黑龙江省建筑设计研究院 哈尔滨 150080
【摘 要】正确选择结构形式是房屋增层设计中的一个极为重要的问题，合理选择加层方案使新旧结构保持整体性，共同受力，既要保证房屋使用安全，又赋予建筑物新的使用功能。本文以实际工程为例阐述了外套框架增层技术在改造中的应用，具体加固改造方法的设计和实施。
【关键词】框架结构；外套增层结构；抗侧刚度
随着社会的发展和时间的流逝，近年来已有建筑物修复改造的工程在不断增加，改造就是指对旧的建筑物或结构、构件等进行改建，扩大建筑空间，使其适应新的功能和需要。如何保证旧有建筑和新增层建筑的安全可靠至关重要，选用错误的结构形式，造成不符合抗震要求，或不可行，或造价高，或不能保证房屋使用安全，给加层房屋留下严重后患，所以加层方案的可行性、安全性和经济合理性至关重要。其中房屋增层改造设计就是比较常见的一种，增层结构形式一般归为四类，即直接增层类、外套增层类、室内增层类、地下增层类。外套增层式改造结构体系的上部结构由外框柱、横向大跨梁、纵向联系梁、现浇楼板等结构构件组成，下面以具体工程为例介绍外套增层类改造在实际工程中的应用。
1 工程概况
本工程为本市某银行营业用房工程，原建筑为二层框架结构，建筑物长60.90m、宽14.40m、高12.00m，其中一层为砖混、框架混合结构，纵横向承重墙均为红砖，墙上圈梁与框架梁一起整浇，整体性较好，二层为纯框架结构，上下两层框架梁柱具有完整的抗侧力体系，楼板为预制板，梁跨度为14.40m，并外挑2.120m。基础形式采用天然基础，墙下条基、柱下独立基础。建设单位经专业机构鉴定后确定现有建筑按图施工，混凝土及砂浆强度均达到设计强度。
根据建设单位要求，拟在原二层以上新接建一层用途为阶梯式大会议室，层高约7.8m，跨度为16.80m。由于新建部分使用功能的要求，看台处局部还设有夹层，楼板增加荷载较大，原二层顶大跨预制双T板不能满足新增楼板荷载要求，经初步估算改造户房屋整体荷载比原建筑约增加50％。此外建设单位还要求改造期间原有建筑维持正常使用。
2 加固改造结构选型
经过对旧有房屋的现状鉴定和改造方案讨论后，决定采用外套增层结构方案对原有建筑进行改造，使新旧房屋离而不分、相互连接，形成整体，屋面采用轻钢网架楼盖、由专业厂家设计。这种结构形式具有对旧有房屋使用影响小、加高层高和建筑平面设计不受限制、建筑立面可按全新设计、具有投资少、工期短等优点。存在的缺点是重心偏高、上刚下柔的问题，因此应采取相应措施减小或消除这些不利影响。
对原有建筑进行外套增层改造，首先要解决新旧房屋间的可靠连接问题，由于场地条件和上层功能要求等因素限制，接层新增柱与原有房屋柱间距为1.5米左右，新增柱间、新旧柱间在一层原楼板顶标高处用梁进行可靠拉结，避免外套框架形成柔弱底层。一层顶板标高设置拉梁后减小了外套框架底层柱的长细比，提高加层结构下部的抗侧刚度，增强房屋整体性，保证在地震作用下，新旧结构保持整体性，共同受力。
3 加固改造措施
3.1 楼板改造
由于原建筑二层屋顶为预制双T板，不能满足新增阶梯会议室使用功能的荷载要求，楼板加固改造或拆除都不是理想方案，经研究最佳方案为大会议室底板重置现浇混凝土梁板结构体系，梁下最低点处与原结构楼面预留50mm空隙，这样既能不拆除原有建筑屋面板，又能满足甲方要求，施工期间尽量保障原建筑的使用功能。新增柱距跨度为16.770m，梁高的增加会减小建筑使用的净高，所以决定三层地面新增横向主梁采用预应力梁，断面约为800*750，沿纵向设置非预应力次梁，断面为250*700；楼板厚120mm，标高随会议地面标高；同时解决了梁挠度和净高要求。为减轻柱下荷载，新增大会议室屋面采用轻钢网架结构。整体结构计算简图如图1.
3.2 新增梁与原有柱连接的节点处理方法
新增设梁与原有柱连接时需增设梁窝，为确保现有结构的安全、柱内凿梁窝时严禁使用铁锤，必须使用相应的机具进行切割，避免对现有结构产生过大震动，避免损伤原结构主筋。在新旧混凝土结合部位表面应进行凿毛，除去浮渣、尘土，冲洗干净，涂刷水灰比宜为0.4~0.45的水泥浆一层，并用比原有柱高一个标号的混凝土浇筑新增梁，梁内钢筋采用钻孔植筋法植入原有框架柱内。
3.3 基础改造
按上诉简化模型对增层加柱后的房屋进行结构整体计算后，首层梁及外侧柱的内力没有明显增大，各项控制指标均满足规范要求。由于新增柱与原有柱间距的限制，新增柱传到柱底内力需要的基底面积与原有柱下基础碰撞，因此需要对原有基础进行加固改造，基础部分可采用等效复合基础的方法，把基础交界结合部位表面进行凿毛，采取梁柱交界处同样处理方法，使新增柱下独立基础与原有建筑独立基础相结合，扩大基础底面积，新柱与原有柱共用一个基础后，整体受力，满足计算荷载要求。地基加固处理后既能满足新建筑物承载力的要求，又能使新旧房屋不出现明显的差异沉降。
4 结语
房屋增层设计在满足国家现行有关标准和规范的同时，增层结构计算简图必须与实际结构相符合，应有明确的计算简图、传力路线、必要的强度、良好的变形能力，合理的计算方法和可靠可行的构造措施，平面、立面力求简单对称，防止薄弱底层的产生，应对可能出现的薄弱环节采取加强措施，保证其抗震能力；选择加层结构形式时，必须进行多方案比较，进行综合经济分析，从中选优；另外加固改造工程对施工的专业队伍要求较高，因此施工质量必须保证，该工程已投入使用5年，建设方对使用效果非常满意。通过设计与施工表明旧框—外框协同工作加层结构是一种较好的接层改造方案，外套可按新建筑一样设计立面，不存在直接增层后新旧部分不协调、不好处理的问题，无增层加固痕迹，并且具有较好的抗震性、使用性和经济性。
参考文献：
[1]建筑抗震设计规范（GB50011-2010）.
[2]中国建筑工业出版社，《建筑加固改造工程案例分析》.
作者简介：陈明菊（1970-），女，黑龙江哈尔滨人，1992年毕业于哈尔滨建筑工程学院，高级工程师，一级注册结构师，从事结构设计方面的工作。
论文作者:陈明菊
论文发表刊物:《低碳地产》2016年13期
论文发表时间:2016/11/8
标签：结构论文; 建筑论文; 房屋论文; 楼板论文; 基础论文; 外套论文; 荷载论文; 《低碳地产》2016年13期论文;