50023-2009）[1]1.0.4 中指出在20 世纪90 年代（按当时执行的抗震设计规范系列设计）建造的现有建筑，后续使用年限不应少于40 年。

从业主角度考虑，希望以最小的成本去完成建筑改造，后续使用年限是否可以人为减少、现有的建筑抗震鉴定是否可以降低类别是他们关注的焦点。

《建筑抗震鉴定标准》疑问解答[2]中明确指出，后续使用年限是一个最低要求，当经济条件许可时应采用更高的要求鉴定，尽可能提高其抗震能力。后续使用年限主要是与抗震设防相关的，依据对很多地区调查研究分析后、得出后续使用年限和地震影响系数以及抗震构造措施的关系，并从房屋具有相同的抗震设防目标且在各自后续使用年限内具有相同概率保证的前提下，加以理论分析得出的。其他规范如《混凝土结构加固设计规范》（GB50367-2013）3.1.7 条提出的加固设计使用年限一是应由业主和设计单位共同确定；二是一般情况下，宜按30 年考虑。《建筑抗震鉴定标准》史铁花主编也做出了解释，认为这一加固设计使用年限主要从静力承载力出发、注重于材料耐久性而规定的，不是从抗震角度考虑的。

抗震“三水准”目标，小震不坏，中震可修，大震不倒。这一目标是在后续使用年限内具有相同概率保证前提条件下得到的，从概率意义上现有建筑的抗震目标与新建工程的设防是一致的。后续使用年限短，地震作用影响系数也小，地震力可以折减[3]。

综上所述本工程后续使用年限采用40 年，抗震措施按B类核查，地震作用按现行规范的0.88 倍选取。对于整个结构不满足现行规范，譬如扭转，平面及竖向规则等原则性、概念性的规定，调整直至满足现行规范。另外对于一些重要指标，比如轴压比《建筑抗震鉴定标准》（GB50023-2009）给出框剪一级柱是0.9，比现行规范0.75高很多（四川鉴定加固规范是0.75），适当提高，不卡规范限值控制，留冗余度。

4 整体抗震加固计算

整体分析，对于指标如扭转，刚度，及薄弱层等不满足规范的采用增厚、开洞和新增剪力墙（图2 为新增剪力墙工地现场图）的方法，调整结构平面刚度分布，减小结构扭转，使结构整体受力更合理。

图2 新加剪力墙施工现场图

对计算中轴压比和承载力不满足要求的框架柱，采用了增大截面（现浇钢筋混凝土围套）方法进行加固。对轴压比满足而纵向钢筋不满足要求的框架，采用了外包角钢套的方法进行加固处理。对箍筋不满足计算要求的框架柱，采用了粘贴碳纤维或钢板箍的方法进行加固。对抗震承载力不满足要求的抗震墙，采用了增大截面方法进行加固。

为了避免结构加固后局部刚度过大，造成刚度分布不均匀，破坏结构的整体性，补强后结构出现新的薄弱环节，对结构整体按加固完的截面及配筋进行了弹塑性时程分析，计算模型见图3 所示。针对分析中出现的薄弱部位和损伤区域，进行了重点的调整及加强，同时给出结构在罕遇地震下的量化性能指标。图4 为损伤部位大的区域剪力墙开洞工地现场图；表2 为罕遇地震下的层间位移角；根据弹塑性分析损伤结果对底部加强区边缘构件进行补强，图5 为底部约束边缘构件补强工地现场照片。

图3 结构计算模型

图4 剪力墙开洞施工现场图

图5 剪力墙边缘构件补强施工现场图

表2 地震动作用下位移表格

5 已建桩基工程的挖潜利用

本工程地下四层为消防水池，墙体最大间距3.9m，底板为1m 厚筏板，顶板为0.25m 厚的人防底板，筏板下满打直径0.45m（间距约2.5m×2.5m）预制方桩，箱型筏板基础。经过上部结构计算导荷，桩承载力不满足上部荷载要求，差15%左右。

地基加固难度大，首先考虑的是否利用现有桩基挖潜利用，翻阅验桩报告，施工记录，资料上桩基没有太多冗余度。

地基土静承载力长期压密可以提高，但是对于桩基长期压密，随着时间能否提高。国内外很多学者对这方面理论也做了很多研究，例如上海人民广场也是50cm×50cm 的方桩经过了4 356d，桩极限承载力提高了37%，但这些研究仅仅是局限于软土地区桩基，单桩竖向承载力的时间效应的机理分析也是针对软土上桩基[4]，对于本工程没有适用性，桩基竖向承载力长期压密随时间提高没有找到理论依据。

现场找点新做勘察，新做勘察报告数据表明地下水位与原勘察报告相差较大，整体水位升高了9m 左右。20 世纪90 年代企业和住户私自打井现象比较普遍，对地下水过度开采，导致出现地下水位下降。近几年，政府严格落实水资源管理制度，“拧紧”地下水超采“总阀门”，地下水上升的趋势很明显。通过对周边建筑的地勘调研以及长期水文观测资料调查，水位比较稳定，可以考虑利用部分水浮力抵消上部荷载，桩基承载力不够的问题迎刃而解。

6 细部加固异形节点

6.1 短柱加固节点

框架柱轴压比不够，采用增大截面加固，部分形成了短柱，短柱箍筋需要全高加密。新加箍筋在原有柱非加密区不能箍住外侧纵筋，且新加箍筋位置处没有原箍筋，无法焊接连接见图6。

图6 柱加大截面施工现场图

采用标准图集节点斜向植筋，现场操作难度大，不容易实现。于是采用图7 的节点，对于短柱，需要加密的箍筋加固完用碳布替代。

图7 碳纤维加固柱节点

6.2 双阶屈服屈曲约束支撑

裙楼为框架结构，抗侧刚度不足，位移角超过规范限值。增加构件截面提高刚度，费用较大同时影响建筑使用，本工程通过设置屈曲约束支撑以解决结构抗侧刚度不足，同时还为结构提供附加阻尼。在罕遇地震作用下能够先于主体框架屈服进行耗能，使结构的屈曲机制合理。图8 为双阶屈服屈曲约束支撑现场安装完的实景图。

图8 双阶屈服屈曲约束支撑

7 结论

本工程结构改造施工已经完成，达到了确保结构安全、缩短工期、节省改造费用的预期目标。通过对改造项目的实践，对结构改造有下列体会和建议，可供同行进行类似改造设计时参考。

对于违规加建超限的建筑，需综合经济比较，经济合理情况下可考虑拆除超限部分，按非超限结构加固设计。

结构加固按后续使用年限的不同，可对地震作用折减及抗震措施可比现行标准调低。

重视结构的整体分析，避免结构加固后局部刚度过大，出现新的薄弱环节，对改造工程应进行弹塑性时程分析，针对结构在弹塑性分析中出现的薄弱部位和损伤区域，进行重点调整及加强。

地基加固难度大，费用高。加固前一定要仔细调研，收集资料，现场做勘察，取得数据，挖潜利用，避免过量和没有必要的加固。