砖混结构的加层加固设计研究

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摘要:本文在符合我国国情的基础上，提出了砖混结构房屋加层加固的目的、意义以及设计方法。通过探讨如何在我国现有经济条件下进行砖混结构房屋的加层加固设计，既适应我国国情，又能为国内在砖混结构的加层加固设计上提供一点经验和参考。

关键词:砖混结构；加层；加固

引言

砖混结构是指建筑物中竖向承重结构的墙、柱等采用砖或者砌块砌筑，横向承重的梁、楼板、屋面板等采用钢筋混凝土结构。也就是说砖混结构是以小部分钢筋混凝土及大部分砖墙承重的结构。砖混结构是混合结构的一种，是采用砖墙来承重，钢筋混凝土梁柱板等构件构成的混合结构体系。在我国的民用建筑中，砖混结构房屋是应用最多，最为常见的一种结构体系。到目前为止，虽然高层建筑的大量兴起以及钢结构的大幅应用，但就全国范围内来看，不论是北京上海等特大城市还是一般的中小城市，砖混结构房屋仍是我国城镇中民用建筑的主要结构体系。

先于我国的基本国情，在目前的城市化运动改造过程中，我们不可能把目前所拥有的全部低层砖混结构房屋推倒重建，而是应该尽可能的选择改造利用的方式。事实上,近年来我国大中城市中对低层砖混结构房屋进行加层设计的实例已经很多,采用了多种加层方法,获得了显著的社会效益和经济效益,受到使用部门和住户的欢迎,也积累了丰富的加层设计与施工经验。这些都说明砖混结构房屋的加层设计和改善功能是改造我国旧城镇民用建筑的重要途径之一,这不仅符合我国当前的国情,也具有走中国自己改造旧城镇道路的特色。本文即是基于这个目的，探讨如何在我国现有经济条件下进行砖混结构房屋的加层加固设计，既适应我国国情，又能为国内在砖混结构的加层加固设计上提供一点经验和参考。

1加层加固的工作程序

房屋建筑结构加层的工作大体可以按下列程序进行:加层可靠性鉴定加层方案选择加层加固设计施工组织设计施工及沉降观测验收沉降观测。通过遵循规定的程序进行工作,能够保证加层、加固、设计和施工的质量,以达到房屋加层的预期效果。

2房屋加层加固设计的方法

在进行砖混结构房屋的加层之前,首先需要对结构进行检测、鉴定。通过鉴定后,适宜加层的应进行多方案比较,选择最佳方案进行加层加固设计。砖混结构房屋加层的方法比较多,目前常用的三种主要方法分别是:直接加层法、改变荷载传递加层法、外套结构加层法。

1)直接加层法。

直接加层法是指在原有房屋上不改变结构承重体系和平面布置,直接加层的方法。这种方法适用于原承重结构与地基基础的承载力和变形能满足加层的要求,或者经过加固处理后即可直接加层的房屋。从国内大量的加层经验总结和技术经济效益来看,这种方法加高的层数不宜超过3层;加1层技术经济效果不太明显,所以以加2层~3层为好。

房屋加层应建立在结构可靠的基础上。直接加层的原有房屋由于加层后荷载加大,其地基基础、砖墙砌体、混凝土构件等应力应变都发生了新的变化,只有经过承载力和正常使用状态的验算,才能保证加层后的房屋安全、适用、耐久,防止房屋倒塌、倾斜等工程事故,达到加层的目的。

2)改变荷载传递加层法。

改变荷载传递加层法是指原房屋的基础及承重结构体系不能满足加层后承载力的要求,或者由于房屋使用功能要求需要改变建筑平面布置,相应需改变原房屋的结构布置及其荷载传递途径的加层方法。这种方法适用于原房屋墙体结构有承载潜力,增设部分墙体、柱子,或经局部加固处理即可满足加层要求的房屋,这种方法加高的层数与直接加层法相同,不宜超过3层。

采用本方法加层时,要求对地基基础和上部承重结构进行承载力和正常使用极限状态的验算,原有房屋的砖砌体和混凝土强度设计值应根据实测确定,这是因为原房屋的砖砌体和混凝土强度经长期使用后发生了变化,应经实测确定其强度设计值,可以使验算结果具有充分的依据。

3)外套结构加层法。

外套结构加层法是指在原房屋外增设外套结构(通常为框架―剪力墙或者框架等),使加层的荷载通过外套结构传给基础的加层方法。这种方法适用于需改变原房屋平面布置,原承重结构及地基基础难以承受过大的加层荷载,用户搬迁困难,加层施工时房屋不能停止使用,并且设防烈度不超过8度,场地类别为Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ类的房屋加层。外套结构底层柱不宜过高,以保证结构的稳定性和抗震性能。

我国已建成的采用外套结构加层的工程,基本上可以分为两大类: a.外套结构与旧房完全脱开,称为“分离式外套结构”; b.外套结构与旧房连成整体,称为“整体式外套结构”。由于目前我国对外套结构加层尚未进行系统的试验研究,整体式外套加层与旧房连在一起受力不明确,没有清晰的计算简图、计算方法和构造措施,所以规范不推荐使用,仅规定可以使用分离式外套结构。考虑到目前我国采用这种方法的经验还不够丰富,所以该加层法加层的层数受限制较严,应符合CECS 78∶96砖混结构房屋加层技术规范中的要求。

3房屋加层加固设计的内容

1)地基基础的加固。

已建房屋加层,上部荷载增加使下部地基基础承受的荷载加大,因此首先要验算地基承载力和原设计基础宽度及强度。地基承载力是加层设计中至关重要的问题,其大小决定增加层数和上部结构方案的选择,所以应首先弄清已建房屋现在的地基承载力。实践证明建成多年的原有旧房由于上部荷载的长期作用而使地基被压实,地基固结,含水量和孔隙比大幅度减小,基础沉降基本完成,地基趋于稳定,所以地基承载力有一定提高。根据经验,一般情况下其地基承载力可比原始承载力提高10% ~50%。在设计中一般取20% ~30%。加层前原房屋确定地基容许承载力后,应对加层后原有房屋的地基承载力按规范中有关公式进行验算。

原房屋直接加层后通过验算如果地基承载力不满足要求,就需要对地基基础进行加固。地基加固的主要方法有挤密法和灌浆法。基础加固的方法一般可采用加大基础底面积加固法,通常是在条形基础外包钢筋混凝土上进行加固。

2)墙体的加固。

原有房屋墙体材料随着使用年限的增加而使强度和耐久性均有所降低,所以在旧房增层改造时需验算墙体承载力。在确定墙体结构承载力时,应根据实测材料强度等级按相应规范中的要求进行验算,这样做是符合实际情况的,而且也稳妥可靠。如经验算墙体承载力不足,应采用以下方法进行加固,如混凝土扶壁柱法、钢筋网水泥砂浆法加固砖墙、增大截面法加固砖柱、外包角钢加固砖柱。

3)混凝土构件的加固。

混凝土构件是否需要加固,应先进行结构可靠性鉴定确认。如需加固,可对混凝土构件进行加固,加固的基本方法主要有:增大截面加固法、粘贴钢板加固法、外加预应力加固法和外贴碳纤维布加固法等。

结束语

建筑物在规定的时间内,在规定的条件下,应能满足安全性、适用性和耐久性的要求。对已建房屋的加层及加固设计,与新建的建筑结构设计具有很大不同。不仅需要执行一般设计的现行国家规范和行业标准,而且还应当执行有关加层加固设计的标准。因此,从事建筑结构设计的人员接受加层加固设计任务,应是一项熟悉和掌握的工作内容。

通过对砖混结构房屋进行加层改造可以获得显著的经济效益和社会效益,受到了使用部门和住户的欢迎。通过已经积累的丰富的加层设计与施工经验,我相信一定能使砖混结构房屋的加层设计与施工做到安全适用、经济合理、有利抗震和确保质量,使砖混结构房屋的加层技术跃上一个新台阶。

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