房屋结构改造加固 摘要：本文基于实际工程，针对结构弹性层间位移角不满足规范要求情况浅谈老框架结构在整体抗震加固中采用的加固方法。通过本文分析结论，希望给类似改造工程项目结构加固设计提供参考。
关键词：老框架结构、弹性层间位移角、加固方法
1 引言
本文案例工程位于上海市邯郸路与松花江路交界处，房屋大楼为一幢装配式钢筋混凝土框架结构房屋，建于1988年。房屋建筑平面呈矩形，东西向7跨4.80m，总长34.0m、南北向2跨7.5m，总长15.0m，共五层，总建筑面积约为2600m2。房屋底层层高6.0m，二~五层层高均为3.9m，室内外高差为150mm，总建筑高度为21.75m。房屋底层主要为实验室，二~五层主要为办公室。
2012年初，业主单位拟对大楼进行装修改造，对局部屋面进行抬高，改造后房屋局部建筑结构布置发生变化，特别是五楼原办公室改造成大空间设备状态评价中心，由于建筑结构均有变化，故对其进行整体抗震加固。通过加固设计初期对房屋整体抗震验算发现，房屋结构在抗震方面弹性层间位移角不满足现行国家抗震规范《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)（
关键词：老框架结构、弹性层间位移角、加固方法
1 引言
本文案例工程位于上海市邯郸路与松花江路交界处，房屋大楼为一幢装配式钢筋混凝土框架结构房屋，建于1988年。房屋建筑平面呈矩形，东西向7跨4.80m，总长34.0m、南北向2跨7.5m，总长15.0m，共五层，总建筑面积约为2600m2。房屋底层层高6.0m，二~五层层高均为3.9m，室内外高差为150mm，总建筑高度为21.75m。房屋底层主要为实验室，二~五层主要为办公室。
2012年初，业主单位拟对大楼进行装修改造，对局部屋面进行抬高，改造后房屋局部建筑结构布置发生变化，特别是五楼原办公室改造成大空间设备状态评价中心，由于建筑结构均有变化，故对其进行整体抗震加固。通过加固设计初期对房屋整体抗震验算发现，房屋结构在抗震方面弹性层间位移角不满足现行国家抗震规范《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)（
以下简称为“抗震规范”）要求。针对该问题，通过对各种加固方案的计算及比较，分析了各加固方案的可行性及经济性，最终为本项目结构抗震加固设计确定了经济可行的加固方法，从而确保了项目的顺利完成。
2 框架结构弹性层间位移角不足加固方法
抗震规范采用层间位移角限值的规定，对框架结构在抗震受力方面提供安全保障。主要满足以下三个要求：(1)框架柱竖向承载力结构构件产生受力裂缝或损坏的程度；(2)保护非结构构件(包括围护墙、隔墙、幕墙及内外装修等)，避免因结构整体变形过大而损坏；(3)保证结构的整体稳定性。从结构安全角度出发，其中第一个要求是基本的，现行抗震规范通过规定结构的层间位移角限值来保证建筑结构在这方面的安全性是有重大意义的。规范采用二阶段方法来实现三水准要求时，要求建筑主体结构在多遇地震作用下不受损坏，非结构构件无过重破坏，保证建筑的正常使用功能。
对于本工程房屋结构，对原房屋在现行抗震规范PKPM计算后，房屋结构在地震力作用下，X向层间位移角最大值为1/ 317，Y向层间位移角最大值为1/ 309。由此可见，本工程房屋结构的层间位移角均超出抗震规范对同类结构的要求限值（1/550）。针对此情况，加固设计前期分别通过加大原框架结构柱截面（简称柱加大截面法）以及新增剪力墙方法来提高
2 框架结构弹性层间位移角不足加固方法
抗震规范采用层间位移角限值的规定，对框架结构在抗震受力方面提供安全保障。主要满足以下三个要求：(1)框架柱竖向承载力结构构件产生受力裂缝或损坏的程度；(2)保护非结构构件(包括围护墙、隔墙、幕墙及内外装修等)，避免因结构整体变形过大而损坏；(3)保证结构的整体稳定性。从结构安全角度出发，其中第一个要求是基本的，现行抗震规范通过规定结构的层间位移角限值来保证建筑结构在这方面的安全性是有重大意义的。规范采用二阶段方法来实现三水准要求时，要求建筑主体结构在多遇地震作用下不受损坏，非结构构件无过重破坏，保证建筑的正常使用功能。
对于本工程房屋结构，对原房屋在现行抗震规范PKPM计算后，房屋结构在地震力作用下，X向层间位移角最大值为1/ 317，Y向层间位移角最大值为1/ 309。由此可见，本工程房屋结构的层间位移角均超出抗震规范对同类结构的要求限值（1/550）。针对此情况，加固设计前期分别通过加大原框架结构柱截面（简称柱加大截面法）以及新增剪力墙方法来提高
房屋结构楼层的抗侧刚度。
2.1 柱加大截面法
柱加大截面加固法，即通过增加原构件的受力钢筋，同时在外侧重新浇筑混凝土以增大构件的截面尺寸，来达到提高承载力及框架柱抗侧刚度的目的。其最大优点是该方法主要材料是混凝土（或灌浆料）和钢筋，材料与房屋原始材料相同，故适合变电站此类带电场区的施工作业；此外，柱采用加大截面加固法可以同时增大构件的刚度、承载力和变形能力；其缺点是湿作业工作量大、养护期长、占用建筑使用空间较多、需扩大框架柱根部基础等。
2.2 新增剪力墙法
新增剪力墙加固法，即通过新增钢筋混凝土墙体来改变原有房屋的结构体系，使房屋的抗侧力构件即框架柱改变为以剪力墙为主要承担者的一种加固方法。其最大优点同样是主要材料是混凝土和钢筋，材料与房屋原始材料相同，故适合变电站此类带电场区的施工作业；与框架柱加大截面相比，剪力墙的平面布置完全可在建筑有隔墙的位置或原窗间墙的位置灵活布置，不会影响到建筑的使用功能，并且新增剪力墙无需增设基础，可直接利用原房屋的条形基础。
3 各种加固方法比较
2.1 柱加大截面法
柱加大截面加固法，即通过增加原构件的受力钢筋，同时在外侧重新浇筑混凝土以增大构件的截面尺寸，来达到提高承载力及框架柱抗侧刚度的目的。其最大优点是该方法主要材料是混凝土（或灌浆料）和钢筋，材料与房屋原始材料相同，故适合变电站此类带电场区的施工作业；此外，柱采用加大截面加固法可以同时增大构件的刚度、承载力和变形能力；其缺点是湿作业工作量大、养护期长、占用建筑使用空间较多、需扩大框架柱根部基础等。
2.2 新增剪力墙法
新增剪力墙加固法，即通过新增钢筋混凝土墙体来改变原有房屋的结构体系，使房屋的抗侧力构件即框架柱改变为以剪力墙为主要承担者的一种加固方法。其最大优点同样是主要材料是混凝土和钢筋，材料与房屋原始材料相同，故适合变电站此类带电场区的施工作业；与框架柱加大截面相比，剪力墙的平面布置完全可在建筑有隔墙的位置或原窗间墙的位置灵活布置，不会影响到建筑的使用功能，并且新增剪力墙无需增设基础，可直接利用原房屋的条形基础。
3 各种加固方法比较
3.1 柱加大截面法计算结果
本工程原框架柱截面尺寸分为500x400mm和500x500mm两种截面形式。通过多次算，原框架柱截面加大至800x700mm和700x700mm，层间位移角：X向最大值为1/ 560，Y向最大值为1/ 607。
通过计算分析，原框架柱采用加大截面后其抗震性能指标均能满足现行国家规范要求。
由于柱子加大截面后对建筑使用功能方面等造成一定的影响，比如柱子截面加大后柱角突出墙面，故导致外立面改变；此外，室内设备摆放以及楼梯间疏散宽度等均有影响。由此可见，采用框架柱加大截面加固方法虽然在抗震性能方面均满足现行规范要求，但是在使用功能方面无法满足建筑要求。故，本项目对另外一种加固方法进行试算研究分析，即新增剪力墙法。
3.2 新增剪力墙法计算结果
本工程原房屋结构为框架结构，抗震规范对框架结构的层间位移角要求限值为1/550。当本工程采用新增剪力墙加固方法后，房屋结构体系发生改变。加固后房屋结构体系由纯框架结构体系改为框架-剪力墙结构体系。对于框架-剪力墙结构体系的房屋，抗震规范对其层间位移角要求限值为1/800。
本工程原框架柱截面尺寸分为500x400mm和500x500mm两种截面形式。通过多次算，原框架柱截面加大至800x700mm和700x700mm，层间位移角：X向最大值为1/ 560，Y向最大值为1/ 607。
通过计算分析，原框架柱采用加大截面后其抗震性能指标均能满足现行国家规范要求。
由于柱子加大截面后对建筑使用功能方面等造成一定的影响，比如柱子截面加大后柱角突出墙面，故导致外立面改变；此外，室内设备摆放以及楼梯间疏散宽度等均有影响。由此可见，采用框架柱加大截面加固方法虽然在抗震性能方面均满足现行规范要求，但是在使用功能方面无法满足建筑要求。故，本项目对另外一种加固方法进行试算研究分析，即新增剪力墙法。
3.2 新增剪力墙法计算结果
本工程原房屋结构为框架结构，抗震规范对框架结构的层间位移角要求限值为1/550。当本工程采用新增剪力墙加固方法后，房屋结构体系发生改变。加固后房屋结构体系由纯框架结构体系改为框架-剪力墙结构体系。对于框架-剪力墙结构体系的房屋，抗震规范对其层间位移角要求限值为1/800。
根据改造后建筑平面布置方案，利用建筑布置隔墙、窗间墙等位置进行布置新增剪力墙。新增剪力墙厚均为250mm。计算结果层间位移角：X向最大值为1/ 882，Y向最大值为1/ 912。
通过计算分析，采用新增剪力墙加固后原房屋结构的抗震性能均能满足规范要求，并且新增剪力墙的布置完全满足建筑使用功能要求。此外，由于原大楼结构基础形式是柱下条形基础，故新增剪力墙根部可直接落在原条形基础之上，无需新增基础。故，该加固方法缩短了本项目总施工工期，减少了工程的造价。
4 结论
通过本文分析，对老框架结构层间位移角不满足规范要求的加固，可以选择框架柱加大截面或新增剪力墙等方法。结合本项目电力改造项目的自身特点，由于框架柱加大截面加固法虽然在抗震性能方面均能满足规范要求，但是基于该方法影响到建筑使用功能要求，需扩大框架柱基础等，故对老框架结构层间位移角不满足规范要求的房屋，选择新增剪力墙加固法比较经济合理。
通过计算分析，采用新增剪力墙加固后原房屋结构的抗震性能均能满足规范要求，并且新增剪力墙的布置完全满足建筑使用功能要求。此外，由于原大楼结构基础形式是柱下条形基础，故新增剪力墙根部可直接落在原条形基础之上，无需新增基础。故，该加固方法缩短了本项目总施工工期，减少了工程的造价。
4 结论
通过本文分析，对老框架结构层间位移角不满足规范要求的加固，可以选择框架柱加大截面或新增剪力墙等方法。结合本项目电力改造项目的自身特点，由于框架柱加大截面加固法虽然在抗震性能方面均能满足规范要求，但是基于该方法影响到建筑使用功能要求，需扩大框架柱基础等，故对老框架结构层间位移角不满足规范要求的房屋，选择新增剪力墙加固法比较经济合理。
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