沈南生
（上海现代建筑设计集团工程建设咨询有限公司，上海，200041）
【摘 要】通过对某历史保护建筑加固改造项目的设计实例分析，对既有建筑结构加固改造的加固设计、加固方法、加固措施、加固措施的适用性等作了阐述并进行了深入的讨论。 历史保护建筑的加固设计，需要有针对性的设计方案和施工方法综合考虑，应考虑安全，经济及可实施性。且与建筑的使用功能密切相关。 通过对该项目完成后使用情况的检验，本项目加固改造的设计满足了业主有关改造，修缮，保护的要求，获得各方好评，总结所得经验为今后类拟工程提供有益参考。
【关键词】既有建筑；保护建筑；抗震鉴定；老房修缮；抗震加固；加固设计；加固方法,加固措施
一、原设计工程概况
该建筑建于1925年（见图一 建筑效果图）。占地面积为4280平方米，建筑面积为22032平方米， 原设计由鸿达洋行(C.H.Gonda匈牙利)于1924年设计，华商联益营造公司施工。上世纪五十年代例为上海市第一批优秀历史建筑、上海市市级文物保护单位，保护级别为市级。后续使用年限为30 年，属于A 类建筑。改造中需遵守全面地保存、延续文物的真实历史信息和价值；不改变文物原状等法定原则。本工程保护范围有外部重点保护部位为该建筑东、南、西及北立面，内部重点保护部位为原始门窗、楼梯间及原有特色的装饰线脚等。
二、建筑结构的现状介绍
该建筑上部结构为钢筋混凝土框架结构体系，地上六层，楼板为先交钢筋混凝土密肋楼板（见图二 标准层结构布置图）。下部基础为柱下木桩加筏板，局部有钢筋混凝土地下室,木桩规格为250x250x5000mm。
该建筑结构楼层存在楼层错层的不规则情况，整体抗震性能差，经多次改扩建，搭建荷载混乱，使部分荷载传递不合理，结构材料强度低(实测砼强度只有C13和C15,钢材Q235,钢筋HPB235)、构件承载力严重不足，轴压比普遍大于1.0，最大轴压比2.71。
梁板配筋少、截面尺寸小、节点构造不能满足现行规范要求，及其他一些混凝土梁及板钢筋锈蚀、严重铁胀，钢梁梁底素混凝土保护层脱落，等缺陷。
三、主要改造原则：
通过本次改建加固，使该建筑的抗震能力和结构整体承载力大幅提高，接近或满足现行规范要求。 按照强柱弱梁，墙节点弱构件的原则对：
1．改建加固前对现结构卸载。
2．选择轻质建材严格控制改建加载重量。减小地震作用影响和避免产生建筑沉降。
3．采取合理有效方法，提高框架柱，梁的承载力。
4．合理布置抗侧构件，增设剪力墙，控制有害位移，提高结构整体抗侧能力。
四、现有结构的基本分析
该工程主要设计参数：建筑抗震设防分类：丙类；抗震设防烈度：7度，地震分组：第一组；建筑特征周期：0.9S(多遇地震)；建筑结构安全等级：二级；地基基础安全等级：二级；结构抗震等级：框架三级； 设计基本风压：0.55kN/m2；地面粗糙度类别：C类。场地土类别：上海市IV类。结构设计的使用年限: 30 年；荷载，材料强度略。
计算根据建筑现状和改建结果，分别作了改动前后的结构整体分析，其结果一方面作为原结构的不足部分加固设计依据；另一方面为目前的结构改建方案的实施，提供新旧对比数据分析，以判断哪些部分是原结构本身存在的不足，哪些是因为目前改建，造成的结构构件的不足。结构计算采用2010版PKPM系列软件，按考虑地震作用和不考虑地震作用
两种工况进行整体计算分析：
通过合理布抗侧构件，框架梁端加翼和柱加大截面的方法，等措施。结构刚度大大提高，框架梁超筋量大为减少，相应的加固工程量亦大为减少。从计算分析结果可以看出底层柱轴压比、结构弹性层间位移角等关键指标接近或满足了现行规范要求。（分析模型参见图三）。
图三
五、结构加固设计及构造
1．结构全面卸载：铲除多余楼板建筑面层，.该建筑楼面经历多次装修，累计的装修面层厚度180—65mm（总厚度普遍达280---300mm）。并拆除加建阁楼，进行楼面卸载。
2．利用建筑隔墙位置，合理布置短肢剪力墙。该工程结构体系虽是框架结构体系，为了不让框架结构过早进入塑性阶段，合理的少量的布置短肢剪力墙，可以在框架结构屈服前增加一道防线，使框架体系遭遇地震作用时，更安全更有效。
3．框架柱，从基础开始，采用外包钢筋混凝土增大柱截面方法，进行加固。该方法的好处就是可以结合梁柱节点处设计的梁加翼，将后续荷载有效传入基础，减轻原有柱的荷载作用。同时，外包混凝土又对原柱的混凝土起到了三向约束作用，提高了原有柱的承载力和延性。也提高了结构的整体刚度。柱的加固采用加大截面法 ，参见图四 。
图五 梁的加固
4．增设框架梁端的梁翼。利用梁底和吊顶空间，在粱端加翼，使梁的有效计算跨度明显减小，直接减小了梁的跨中和支座内力，亦即提高了粱的承载能力。梁翼内力直接传入外包柱混凝土。
梁的加固，参见图五。梁柱节点做法，参见图六
图六 梁柱节点加固图
5．提高楼层整体刚度，利用建筑面层高度整浇钢筋混凝土叠合层， 大大提高了抗侧构件的共同工作性能。
6．对承载力不足的次梁，板等结构构件进行加固处理。
7．对损坏的钢筋混凝土构件进行修复处理。
对露筋、锈蚀的钢筋、钢板进行除锈处理并更换保护层。
对素混凝土保护层脱落的组合钢梁，采取措施予以保护。
六、结构构件加固施工方
施工方根据上海市文物局对该工程的要求结合设计及工程特点，制定了严密的施工方案，使设计所要求得以实施。其施工步骤详见图七。施工主要方法包括：
1. 楼板加固
铲除楼面碳化层、历次装修面层，铲除厚度不小于30mm，在此基础上新增结构整浇层50mm，内配双向钢筋网片
2．密肋梁加固
铲除楼面碳化层、历次装修面层，铲除厚度不小于30mm，在此基础上新增结构整浇层50mm，内配双向钢筋网片，密肋梁顶增设支座负筋，梁底碳纤维布加固；更换铁涨钢筋，对露筋部位刷阻锈剂阻锈
3．首层加固
铲除楼面碳化层、历次装修面层，根据检测结果，对承载力不满足设计要求的梁，采用碳纤维布加固；更换铁涨钢筋，对露筋部位刷阻锈剂阻锈
4．基础部分
本次保护修缮不增加楼面荷载，铲除楼面历次累积的装修荷载，各层楼面使用功能未作改变，因此本次保护修缮未增加地基基础的竖向荷载，根据鉴定结果“上部结构历经近百年的使用，未见明显的因地基基础承载力不足引起的开裂和变形等损坏”，据此本次改造不对地基基础进行加固处理。对于开挖人防工程所导致被截断的基础梁，在截断处顶部加固。
5．其他方法还有
采用梁底增设抗拉角钢，梁端钢板箍加密、的方法改善框架梁配筋不足;
采用增设增强型格构角钢柱，现浇钢筋混凝土套，柱端钢板箍加密的改善框架柱配筋不足；楼板洞口强度刚度加强，以提高楼层整体刚度；替换混凝土梁及板钢筋锈蚀、铁胀严重的钢筋；结构裂缝灌浆封闭；碳化混凝土凿除替换；构造性粘贴纤维布以改善构造不足。等措施。
图七 加固施工工序
七、总结
历史建筑，多是年代久远的建筑，本建筑至今也有九十多年，均具有其设计所用材料强度低，设计标准低，一般都不会考虑地震水平作用的影响的特点。在类似框架结构体系的建筑中，如何保护好既有的结构、又要求结构性能达到或接近现行规范要求，值得探讨和研究。前置一道抗震防线，即在类似的框架结构体系中合理少量布置抗侧构件，如短肢墙或阻尼支撑，不为是一种可行的方法。采用该方法，应注意加强楼层整体刚度，避免楼板设计成弹性楼板，保证各抗侧构件协同工作。如有条件，框架梁端加翼以减小框架梁计算跨度，是提高既有梁承载力最有效最直接的方法，本工程采取了粱端加翼的方法，大大减小了梁的加固工程量，节约了造价缩短了施工周期。柱加固采用外包混凝土（即加大截面）的方法，应用在本工程中，十分合适，对原有柱混凝土起到了三向约束的作用，提高了承载力，也提高了结构刚度，通过适当的配筋，使结构的抗震性能有所提高。在施工前必须先卸载后施工，设计也应尽可能将新后期的荷载传入扩大的截面上。新老混凝土组合的柱得以共同发挥作用。
参考文献：
[1]上海市房地产科学研究院. 南京东路720号第一食品商店建筑勘察 文物建筑勘察报告.（文物设甲字0201SJ0031第2010-003号）
[2]上海市房地产科学研究院. 南京东路720号第一食品商店 建(构)筑物抗震鉴定报告.（沪抗鉴（99009）证字第2011-041号）
论文作者:沈南生
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年5月总第210期
论文发表时间:2016/7/13
标签：结构论文; 建筑论文; 承载力论文; 荷载论文; 构件论文; 楼面论文; 方法论文; 《工程建设标准化》2016年5月总第210期论文;