结构改造加固设计中几个常见问题的总结

张伟

摘要：我国现在正处于快速发展阶段，城市用地日趋紧张，越来越多的建筑物需要进行加固改造。笔者从事结构加固设计多年，对加固改造设计中常见的几个问题进行探讨及总结，希望可以为以后的工作提供一定的帮助。

Abstract： China is now in a stage of rapid development，urban land is becoming increasingly tense， more and more buildings need to be reinforced. The author has been engaged in structural reinforcement design for many years. This paper discusses and summarizes some common problems in the design of reinforcement and reconstruction， to provide some help for the future work.

关键词： 加固设计；加固设计使用年限；增层改造

Key words： reinforcement design；reinforced design service life；add layer reconstruction

中图分类号：TU753.8 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）28-0156-02

0 引言

建筑物加固的主要原因有以下几个：①建筑物功能发生变化，荷载增大，导致结构构件承载力不足；②建筑物布局、体系改变；③施工缺陷，如构件材料、配筋等未达到设计要求等。结构加固前，应根据建筑物的种类，分别按照现行国家标准进行检测鉴定。本文主要对结构加固改造设计中常见的几个问题进行探讨及总结。

1 加固设计使用年限

1.1 加固设计使用年限的确定，按照规范应由业主、设计单位共同商定；当结构加固材料中含有合成树脂或其他聚合物成分时，其加固设计使用年限宜按30年考虑，当确实需要50年时，其使用的胶和聚合物的粘结性能应通过耐长期应力作用能力的检验。

1.2 加固设计活荷载取值，依据《民用建筑可靠性鉴定标准》GB50292-2015附录J，既有建筑物加固改造设计计算时，基本风压、基本雪压及楼面活荷载可根据下一目标使用期（加固设计使用年限）进行折减，折减系数为0.85-1.0，具体见表1。

2 建筑物增层改造

在各种增层改造中，直接增层最为常见，还有外套增层、室内及地下增层。直接增层中钢结构以其自身的优点成了甲方的首选，但由于钢结构公司其专业性较强，他们在进行增层改造时往往只对钢结构部分进行计算，有条件的还进一步把钢结构作为荷载输入原结构上对原结构进行计算，这样做法是偏不安全的。该类增层项目一般均为既有建筑，由于缺少正常的建筑程序，缺少监管，最后投入使用会带来诸多安全隐患。以下分两种情况进行总结：

2.1 混凝土框架上新增钢结构框架

新增钢结构部分与原有钢筋混凝土结构在质量、刚度、阻尼比上有较大突变，造成下刚上柔、上轻下重、下部阻尼比大，上部阻尼比小，高阶振型对钢结构影响较大。

新增钢结构底层及原结构底层均为薄弱层，依据规范要求，不宜将顶层钢结构作为突出屋面的小屋并采用底部剪力法乘以增大系数的方法进行地震力的计算，应将其视为统一的结构体系采用振型分解法进行计算，目前我们最常用的软件是中国建筑科学研究院研发的PKPM系列结构计算软件。在进行PKPM结构计算时，SATWE参数选择注意事项：

①混凝土结构阻尼比0.05，钢结构阻尼比为0.02，整体结构阻尼比按0.05计算将低估结构的动力反映，为结构安全留下隐患；因此在计算时将首层按照规范作为薄弱层，进行水平地震剪力调整（地震剪力增大15%）；②由于新增钢结构在刚度和质量上与下部结构有明显变化，将新增钢结构层间地震剪力放大2.0～3.0倍进行计算。

2.2 多层砌体结构上部新增单层轻型钢结构

此类建筑按照以下原则进行加固设计：①可按照突出屋面结构计算地震作用效应，当采用底部剪力法计算时，地震作用效应增大系数可取3。②新增的顶层轻型钢结构应设置可靠的支撑系统。③在原屋顶圈梁上增设新的圈梁，且新、旧圈梁应有可靠连接。

2.3 增层建筑物地基基础设计问题

增层建筑地基承载力应通过既有建筑基础下地基土載荷试验进行确定，当确有难度时，且增加层数占总层数比例较小，原建筑沉降已稳定，考虑建筑物的重要性及地基土的类型等因数，可以参考规范给出的经验系数进行地基基础验算，如表2。

1.25；③当原建筑物为桩基础且已使用10年以上时，原桩基础的承载力可提高10～20%；④当有其他可靠经验时，可采用其他μ值。

3 楼板上增加荷载及开洞

建筑物改造时，楼板常常是直接受力构件，改造内容较多，新开洞口、封闭洞口、新增设备、新增墙体等。以下就这几个方面进行总结：

3.1 楼板上增加荷载

楼板上增加荷载通常为面荷载或线荷载，现行的PKPM、盈建科等设计计算软件均可以依据实际情况进行荷载输入，然后依据计算结果确定加固方法。例如在一单向板上新砌筑墙体时，应根据墙体布置范围加上扩展范围对楼板受力方向进行加固。荷载越大影响范围越大，有的设计人员依据构造只在墙体对应楼板底部范围进行加固，这是偏不安全的，如果全楼板加固又浪费不经济，个人认为一般情况下可延伸1.0-1.5m进行加固。

3.2 现浇楼板开洞

现浇楼板开洞是经常遇见的一个问题，根据楼板形式（单向板、双向板）、开洞大小、其在楼板上的位置及周边是否有荷载等因素，采用不同的加固方法，以下进行分类总结：

①洞口边无集中荷载或线荷载：当洞口宽度小于等于300mm时，一般情况下可不进行加固处理；当洞口宽度大于300mm，小于等于1000mm时，在洞口周边采用粘贴钢板、碳纤维布进行加固；②当洞口宽度大于1000mm或洞口周边有集中荷载或线荷载时应新增受力梁。但也不是绝对的，个别的工程，需要开设较大的洞口，又不能设梁时，需做特殊处理，只要能保证安全，也是可行的。

3.3 楼板封堵

楼板封堵应按照受力边为简支边进行计算，且宜采用双层配筋，钢筋应采用螺纹钢，且钢筋间距不宜小于5d。

4 采用粘碳布箍加固轴压比不足的柱

限制柱轴压比主要是为了控制柱的延性，保证柱的塑性变形能力和抗倒塌能力，因为轴压比越大，柱的延性就越差，在地震作用下柱的破坏呈脆性。轴压比指柱组合的轴压力设计值与柱的全截面面积与混凝土轴心抗压强度设计值乘积之比值，因此在轴压力一定的情况下只有增大柱截面面积或提高混凝土抗压强度才能使柱轴压比降低，于是就有了加固方法的选择问题：①采用扩截面法；②采用粘碳纤维环向围束法。

笔者就在日常工作中的总结如下：①在框架柱纵筋配置满足的情况下，即保证碳纤维环向围束内混凝土不破坏，可采用粘碳纤维环向围束法进行加固。以下依据《混凝土结构加固设计规范》举例说明计算过程：

某框架柱：C30混凝土，截面尺寸500×500mm，主筋12根20，层高4500mm，抗震等级三级，加密区箍筋配置为8@100（4）。经计算原有箍筋体积配箍率为0.89%。现计算该柱加密区箍筋配置为10@100（4），轴压比计算为0.9，超出规范限值0.85，采用粘碳纤维环向围束法进行加固。现计算体积配箍率为1.39%，可计算出环向围束作为附加箍筋的体积配箍率：ρvf=λVfc/fyv=0.5%。

依据构造要求：加固的碳纤维粘贴层数，对圆形截面最少为2层，对矩形和方形截面最少为3层，选用3层，再由公式10.8.2-2，计算出所需粘贴碳纤维规格：bf/sf=0.175。

②如框架柱计算轴压比大于1.05，则必须采用扩截面的方法进行加固。

5 梁下或梁间集中荷载（悬挂荷载）

在日常加固中经常有在混凝土楼板下部增加钢梁，一是承受上部楼板新增较大荷载，还有作为新增洞口边的加固。由于新加钢梁在楼板下部，如果原梁截面高度不足够大的情况下，新加钢梁作用位置就在原有梁的受拉区，但在进行建模计算时，有的设计人员通常只查看原有梁的箍筋配置是否满足要求，如满足就没有采取任何加固措施。但依据《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）（2015年版）第9.2.11条：位于梁下部或梁截面高度范围内的集中荷载，应全部由附加横向钢筋（箍筋、吊筋）承担，附加横向钢筋宜采用箍筋。

因此只要在梁下部或截面高度范围内新加集中荷载，就应该按照规范增加附加横向钢筋，防止出现剪切裂缝，从而引起混凝土局部拉脱破坏。对于加固设计通常采用粘贴碳纤维箍或钢板箍进行附加横向钢筋（箍筋）的加固。箍筋应布置在长度为s的范围内，此处，s=2h+3b（见图1）。

粘貼碳纤维布箍或钢板箍的具体加固量参照规范公式确定。

6 总结

本文对建筑结构改造加固设计工程中常见的几种情况进行了总结，提出了一些个人观点及对规范的理解，通过总结为此类工程项目提供了一些参考。

参考文献：

[1]GB50292-2015，民用建筑可靠性鉴定标准[S].

[2]GB50010-2010，混凝土结构设计规范（2015年版）[S].

[3]CECS225：2007，建筑物移位纠倾增层改造技术规范[S].

[4]GB50367-2013，混凝土结构加固设计规范[S].

[5]13G311-1，混凝土结构加固构造[S].

[6]16G101-1，混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图[S].