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摘要：高层建筑结构加固改造工作对于建筑行业来说是一项重要工作，它关系到建筑物的质量及耐久性。所以，作为建筑人员要提高技术水平，从多个方面加强管理，确保高层建筑的质量。
关键词：高层建筑；钢筋混凝土；结构改造；结构加固
引言：
有一高层商用建筑，用作写字楼，其结构是筒体—框架式，前几年大楼主体结构封顶后就停止施工了，然后没有继续对大楼内部进行装修，也没有安装大楼必需的设备，也没有将大楼改作其他用途，而是一直闲置在那里，结果成了一幢烂尾楼。后来大楼被转手，新的大楼业主准备建设三级甲等医院，这座大楼继续建造施工后用作医院的病房楼。改造和加固烂尾楼与新建建筑工程项目不同，与改造和加固既定工程项目也不一样。特别这个改造工程中还与国家建筑标准的更替、与建筑设计标准的提高有关、对建筑的使用目的有所改变。
1、项目概况
这个建筑项目在某市的市区里面，原建筑有一层地下建筑，地上建筑有二十三层，包括一层设备层，建筑结构式筒形—框架式，地下的一层建筑高度为5.6米，地面建筑中，第一层的层高度为3.9米，第二、第三、第四层的高度都是3.6米，设备层的高度为2.2米，以上第五层到顶层的层高都是3.4米。该建筑物的总的高度是78.4米，混凝土筒芯的全部高度是82.7米，圆筒外围以柱网做框架，柱网的尺寸大小是8m×8m。根据旧的建筑设计，该建筑从地下室都第七层的混凝土强度等级为C50，第八层到底十四层的混凝土强度为C40，地十五层到第二十一层的混凝土强度是C35，地二十二层到顶层的混凝土强度是C30。该建筑原来是拟用作写字楼的，依据大楼新业主的应用要求对大楼进行改造，大楼的新用途是作为三级甲等医院的病房楼，根据病房楼对建筑的特殊要求，在北部大楼的标准层多安装三部电梯，南部地面以上的建筑的每层都多建设170平米管理处。标准层的构造在改造后平面图见图1。
图1 标准层平面示意图
由于改变了该建筑的使用功能，根据《建筑抗震设防分类标准》，该大楼原先的抗震设防级别是丙类，将建筑改造成三级甲等医院的病房楼之后，该项目的抗震设防级别升级成了乙类。在设计时仍然以大楼抵抗7级烈度地震进行设计，其他的抗震措施都根据8度的烈度进行设防。所以，按照有关的建筑设计的标准，该项目的原设计结构—混凝土筒形及框架结构—侧力系统的抗震等级是二级，新设计将其抗震等级提高为一级。
2、结构方案制定的基本准则
在研究旧房的改造和加固方案时，结合建筑项目的实际状况，以现在施行的国家规范为准，并以过去旧楼改造项目为参考。如果改造工程所在的地方的地震设防烈度未曾改变及不包括甲类建筑在内的乙类建筑和丙类建筑，那么也没有改变其基本的抗震效果，根据建筑改造后的使用功能，依照当前国家的规范确定建筑的抗震等级。一旦确定了旧楼的改造方案和抗震设计的等级，随后就要对建筑在多经历地震下的强度以及发生的变形进行计算，并且还要就可能遇到的罕见地震下建筑的抗震能力，这是对病房的抗震能力的重要评估，病房的抗震标准非常高，需要做到遇到大地震时不会发生倒塌情况。对建筑的使用功能进行改造后，确定了其抗震等级，并以此为依据计算其强度和变形情况，GB50023—95《建筑抗震鉴定标准》第3.0.5条调整了建筑承载力抗震系数，如果对建筑进行强度计算后，结果不符合国家现行标准的要求，需要对建筑进行加固，增强其强度。在本次项目中，对旧楼的前六层的混凝土结构的墙体都进行了整体加固。高层建筑的主体部分有一些梁柱的节点，剪力墙的筒体顶端部分有约束性的边缘结构零件等，这些都是高层建筑底层需要加强党的关键结构部分，这些部分需要依据当前国家标准建造。上面几点介绍的是在建筑改造过程中，需要改变的楼层以及部位，以符合旧建筑规范设计标准的前提下，在以下情况下，可以保持建筑结构的原有设计：
混凝土墙梁、墙柱以及墙等旧的结构设计，经过强度计算，可以满足建筑在抗震和非抗震状态下的要求，而只有附属钢筋的不符合当前国家标准的时候。原建筑的结构的梁柱节点的断面是实际配的钢筋都能符合节点部位的抗震强度的需要，而建筑结构配箍的比例不符合现行标准的要求时。
对建筑进行改造时，有些部位不改变建筑的功能以及建筑结构体统本身发生改变导致康等等级增大的情况（比如，改变限高致使建筑结构的抗震等级增大的），如果进过计算，其在非地震状态下可以满足强度需要和变形的要求，应该也允许保持原有的设计不变。
3、结构方案弊端及其应对方案
3.1最初设计法则与实行法则的主要区别以及应对方案
该工程于二十世纪九十年代初开始进行设计并且投入建设，所遵循的抗震标准是国家《建筑抗震设计规范》以及《建筑抗震设计规程》。国家地震局在二十世纪九十年代公布中国地震烈度区划图，此后本市抗震预防烈度始终如一，统一按照七度来安排防御。比较《建筑抗震设计规程》的两次修订，地震作用统计的数据将直接受到影响，例如多遇地震的水平地震影响系数最高可以达到0.08、场地特征周期、地震影响系数都没有因此而发生本质性的变化。只要是由《建筑抗震设计规范》来指导设计的建筑，从能够满足地震效应的方向来考虑，她的结构都可以有效的抵御《建筑抗震设计规范》的地震作用。
然而，随着社会的发展，国民经济的整体提高，人们越来越重视生命财产和“以人为本”的理念。同《建筑抗震设计规范》相比，不仅仅要充分利用和发挥已经相当成熟的科研成果，更要求在结构构造方面的提升和创新，要做到具体化、细化。换言之，就是要求我们采取更加有效更加实用的抗震构造对策，只有这样才能达到《抗震规范》的第三层次抗震防御的标准。具体内容如下：
3.1.1剪力墙暗柱配筋标准
89规范要求暗柱的长度范围在数值上为一到二倍的墙体厚度，01规范的取值为墙肢长度的五分之一。暗柱总纵向配筋会因暗柱计算方式的不同，随着面积的变化而改变。例如该工程的心筒中间，横向的墙肢厚度为300mm，长度为7m。按照89规范来计算，暗柱最长为600mm，如果按照01规范来计算，暗柱最长可以达到1.4m，取它长度的一半来计算暗柱配筋的面积也可以达到700mm。89规范仅仅给出了剪力墙暗柱箍筋的最小半径和最大间隔，但是01规范却将砼和钢筋强度的影响也考虑在内。例如该工程中，以底部加固区域墙壁厚度为300mm的暗柱计算，89规范要求大于等于Φ8@100，配箍率为0.6%；然而按照01规范来计算配箍率为2.2%，需要搭配的箍筋为Φ14@90.比较一下就会发现，两者的差别是相当巨大的。
3.1.2框架柱配筋标准
依照89规范来进行建造的Ⅳ类地面抗震级别为一、二级的框架，通常要求最低配筋率为0.8%和0.7%，在轴压比为0.5～0.7的框架柱加固区域中，最低要求配筋率为0.9%～1.3%，但是在01规范中，规定的在Ⅳ类地面相同抗震级别框架中，一般要求边柱最低配筋率为1.2%和1.0%，在相同轴压比的框架柱加固区最低配筋率为1.7%，很明显的可以发现，能够达到标准。
3.1.3连梁配筋标准
在89规范中，仅仅对连梁箍筋的端部按照相应的抗震等级的框架梁端部的加固要求来进行配置，但是在01规范中，对沿连梁全长都需要进行匹配加密箍筋，并且，如果连梁的纵向钢筋配筋率超过三个百分点的时候，就需要将箍筋的半径增大1mm。本工程的连梁纵向钢筋配筋率有很多都超标，所以，最小箍筋直径就应该在12mm以上。
3.2强度要求
任何的工程都要根据实际情况来做合理调整，结构的改进策略和设计施工图纸要经过专业人士的审核，按照规范来对此工程项目进行多与地震下的强度计算。应该引起重视的是，因为每一层的新增加的建筑比较多，大量的增加了荷重，尤其是抗震的要求提升，使得工程在结构上出现了大范围的强度不达标现象。除去对框架梁、框架柱时机所匹配的纵向钢筋强度的计算合格外，1～5层的混凝土墙体端部纵向钢筋大面积出现强度不足，6～16层的砼墙体端部纵向钢筋也出现了箍筋不达标现象。对于以上砼墙端部配筋不合格的现象，应当在结构设计时考虑到墙体的加固方案。
3.3多遇地震情况的相关计算
在2.2节，设计的方案和结构的要求都已经明确规定，接下来首先应该控制审核多遇地震的情况下的强度和相关主要指标。因为发挥的作用产生了巨大的变化，抗震设防的类别也应同时升级成为乙类，所有的抗震措施应当改为8度设防的要求来实行（地震作用所处的设防不变，仍为7度）。换言之就是结构的抗震级别上升一级。所以，在对结构进行计算的同时，结构抗震等级已经在考虑范围内。结果标明，每一项主要的数据指标都达到了现在国家抗震规范的要求。其中竖向刚度不足是因为存在2.5m高的设备层。
3.4罕遇地震情况的相关计算
根据GB50011—2001《建筑抗震设计规范》的相关规定，不合格甚至是有大面积严重薄弱部位很有可能使建筑经不住地震的考验，在设计时，必须要遵照有关规定来分析罕遇地震情况下弹塑性的变形。本工程出现了不少薄弱环节。在现实中，根据《国家抗震规范》的设计方案，既要求要在多遇地震条件下结构的形变和强度要达到标准，又必须确保公民的生命财产安全，力求损失达到最小。所以，在改造工程时，必须进行罕遇地震情况的相关计算。
图2 罕见地震下弹塑性变形运算
从图中的弹塑性计算结果来分析，在罕遇地震的情况下，能力普曲线与需求谱曲线有重合，这说明该结构可以抵御罕遇地震。控制点的顶点所产生的位移，也符合相关规定。
4、结束语
针对由于新增建筑面积较多而引起的局部抗震强度不足的现象有以下几种处理方案：严格规范设计内部结构和改良加固改造方案，要在尽量遵循原创的基础上采取影响小的策略。改良工程的时候，要根据常遇地震情况下所计算的强度，有针对性的对薄弱环节进行加固。在进行弹塑性形变计算式，不仅要考虑到常遇地震情况，也要考虑罕遇地震情况。该工程在进行改造和加固所取得的成果告诉我们：不仅要严格遵守设计规范，而且要根据实际情况，采取合理的调整方案。这样才能保障结构的安全可靠。
参考文献：
[1]尹之潜.现有建筑抗震能力评估[J].地震工程与工程振动.2010（02）
[2]高明宝.复杂高层钢建筑分析[J].昆明理工大学.2012（01）
论文作者:李希锴
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第9期
论文发表时间:2017/8/18
标签：建筑论文; 强度论文; 结构论文; 标准论文; 大楼论文; 框架论文; 钢筋论文; 《建筑学研究前沿》2017年第9期论文;