金 暉（北京市住宅建筑設(shè)計研究院有限公司， 北京 100005）

在碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的大前提下，伴隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們更加關(guān)注居住品質(zhì)和生活質(zhì)量的提高，但是一些老舊房屋，由于建造年代久遠(yuǎn)，出現(xiàn)不同程度的損壞，威脅到居住人員的生命財產(chǎn)安全。做好老舊小區(qū)的房屋建筑結(jié)構(gòu)抗震加固工作，讓加固后的老舊小區(qū)煥發(fā)青春，兼顧居民安全和生活質(zhì)量的提升，使其更加富有朝氣和活力。因此，老舊小區(qū)的結(jié)構(gòu)抗震加固，在未來相當(dāng)長的時間內(nèi)，都具有很高的經(jīng)濟和社會價值。

1 研究目的

（1）對老舊小區(qū)的既有砌體結(jié)構(gòu)改造加固設(shè)計方法進(jìn)行研究。根據(jù)既有砌體建筑自身的特點，采取行之有效的加固方法。通過梳理老舊小區(qū)既有砌體建筑加固設(shè)計采取的策略、基本要求，分析各種加固設(shè)計方法的優(yōu)缺點及技術(shù)要點。

（2）通過搜集、整理現(xiàn)有關(guān)于老舊小區(qū)抗震加固改造的相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)，以確定適合本項目的加固設(shè)計方法；經(jīng)過調(diào)研、收集關(guān)于項目的第一手原始資料，作為結(jié)構(gòu)抗震加固計算的輸入條件；針對調(diào)研搜集的原始資料，綜合運用現(xiàn)有計算軟件及分析方法，對項目實體實施抗震性能評判，并以此確定不同的加固措施。依據(jù)現(xiàn)有示范項目的前提下，開展相關(guān)研究，為明確施工工藝和確保抗震性能奠定基礎(chǔ)，為具體工程加固實施提供重要參考。

2 加固改造設(shè)計方法研究

2.1 老舊小區(qū)房屋加固改造策略

老舊小區(qū)既有砌體加固改造策略，由于關(guān)系到民生問題，需要考慮多方面的因素。從前期改造方案的調(diào)研、制訂到改造方案的設(shè)計以及后期的施工實施，都比新建建筑要復(fù)雜得多，需要設(shè)計師仔細(xì)研究、收集并總結(jié)目前已有的加固方案，對其在技術(shù)、成本以及實施的難易程度進(jìn)行綜合比對，從而選出最優(yōu)的加固設(shè)計方案。避免既有砌體建筑加固改造的盲目性，有利于加快施工進(jìn)度、節(jié)約工程造價，讓居民住得順心，住得放心。

2.2 老舊小區(qū)房屋加固改造設(shè)計基本要素

由于老舊小區(qū)加固改造工程與其他加固改造項目有很大的不同，尤其是需要結(jié)合住宅居室的使用條件來選擇不同的加固設(shè)計方案。在諸多因素中，首要的還是關(guān)注經(jīng)濟成本，作為砌體結(jié)構(gòu)房屋，對于普通居民，改造的經(jīng)濟成本應(yīng)作為第一要素，是否帶戶作業(yè)，居民是否需要安置，都是改造設(shè)計中考慮的重要因素；其次是考慮居室的空間，加固的砌體結(jié)構(gòu)一般都是橫墻承重或者橫縱墻承重，一旦對室內(nèi)的墻體進(jìn)行加固，會占用住戶的室內(nèi)凈面積，影響住戶的居住與生活；最后要結(jié)合施工周期，所選的加固設(shè)計方案要盡量做到工藝簡單、施工方便，盡量減少因施工給居民帶來的不便。以上要素對設(shè)計人在技術(shù)層面提出了更高的要求。

2.3 老舊小區(qū)房屋加固改造設(shè)計研究

選擇老舊小區(qū)砌體結(jié)構(gòu)房屋的加固改造設(shè)計方案，需根據(jù)其加固方法特點及技術(shù)要點，按照表 1 進(jìn)行判定。

表 1 砌體結(jié)構(gòu)常用加固方法及特點

3 加固改造設(shè)計實踐案例

本工程為北京市朝陽區(qū)某街道 2020 年老舊小區(qū)綜合整治項目，總建筑面積 27 715.98 m2。整治內(nèi)容為 11 棟樓抗震節(jié)能綜合改造，以及小區(qū)公共區(qū)域環(huán)境整治提升。

3.1 典型樓棟外套式加固設(shè)計

3.1.1 案例基本情況介紹

經(jīng)查原設(shè)計圖紙，本樓于 1965 年設(shè)計，屬于當(dāng)時比較典型的老蘇式 5 層砌體房屋，建筑面積為 2 288 m2。房屋基本呈矩形，總軸線長度 49.2 m，共由15個開間組成；軸線寬度 9.6 m，共 3 個標(biāo)準(zhǔn)單元，每個單元的房屋寬度均為16.4 m。每個單元均為一梯三戶。房屋層高 3.0 m，總高15.6 m。

該結(jié)構(gòu)為橫墻承重體系，外墻采用 360 mm 厚的磚砌體，內(nèi)墻采用 240 mm 厚的磚砌體，樓（屋）面為 120 mm厚的預(yù)應(yīng)力圓孔板，局部（衛(wèi)生間和廚房）為現(xiàn)澆板。每層沿縱向和橫向墻體均設(shè)有封閉的圈梁，但未設(shè)構(gòu)造柱。墻體的基礎(chǔ)為條形基礎(chǔ)。墻體砌筑用的磚抗壓強度等級達(dá)到MU15 強度，砌筑砂漿強度的飽滿度＞80%，經(jīng)實地勘察，地基承載力達(dá)到 150 kPa。原建筑標(biāo)準(zhǔn)層的平面布置圖如圖1 所示。

圖 1 加固改造前標(biāo)準(zhǔn)層平面布置圖

3.1.2 加固改造方案

按照北京市地方標(biāo)準(zhǔn) DB 11-689-2016《建筑抗震加固技術(shù)規(guī)程》3.0.6 條第 2 款第 2 則規(guī)定，依據(jù)本項目實際情況，判定后續(xù)使用年限為 30 a，地震影響系數(shù)最大比值為 0.75，以此在非外套模型計算中，水平地震影響系數(shù)取值（0.16×0.75）0.12，輸入到砌體結(jié)構(gòu)鑒定與加固模型中。結(jié)合《垂楊柳西里小區(qū) 17 號樓結(jié)構(gòu)檢測鑒定報告》，實測砌體墻體強度如表 2 所示。

表 2 樓棟墻體砌筑材料實測強度

將現(xiàn)狀相關(guān)設(shè)計參數(shù)輸入到計算模型中，從改造前抗震驗算與受壓計算計算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，所有外側(cè)的縱墻及室內(nèi)樓梯間縱墻均存在抗震能力不足現(xiàn)象；但是所有橫墻在不加固的情況下，均符合抗震要求。

在外套式加固設(shè)計中，需根據(jù)構(gòu)造要求，在樓本體外縱墻再外貼 120 mm 厚混凝土板墻，同時，在兩端山墻及樓梯間外側(cè)做同樣處理，主要考慮此板墻做法在這些部位較易實現(xiàn)。將縱墻上外貼的混凝土板墻加固方案輸入計算模型中，通過對比加固前的計算模型，分析得出 17 號樓基本滿足 GBJ 11-1989《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》的要求，所以認(rèn)為外套式加固僅作為另一道抗震設(shè)防結(jié)構(gòu)，參考框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系中，框架部分承擔(dān)至少 20% 水平地震力的要求，所以外套部分承擔(dān)現(xiàn)有水平地震作用的 20%，以此計算外套式加固中混凝土墻的配筋計算和基礎(chǔ)計算。

下一步，在房屋南北兩側(cè)增加 1.5 m 寬的外套鋼筋混凝土墻體，東西兩側(cè)外貼 120 mm 后的混凝土板墻。圖 2 為綜合改造后的平面圖，涂黑部分示意為新加的鋼筋混凝土墻體，結(jié)構(gòu)形式從原有的砌體結(jié)構(gòu)變?yōu)榛炷?砌體混合結(jié)構(gòu)。新增的混凝土板墻及外擴部分的鋼筋混凝土外套與原砌體墻均采用可靠的錨固連接方式，以加強新結(jié)構(gòu)的整體性。

圖 2 加固改造（外套式加固）后標(biāo)準(zhǔn)層平面布置圖

結(jié)合本樓的實際情況, 總結(jié)外套式加固方法采用以下的計算原則。

（1）20% 的橫向水平地震力由新加的橫向混凝土剪力墻承擔(dān), 地震作用時新加的剪力墻屬于壓彎剪或拉彎剪構(gòu)件,按現(xiàn)行的 GB 50010-2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》進(jìn)行承載力計算并滿足規(guī)范要求。

（2）縱向水平地震力全部由縱向外貼的 120 mm 板墻承擔(dān), 計算方法詳見后文（3.2 典型樓棟板墻加固設(shè)計）。

（3）對原砌體的承重墻進(jìn)行抗壓承載力驗算。

（4）根據(jù)現(xiàn)行的北京市地方標(biāo)準(zhǔn) DB 11-689-2016 規(guī)定的構(gòu)造要求，為保證新結(jié)構(gòu)體系在地震時結(jié)構(gòu)的整體性,在每道橫墻的屋頂層設(shè)置鋼拉桿, 底部設(shè)置壓漿錨桿。

（5）在新增新加混凝土板墻及剪力墻下設(shè)置基礎(chǔ), 用以減少新舊結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)間的差異沉降。

3.1.3 外套式加固改造設(shè)計

（1）先計算非外套部分的總地震作用力，從計算模型中調(diào)取如下參數(shù)：

1 層多遇地震作用標(biāo)準(zhǔn)值：422.3 kN；

2 層多遇地震作用標(biāo)準(zhǔn)值：531.9 kN；

3 層多遇地震作用標(biāo)準(zhǔn)值：733.3 kN；

4 層多遇地震作用標(biāo)準(zhǔn)值：930.5 kN；

5 層多遇地震作用標(biāo)準(zhǔn)值：813.1 kN。

（2）單榀外套總地震剪力分配為該樓層地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的 1/15，（按 15 榀計算，并取其 20% 作為輸入的水平力，計算新增外套墻體配筋及基礎(chǔ)計算）：

1 層單榀外套承擔(dān)多遇地震作用標(biāo)準(zhǔn)值：5.6 kN；

2 層單榀外套承擔(dān)多遇地震作用標(biāo)準(zhǔn)值：7.2 kN；

3 層單榀外套承擔(dān)多遇地震作用標(biāo)準(zhǔn)值：9.8 kN；

4 層單榀外套承擔(dān)多遇地震作用標(biāo)準(zhǔn)值：12.4 kN；

5 層單榀外套承擔(dān)多遇地震作用標(biāo)準(zhǔn)值：11.0 kN。

外套剪力墻構(gòu)件,截面參數(shù):

T 形截面的寬度B為 800 mm；T 形截面的高度H為 1 500 mm；T 形翼緣的厚度T2為 200 mm；T 形腹板的厚度T1為 200 mm。

材料:混凝土強度 C30

計算輸入條件如圖 3 所示。

圖 3 加固改造（外套式加固）輸入條件

通過計算，將柱底彎矩標(biāo)準(zhǔn)值 258.5 kN·m、柱底剪力標(biāo)準(zhǔn)值 23 kN 作為基礎(chǔ)計算的依據(jù)。

進(jìn)行外套式加固后，根據(jù)計算理論，原砌體結(jié)構(gòu)承擔(dān)的地震作用減少了, 但根據(jù)經(jīng)驗，原砌體結(jié)構(gòu)至少應(yīng)承擔(dān) 40%的地震作用力，才能保證原結(jié)構(gòu)實現(xiàn)大震不倒的要求, 所以可以通過控制結(jié)構(gòu)的彈性層間位移不超過原砌體結(jié)構(gòu)的初始開裂位移, 來實現(xiàn)大震不倒的設(shè)防要求。對于本工程, 外套鋼筋混凝土墻體在小震作用下的最大層間位移為 1/1579，遠(yuǎn)小于砌體結(jié)構(gòu)的初始開裂位移。

3.2 典型樓棟板墻加固設(shè)計

3.2.1 工程概況

本工程設(shè)計完成于 1965 年。為砌體結(jié)構(gòu)房屋，該樓建筑面積為 1 573.3 m2，總長度為 35.2 m，總寬度為 11.1 m，建筑檐口高度為 15.6 m。地上 5 層，層高為 3.0 m。本項目為外廊式住宅單元，每層為一梯 6 戶，5 個標(biāo)準(zhǔn)開間。

外墻厚度為 370 mm，內(nèi)墻厚為 240 mm，砌體材料為燒結(jié)普通磚，混合砂漿砌筑，基礎(chǔ)形式為墻下條形基礎(chǔ)，樓屋蓋為預(yù)制混凝土空心板。

3.2.2 鑒定加固

根據(jù)《垂楊柳西里小區(qū) 16 號樓結(jié)構(gòu)檢測鑒定報告》，按照 A 類建筑鑒定方法對主體結(jié)構(gòu)抗震和安全性鑒定結(jié)果如表3所示。

表 3 樓棟墻體砌筑材料實測強度

3.2.3 加固設(shè)計

（1）輸入 PKPM 模型。本工程加固設(shè)計后續(xù)使用年限為30年，按照北京市 DB 11-689-2016 第 3.0.6 條第 2 款第2 則規(guī)定，地震影響系數(shù)最大比值為 0.75，以此在非外套模型計算中，水平地震影響系數(shù)取（0.16×0.75）0.12。將參數(shù)輸入到砌體結(jié)構(gòu)鑒定與加固模型中。

計算結(jié)果分析：南北兩道砌體縱向外墻中，約有80%的墻體抗震計算承載力不足；同時，砌體結(jié)構(gòu)中幾道橫墻受壓計算承載力不足，約占到整個墻體的15%，故加固方案需要著重彌補抗震方面及構(gòu)造方面的不足。為滿足《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定的安全性，結(jié)合本項目的特殊要求，最終選用鋼筋混凝土板墻進(jìn)行墻體加固，并增設(shè)構(gòu)造柱及圈梁，滿足結(jié)構(gòu)抗震措施及整體性要求。

（2）墻體加固做法。墻體加固優(yōu)先采用鋼筋混凝土板墻單面加固，為保證不破壞原磚砌體墻，錨筋孔使用結(jié)構(gòu)膠封堵。在室外地面，板墻鋼筋延伸入原結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，要求采取措施，做好鋼筋在基礎(chǔ)處防腐防銹蝕；同時為提高保溫性能要求，將保溫層延續(xù)到冰凍線以下收頭。

（3）增設(shè)圈梁及構(gòu)造柱。依據(jù)計算結(jié)果，采用構(gòu)造柱及圈梁進(jìn)行構(gòu)造性加固。外墻加固選擇增設(shè)現(xiàn)澆鋼筋混凝土圈梁，內(nèi)墻設(shè)置鋼拉桿。鋼拉桿采用角鋼 L100 mm×8 mm，替代鋼筋，（主要考慮業(yè)主后期裝修方便，角鋼可襯到墻頂角部）。鋼拉桿兩端通過鋼板錨固在圈梁內(nèi)，與新增設(shè)的鋼筋混凝土外墻圈梁形成整體。

（4）加固后結(jié)果分析。采用鋼筋混凝土板墻加固方法后，新增加的鋼筋網(wǎng)使得墻體的柔性增大，組合墻體受剪承載力提高，抗震性能得到明顯提升。同時，混凝土的板墻增大了墻體受壓截面面積，使得墻體受壓承載力提高，滿足了設(shè)計要求。

4 結(jié) 語

雖然在老舊小區(qū)結(jié)構(gòu)抗震加固領(lǐng)域內(nèi)，做了一些實踐工作，取得了一些研究成果，對既有砌體結(jié)構(gòu)加固方案進(jìn)行了初步比選，并運用結(jié)構(gòu)計算模型驗證了所選方案的可行性，但是工程實用性不足，不代表普遍應(yīng)用性，還有很多問題有待于進(jìn)一步研究解決，需要對所選加固設(shè)計方案進(jìn)行更加細(xì)致地優(yōu)化提升，使其設(shè)計方案和計算理論成為一套系統(tǒng)，加以推廣。只有通過不斷學(xué)習(xí)抗震加固理論，有效地利用現(xiàn)有技術(shù)手段，在既有砌體建筑結(jié)構(gòu)抗震加固改造技術(shù)中不斷創(chuàng)新，才能取得新的成績，為既有砌體結(jié)構(gòu)的抗震加固改造提供更好的服務(wù)。