加层改造（精选9篇）
加层改造 篇1
随着经济的发展，许多建筑物受当时的经济条件和技术条件的制约，在建筑功能的完善和建筑结构的形式等方面已不能满足时代要求，如果采用加层的方法改造原有房屋中结构质量较好的部分，就能达到经济、适用、快捷的建房目的。
加层设计前后涉及到多方面的工作：原有建筑鉴定;加层设计方案的选定;设计图纸的完成等。建筑物加层设计与新建设计不同，许多方面要受到原有建筑物的制约，总的来讲，加层设计要注意以下几个问题：
一、设计原则
1. 加层设计之前，设计人应对原有结构作充分的现场调查，搜集图纸等有关资料;与建筑设计专业人员密切协调，做到结构选型不妨碍建筑功能、尽可能减少重量、尽量发挥原结构而少用有疑问的构件。
2. 加层结构类型的选定应仔细，否则新旧结构不协调，会造成整体性不够或抗震能力不足。
3. 对构件的设计要充分考虑到施工方便和施工可能产生的缺陷;还要加强对每个施工工序的验收，这样既能发现设计之前未能考虑到的问题，又能起到施工监督作用。
加层改造加固设计应该由具有资质的设计单位承担。改造加固设计时，应根据鉴定的评估报告对结构目前实际的安全性、适用性、耐久性作分析，在此基础上确定能否进行改造加固及采用何种设计方案。
已有结构上的荷载标准值取值，除应符合荷载规(GB50009—2001)的规定外，还应遵守《混凝土结构加固设计规范》(GB50367—2006)有关规定。地震区结构的加固在设计、计算和构造上应执行抗震规范(GB50011—2010)和抗震加固规范(JGJ116—2009)的规定和要求。
结构设计要依据现行国家和行业标准《混凝土结构加固设计规范》(GB50367—2006)、《建筑抗震加固技术规程》(JGJ116—2009)、《钢结构加固技术规程》(CECS77—96)、《混凝土结构后锚固技术规程》(JGJ145—2004)、《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》(CECS146—2003)等及现行有关的规范、规程进行。
二、应明确的几个问题
1. 改、扩建及加固工程的设计使用年限（从改、扩建及加固后起算）的确定：
结构的加固改造设计应在可靠性鉴定结论的基础上进行。《混凝土结构加固设计规范》(GB50367—2006)第3.1.7条规定：改建、扩建及加固工程的设计使用年限由业主与设计院共同商定，一般情况下按30年考虑(从改、扩建及加固后起算)。到期后若重新进行的可靠性鉴定认为该结构工作正常，仍可继续延长其使用年限。
对于烂尾楼的情况，首先要进行鉴定，根据鉴定的结论并采取相应的措施，确保工程满足相关现行规范、标准、规程的要求。设计使用年限可根据建设过程的时间跨度，鉴定结果等综合因素，与业主商量重新确定，设计使用年限从竣工验收后起算。
2. 改、扩建及加固工程安全等级的确定：
《混凝土结构加固设计规范》GB50367—2006第3.1.2条：加固后混凝土结构的安全等级，应根据结构破坏后果的严重性、结构的重要性和加固设计使用年限，由委托方与设计方按实际情况共同商定。
3. 改、扩建及加固工程的抗震设计问题：
由于原结构的承载力不够而需要加固的工程量不是太大，业主往往能够接受，但由于原结构建造时间往往是在当前使用的新规范执行之前，其构造要求几乎均不能满足新规范的要求，尤其是抗震的构造要求难以满足，造成工程加固工程量较大，业主往往难以接受。
对加层房屋进行抗震鉴定和抗震设计具体应采用什么规范和标准，建议应按加层后的总高度和总层数，按选用的加层结构形式，按建筑抗震设计规范的要求对旧房部分进行抗震鉴定和抗震加固设计，对新房部分进行抗震设计，对加层后和房屋整体进行抗震鉴定和抗震设计(包括新旧两部分的整体连接设计，明确加层后的房屋属于什么结构形式)，在地震区不得采用不明确的结构体系和加层结构形式，因无明确的结构体系就无明确的计算简图、计算方法和构造措施，不能保证加层房屋的安全可靠。
三、前期资料的收集
建筑物加层应得到当地规划、消防、抗震等管理部门的批准。这些部门都会对设计提出相应的要求。例如：加层之后，总的建筑面积超过一万平方米，消防等级提高了，消防部门就要求楼梯间要增设防火门，并形成独立的空间;楼梯要通到屋面;另外要增设消防水箱，甚至原有建筑物的供水和消防体系要做全面的改动。再如，有一些建筑物加层之后，其高度或层数超过了抗震规范规定的标准，则加层项目的立项就应重新论证。建设单位在得到这些部门批准后，才可以减少设计和施工中的不断改动和不必要损失。
设计前，建设单位应将原建筑物的图纸、地质勘察报告等资料提供给设计院。
四、上部结构及地基基础承载力验算
任何一个加层改建工程，在对加层的建筑物进行全面、深入、细致的检查和复算，评估出结构安全性能后，必须考虑加层改造技术上的可行性和可靠性，针对原建筑的特点，选择合理可靠的加层方案和加层层数。
1. 原建筑物上部结构的框架(梁、柱)或承重墙、楼梯等的承载力复算、挖潜及原屋面板改成楼面板之后，在楼面荷载下承载力验算等;
2. 原建筑物地基承载力及基础抗冲切验算。
应注意的是，在验算现有构件的承载力时应按《建筑结构荷载规范》(GB50009—2001)第4.1.2条的规定考虑楼面活荷载的折减;钢筋混凝土现浇楼板的梁，核算其受弯承载力时，跨中应考虑现浇板有效受压翼缘宽度，跨中和梁端受压区钢筋的双筋梁作用;框架梁核算端部承载力和裂缝时的弯矩值应取柱边值而不应取柱中值;各构件的混凝土强度应按检测的实测值换算为设计值取用。因此，采用计算软件作整体内力分析后，必须对构件作局部验算，不能像新工程设计那样直接把软件整体计算结果拿来应用。
五、加固处理
若发现承载力不足，应采取相应加固措施：如地基承载力不足，对条形基础，可加大基础截面;对桩基础，可适当补桩;基础抗冲切不足，可增加基础高度;承重墙承载力不足，可用单面或双面钢筋网加固;框架承载力不足，可采用增大截面的方法，或采用粘钢(对梁)、碳纤维加固(对柱);屋面板加固可采用粘钢的方法。所有加固工作应在加层施工前进行。
应注意的是，承重构件的植筋锚固深度按照《混凝土结构加固设计规范》第12.2.3式及第12.2.5式计算，往往锚固较深，而原结构用于植筋的钢筋砼构件厚度往往不能满足植筋要求，根据《混凝土结构加固设计规范》(GB50367—2006)第12.2.6条：承重结构植筋的锚固深度必须经设计计算确定，严禁按短期拉拔试验值或厂商技术手册的推荐值采用。设计计算时，可根据植筋部位、受力特点、结构重要性、抗震等级等综合确定。
另外，由于框架节点处柱周围有框架梁，用于加固的钢筋或钢材仅能在四角穿过楼板，其余被梁截断的钢筋难以达到受力钢筋的锚固要求(否则对原框架梁的损害较大)，仅靠四角直通钢筋难达到承载力及抗震所需量的要求。尤其是节点处水平箍筋或角钢之间的连接缀板也被梁所阻隔，难以满足抗震规范的要求。框架柱的加固，根据需要，可采用加大截面法或外粘型钢法，新增的柱纵筋或型钢下端锚入基础，中间穿过楼板，上端与加固层上一层或屋面层构件可靠锚固。节点区的箍筋加固，一般可采用绕节点加焊扁钢或钢筋的办法，增加对节点区砼的约束。
改造加固的检测鉴定及施工图设计文件，也需要同新建筑工程施工图文件一样，送施工图文件审查部门进行审查。设计文件(包括检测报告、鉴定评估资料、设计图纸和计算书、相关审批文件等)应同新建设计工程一样归档保存。改造加固设计所采用的材料应尽可能轻质，以利于减小地震反应和避免对原有基础进行加固处理;屋顶加层宜采用钢结构和轻质维护结构;原有下部结构减少或不进行加固，以减少对下部房屋使用的影响;对原有构件进行加固处理应采用传力明确、构造简单、不损伤或少损伤原有构件;应遵循加固工程施工操作简单、方便就能保证质量这一道理。
六、结语
随着建筑技术的进步，使得房屋的加层改造有了最广泛的可能性。但是，加层不宜在低矮破旧、无保留价值的建筑上进行;另外加层设计还应注意新增部分与原建筑物立面做法上的一致，使之浑然一体。内部使用功能和外观效果俱佳的加层设计，才是成功的加层设计。
加层工程由于建筑对象各不相同，建筑单位的要求也不一样，在设计中需采用非常灵活的结构思路，不断创造出新型的结构体系和施工方法，促进加层技术的发展，把加层工程做得既安全又实用。
加层改造 篇2
尊敬的局领导：
xx小学是一所全日制小学，地处县城xxx，现有学生460余人，教职工30余人，招生服务区为三公里、xx村、xx移民区、工业园区，生源充足。学校现有一栋学生食堂，只有一层，面积约为196平方米（含加工间、教师食堂），仅能容纳200余人。而根据县局今年下期后勤工作部署，学生营养餐将实行食堂集体供餐，预测我校下期供餐人数为580人，就餐压力大，现有食堂状况无法满足学生就餐。
为了确保安全、有序、舒适的就餐环境，需将现有食堂加建一层，约需资金20万元左右。恳请局领导同意并解决所需资金。
当否，恳请批示！
某公共建筑加层改造设计探析 篇3
1995年交付使用的驻马店某酒店B楼，原先设计两层，是框架结构的餐饮用房。其满足以下要求：2356.99m2，的总建筑面积；层高是4.5m;1.8m的双面外廊宽度；8.1m×8.1m规格的柱网尺寸，外墙使用250厚的加气混凝土砌块，相对较大的内部空间，基础使用柱下独立基础。2009年4月，因为公司扩大规模，决定将本楼改造成三层，前两层都改造为客房，内墙都使用GRC板隔墙，新增层也为客房。450mm×450mm是原柱截面，结构平面布置图如图1。
1 原混凝土框架检测和鉴定
为了使结构更加贴近结构的实际现有情况，改建设计前,业主委托有关建筑质量监督检测单位对主体结构进行全面检测。抽样检测结果表明：梁柱混凝土强度符合原设计强度C25，梁柱钢筋配置符合原设计要求。现状结构外观情况：结构情况良好，混凝土构件无疏松，钢筋无外露，梁柱连接处无明显裂缝。
2 结构复核计算和分析
加层部分材料特性：框架部分混凝土C25，外墙采用250mm加气混凝土砌块墙体，内墙均采用GRC轻质隔墙。
对于加层后的结构整体计算，工程使用的是中国建筑科学研究院编制的satwet三维空间结构计算软件，以便于了解加层加荷后的结构整体状况。注意：在计算的过程中，我们要依据要求把混凝土与钢筋的强度乘以0.9的折减系数。计算结构时，应想到的基础的设计有：设计使用期限是五十年，依据《建筑抗震设计规范》GB50011-2001,六度是抗震设防烈度，丙类是抗震设防类别，二级是机构的安全等级，设计地震分组是第一组，Ⅱ类是建筑场地类别，场地特征周期Tg=0.35s，设计基本加速度是0.05g，结果表明以下三点都没有满足设计的要求：(1)层间位移比；(2)自震周期；(3)底层柱轴压比。我们应对加层加荷后的建筑物的整体承载能力进行解决。
经过计算，原先建筑的地基基础和承载能力都可以达到要求，同时梁板也可以达到设计要求，然而，对于已经建成的建筑物来说，其部分框架柱以及梁柱节点的承载力都不能达到要求，同时轴压比大于规范的规定，因此应进行加固。
3 加固设计
汶川地震发生之后，专家通过调查并且认真分析，得出框架结构的损坏主要有以下几点情况：(1)填充墙剪切损坏；(2)柱端弯剪损坏；(3)角柱双向受弯和受剪以及扭转损坏。因此，对本房屋加固设计的主要目标是一方面要使房屋的承载能力提高，另一方面，要增强抗震的设计，降低自重，并且达到加固要求后使用期限是五十年。
3.1 框架柱加固（见图2）。
因为加层之后，荷载增大，柱截面相对会很小，导致底层柱轴压比都大于规定（除1、2轴线外）。同时原1、2层柱承载力都不够充足，因此对于加固原底层柱要使用双面加大截面法：每边加大150mm。不仅增强看承载能力而且达到轴压比的要求。强度是C30的外包混凝土，依据增加截面后再次计算配置纵筋，其上端放在框架梁中，下端使用结构胶放在基础中。新浇要设置同原柱箍筋焊接的U形箍，同时注意新浇混凝土要贴紧梁底，禁止出现间隙。见图2(a）。二层柱加固使用干式外包钢法。Q235B的角钢（其穿过楼板碰到钢筋时要焊接在一块），L75×6的四角角钢，300mm的连接缀板间距。见图2(b）。认真规范焊接质量，采用乳胶水填实钢材和混凝土构件之间部位。
3.2 梁柱节点加固（见图3）。
为了更好的满足框架结构的“强锚固强节点”设计要点，本次加固重点处理节点设计，更加注重抗震概念设计，所以对原框架节点进行加固。在节点区采用横穿钢筋，四角加焊角钢的方法加固。横穿钢筋与角钢焊接前应用夹具加紧，角钢穿过楼板遇到钢筋时应焊接在一起。
3.3 增加房屋刚度，增强耗能设计：
同时为了增加房屋刚度，将1、2轴线上柱做相同加固措施。并于2～3轴交B～C轴外弧中点上增设柱，截面及配筋同1(2）轴线上柱，柱下设置同2交D轴线上基础。
经过以上加固处理后再应用satwet三维空间结构计算软件对结构整体计算，均满足规范要求。同时增强了在结构构造方面的连接措施，而且提高了结构的抗震性能，使得结构体系具备坚固、耐久的特征。当前，本房屋已经进行了加固，而且在使用状况方面有很好的效果。
4 结论
该工程经过以上加固，经计算各构件都能达到现行规范要求的承载力及正常使用标准，且增加了房屋体量，并以旧貌换新颜，改善了临街建筑的效果。增加一层与重建相比能节约五十余万元人民币，并加层期间基本不影响营业，取得了显著的社会效益和经济效益。
摘要：通过对某公共建筑改造过程工程实例,阐述框架结构房屋改变使用功能后又加层改造的,采用多种加固措施对房屋进行加固改造,改善施工条件,加强房屋抗震性能,不仅满足了结构的受力要求,而且避免了加固期间停止营业带来的经济损失,节约了加固的费用,取得了良好的技术和经济效益。
关键词：改造,抗震设计,设计,节点区
参考文献
[1]周庆荣,季美玲.某在建框架结构房屋的改造设计与施工[J].混凝土与水泥制品,2006,63(3).
[2]GB50367-2006混凝土结构加固与修复[S].
[3]贾双寅,邱洪兴,王恒华.结构可靠性鉴定与加固技术[M].北京:中国水利水电出版社,2002.
加层申请 篇4
尊敬的：
裕康住宅小区二期工程2#、3#楼原设计为6层框架结构，无电梯。考虑到走楼梯上下楼费力、物品搬运不便、小区地处非市中心地段等因素会造成高层销售困难，所以为提高小区业主生活舒适度，避免销售难题，特申请加盖2层改为8层电梯房，结构改为剪力墙结构。这样既提高了结构的安全等级，也增加了房屋的销售推广点；同时，减少了红机砖的使用量，响应国家号召。更改的后房屋结构，更符合当下时代趋势和百姓选择意向，更能为以后入住的业主提供便捷、舒适的生活环境。
望批准
加层改造 篇5
1.1 应根据业主的加层目标要求,进行综合技术经济分析及可行性论证;
并按照现行国家标准、规范进行加层鉴定,经综合评定适宜加层者。方可进行加层。
1.2 房屋加层后应满足日照、防火、抗震等有关现行国家标准法规、规范的要求。
1.3 经加层鉴定,原房屋需要加固(包括抗震加固)时,应结合房屋加固、改造进行加层设计,施工时应按先加固后加层的顺序进行。
1.4 加层设计前,应对既有房屋的施工图、竣工图、地质资料、设
计变更、材料代用、施工记录、验收文件等资料进行技术鉴定,并对现场实地调查,掌握既有工程的第一手资料。
1.5 对拟加层房屋的地基承载力,可根据地基土类别、使用年限按压密后的地基确定;
也可在原有地质勘察资料的基础上,参照房屋使用年限、依据成熟的工程经验确定。
1.6 对原墙体及混凝土构件的承载力验算时,应根据砖材、砂浆、混凝土及钢材的实测强度等级进行验算。
2 砖混结构房屋加层改造的实例分析
2.1 基本情况。
某一内廊式砖混结构建筑,砖墙承重,预应力空心楼板楼层盖,立面高度上为二、四层组合体,平面上用沉降缝相隔,座北朝南一字排开,二层与四层相邻基础用悬挑梁形式处理,悬挑粱承纵墙,挑梁上承墙梁承横墙。开间3m,共五间,每间有一个1.5m宽的窗户,进深从南向北6.3m+2.4m+4.5m,层高3.6m,正立面贴外墙瓷砖,背立面水泥砂浆抹面涂涂料。始建于1992年,落成于1993年,使用至1998年春天。业主为满足新的使用要求,欲在该建筑的二层部分再增加两层,一方面改变办公拥挤现状,一方面改善建筑物整体偏心失重的立面造型。但加层施工不能影响目前的正常办公,不能破坏离建筑物南北纵墙仅2m的绿化树木,外立面与对应的四层一致,不留加层痕迹。
2.2 加层可行性研究。
查阅建筑物的竣工图纸及竣工资料,熟悉建筑内部结构和构造,了解其内部管线走向,沉降缝处与相邻四层基础平面、立体关系,初步确定加层的可行性。
经现场勘察,建筑物无明显沉降及破损开裂,地基在近10年的压缩中,承载力有所提高,再采取些有效措施能满足加层需要。但如何处理好沉降缝处地基与基础的加固,是本次加层能否成功的关键。建筑物的现状奠定了加层的可行性。
2.3 加层的施工。
2.3.1 地基的加固。
地基加固方法的优选:现场只允许进行单面地基加固,还要穿过1m厚的灰土层,最佳的方法是采用压力注浆即压力注水泥、水玻璃浆。该方法使用的机具小,灵活、无噪音,挖去基础上的回填土,可以直接放在基础上操作,双排孔的内排可打斜孔,直接加固基础中心,走廊内卸土后机械可以进到基础上,沿走廊墙内侧各布双排孔。内排孔向基础侧倾斜,孔深基底下6m,孔距1m,双排布孔,内外排梅花形布置,加固范围到灰土外扩边,水泥采用32.5号矿渣硅酸盐水泥,要求新鲜无结块,水玻璃波美度25~35mm,掺量按水泥重量的5%左右调整。压力注浆施工时,按图纸布置孔位,依照先外围后走廊、先内排后外排的顺序,逐个打孔编号,封孔位置在地基处理的灰土下平处,封堵严密。配制水泥浆要计量准确,搅拌均匀,注浆时大间隔跳灌,严格控制灌注速度,不得产生地基附加沉降。
2.3.2 基础的改造。
(1)基础卸荷。在四层地下室走廊墙上开洞,进入一层走廊向外卸土,边卸土边支护一层走廊地面,支护采用木顶柱上下垫木板的方法,中间留出通道,边卸土边在走廊两侧墙上凿梁窝,或用角钢在圈梁上建立型钢支座,将预制好的混凝土小梁或型钢梁固定到一层地面下,边固定边沿长度方向间距150rnln布置冷拔钢丝、张拉,待小梁加固结束,用高标号水泥砂浆顶棚抹面保护钢丝,形成一层楼板,满足一层地面使用要求。(2)条基连筏基。新造地下室顶板加固完后,凿出原走廊两侧条基悬臂端钢筋各100mm同筏基钢筋焊接连接,成为筏基的底层筋。筏基上层筋,要清理干净条基表面,凿毛钢筋位置的混凝土按常规布置,筏基混凝土采用C25。(3)外墙条基单面加宽。地基加固完,紧靠原基础接出加宽基础垫层,凿出条基外露边钢筋100mm,按设计图纸(与原钢筋相同或相近)双面焊接新加宽的基础钢筋,按设计混凝土强度浇筑新基础。(4)沉降缝处悬臂梁与承墙梁的托换。a.外纵墙悬臂梁处:从外墙外侧挖开洞挖土进入一层房间下,外纵墙基础边压入一根竹节桩作为承墙连梁的一个支点,同时作为减小承墙梁跨度梁的一个支点。b.走廊悬臂梁处:利用挖开的地下走廊,在走廊内靠近走廊墙避开墙基一定范围压入一竹节桩,四层部分按所对应的位置也压入相应桩,作为连梁的两个支点,桩上浇筑连梁。c.沿进深方向的中部设连梁:在走廊和外纵墙之间,四层与二层部分分别压入一根桩,作为连梁支点,穿过四层部分地下室墙作连梁。
3 结论
3.1 在旧城改造中,对20世纪50年代建造的低层砖混结构房
屋可有效地实施加层改造以增加1~2倍建筑面积,又可装饰一新,以适应社会进步的要求。这是一条挖潜改造充分利用空问资源以增加使用面积的有效途径,可以产生明显的社会效益和经济效益。
3.2 外框式增层结构体系适应了扩大较多建筑面积需求,但具
体的外框体系形式应根据具体加层环境条件、场地条件及材料选用予以灵活选择,以获取更好的社会效益和经济效益。
3.3 房屋加层改造应按变形控制原则进行结构设计,全面考虑
荷载及场地条件特点,完善抗震加固设计计算,并加强结构构造连接措施,确保结构体系的坚固性和耐久性。
3.4 在加层改造施工过程中,加强地基变形监测,完善信息施工手段,以便为合理安排施工顺序和控制加荷速率提供可靠依据。
摘要：通过分析砖混结构房屋加层设计应遵循的原则,以某工程为例,针对其加层的可行性及施工要点进行探讨,以期通过本文的阐述能够有效运用加层改造技术获得更好的社会效益和经济效益。
关键词：砖混结构房屋,加层改造,设计,施工
参考文献
[1]韩选江,刘子彤,殷晓霞.非均质地基上不等高增层结构体系的地基变形监控[J].南京建筑工程学院学报,2000(1):57-62.
[2]韩选江,徐炳锋.复杂古冲沟场地人工挖孔桩的承载性状[J].岩土工程学报,2001(1):77-78.
既有砖混结构加层改造可行性分析 篇6
我国的一个典型特点是人多地少, 所以土地的合理使用就尤其重要。随着社会经济的发展, 多样化的教学环境有更好的学习效果, 因此家长对学校人均使用空间和娱乐设施的多样性的要求逐渐提高。在国家经济实力和建筑用地有限的情况下, 对既有建筑的加层改造既要满足现阶段的使用要求, 也要节省资金和土地。
1 工程概况
吕梁市中阳县星宇幼儿园教学楼竣工于2002年, 该建筑平面投影呈L形, 为地上3层, 地下1层的砖混结构, 各层层高均为3.9 m;建筑室内外高差均为0.6 m, 建筑总高度为12.3 m, 总建筑面积为2 074.20 m2。该结构楼、屋盖为现浇钢筋混凝土结构, 由纵、横墙体共同承重, 墙体形式为普通烧结砖砌体结构, 其中外墙厚度370 mm, 内墙厚度240 mm;楼梯间四角、外墙四角及大梁底均设有构造柱, 并且各层均设有圈梁。该结构基础形式为砖砌条形扩展基础。目前为满足使用要求需要在该结构顶层再加盖一层, 在综合考虑经济性和抗震性能的影响下, 决定采用直接加层法 (在原结构顶层加盖一层砖混结构) 进行加层改造。中阳县星宇幼儿园教学楼标准层平面布置图见图1。星宇幼儿园立面现状见图2。
2 墙体砌筑砂浆强度检测
砂浆在砖混结构中起着粘结粘土砖和传递荷载的作用。为准确的评定既有结构是否满足加层改造的要求, 依据贯入法检测砌筑砂浆抗压强度技术规程JGJ 136—2001的有关规定, 采用贯入法检测、评定该结构砌筑砂浆的实际抗压强度。受现场条件所限, 现场仅在-1层范围内随机抽取7个测区进行墙体砌筑砂浆强度检测, -1层的墙体砌筑砂浆为水泥砂浆。砌体砂浆强度检测结果见表1。
依据JGJ 136—2001贯入法检测砌筑砂浆抗压强度技术规程第5.0.5条确定检测批砌体砌筑砂浆抗压强度推定值 (f2c, e) , 应按以下两式中计算结果的较小值, 作为该结构的砌筑砂浆抗压强度推定值 (f2c, e) 。
式 (1) , 式 (2) 中, fc2, e为砂浆抗压强度推定值;mfc2为同批构件砂浆抗压强度换算平均值;fc2, min为同批构件中砂浆抗压强度换算值的最小值。根据表1现场检测资料经计算, fc2, e1=5.2 MPa, fc2, e2=5.1 MPa。依据以上计算结果, 该结构砌筑砂浆的实际抗压强度等级为5.1 MPa。
3 加层后整体结构计算分析
为评定该教学楼既有结构是否满足直接加层的要求, 以实际检测结果为依据, 结合原设计图纸等相关资料, 按照实际的荷载条件及材料性能, 加层部分结构布置形式暂定与现有3层结构一致, 采用PKPM结构计算分析软件对该结构进行建模计算, 结构计算模型见图3, 模型中构件截面尺寸参数、材料强度以现场检测结果为准, 结构楼、屋面恒荷载取值依据实际做法计算得到;楼屋面活荷载取值依据现行GB 50009—2012建筑结构荷载规范取值;结构自重由计算软件自动导算。地震作用依据现行结构GB50011—2010建筑抗震设计规范取值;结构计算依据GB 50003—2011砌体结构设计规范和GB 50011—2010建筑抗震设计规范。详细参数见表2。
经计算, 经过加层改造后该结构-1层有一片、1层有两片墙体在静力荷载作用下抗力与荷载效应小于1。墙体构件的受压承载力计算结果见图4~图8。
由于中阳县的抗震设防烈度为6度, 在结构计算中由静力荷载起控制作用, 结构体系只需满足抗震构造措施, 且通过抗震计算可知, 经过加层改造后该结构所有墙体抗力与荷载效应均大于1, 这说明该结构的抗震承载力满足GB 50011—2010建筑抗震设计规范的要求。
根据上述验算结果, 依据GB 50292—1999民用建筑可靠性鉴定标准表4.4.2条的有关规定, 对该结构各墙体构件的安全性等级进行评定, 详细结果见表3。
4 结论及建议
根据委托方对该教学楼使用功能的需求, 初步拟定在现有结构上部直接增加一层砖混结构。采用直接加层法, 即按原结构墙体布置, 在现有结构的顶层墙体上直接砌筑砖墙, 然后架设屋面板。采用砌体结构直接加层方案, 加层后结构材料统一, 立面协调美观, 新旧构件连接节点处理容易实现, 经济性较好。按此加层思路对直接加一层砖混结构进行计算, 由计算结果可知, 该结构大部分墙体承载力能够满足加层要求, 仅有个别短肢墙体构件抗力和荷载效应比不满足相关要求。因此, 针对结构加层后抗力与荷载效应比值不满足要求的砌体构件, 应采取适当加固措施, 使其满足加层后的承载力要求。针对新增的砌体构件与原砌体构件的连接节点处理, 要求专业设计单位进行专业设计, 且应坚持先加固后加层的原则, 并在结构加层施工期间以及加层竣工后对结构沉降进行监测, 直到结构沉降稳定为止。针对现场检测发现的各类结构构件的外观缺陷及损伤 (如墙体及屋面开裂、抹灰层空鼓及剥落、渗漏水) , 应及时进行修复, 保证结构的承载力和耐久性不受影响。其中针对墙体裂缝, 建议采用环氧树脂类等灌浆材料进行封闭修补, 要求裂缝修补后恢复墙体整体承载性能。针对教学楼顶造型上瓷砖脱落的缺陷, 建议对每个屋顶造型的瓷砖与混凝土的粘结性进行检查, 以免瓷砖掉落威胁他人生命和财产安全。
参考文献
[1]GB 50009—2012, 建筑结构荷载规范[S].
[2]GB 50003—2011, 砌体结构设计规范[S].
[3]GB 50011—2010, 建筑抗震设计规范[S].
[4]GB 50007—2011, 建筑地基基础设计规范[S].
加层改造 篇7
1. 国内外碳纤维加固混凝土技术的发展与应用
自从18世纪初英国人发明波特兰水泥以来，混凝土就一直成为建筑行业中最重要的建筑材料之一。混凝土是以水泥为胶凝材料、卵石或碎石为粗骨料、砂为细骨料等组合在一起的混合物，具有经济性好、抗压强度高、耐水性、耐火性及耐久性好等诸多优点，但也有抗拉强度和抗弯强度差、自重大等不足之处。为解决混凝土结构中的这些问题，美国从上世纪60年代起就开始进行高性能纤维，如玻璃纤维增强混凝土(GFRP)项目的研究。其他西方发达国家很快也陆续跟进，像日本1972年就从英国pilkington公司引进了玻璃纤维增强混凝土。由于早期没有找到合适的纤维，作为增强材料使用的玻璃纤维在强碱性作用下会引起强度下降，因此，采用玻璃纤维增强混凝土的应用受到了影响。20世纪70年代中期以来，欧美一些国家开始使用FRP筋来代替钢筋，在实验研究和工程应用等方面均取得了不少成果。1973年，加拿大加尔盖利市的一座公路桥上首先使用了FRP筋，而日本应用FRP筋作为配筋材料的工程结构迄今已超过500个。环氧树脂涂层钢筋也于1973年首次在美国宾西法尼亚州的一座桥面板上使用，并于1976年进入建筑市场。其后，日本也开发出了FRP筋(包括圆形、方形等)、FRP绞线、三维和平面格状材、片材、板材等多种碳纤维增强材料。日本于1993年编制了第一个FRP设计施工规范，并于1997年发行了欧洲版本。1997年，FRP片材被作为一种抗震材料提出，特别是1995年神户大地震之后，日本加速开展了对FRP片材的使用和开发，并编制了相应的设计施工规范。目前，国外有关碳纤维研究应用的几个热点方面集中在：(1)碳纤维筋的预应力锚具;(2)碳纤维塑料网状筋;(3)热塑性纤维塑料筋。
我国的碳纤维加固钢筋混凝土技术的研究工作始于20世纪80年代后期，最早进行这方面研究的是国家工业建筑诊断与改造工程技术研究中心。国内对碳纤维在混凝土结构中的研究主要集中在构件的补强加固应用，特别是CFRP和FRP等补强加固机制及应用，武汉理工大学、清华大学、东南大学、天津大学等不少高校都相继对此进行了应用研究，武汉理工大学还在关于聚合物混凝土以及FRP增强聚合物混凝土方面进行了一定的研究工作。目前，国内有关研究工作主要集中在对碳纤维增强塑料筋、增强普通混凝土梁、柱和增强预应力混凝土梁以及对碳纤维塑料筋的力学性能等方面。近年来，国内这方面的工程实例也不断的增多，已逐步应用于道路桥梁、高层建筑、工业厂房等建筑结构的加固工程中。反映这一技术在国内已逐步受到重视和推广。在标准化方面，中国工程建设标准化协会已完成了《碳纤维加固修复混凝土结构技术规程》等规范标准。
2. 碳纤维及其碳纤维加固混凝土结构技术概述
碳纤维是纤维增强塑料的简称，也称树脂基复合材料。目前在建筑工程中使用比较多的碳纤维产品是用纤维原丝制成的纤维增强塑料，英文名为Fiber Reinforced Plastic即FRP或碳纤维增强塑料，英文名为Carbon Fiber Reinforcement Polymer即CFRP。碳纤维丝是通过氧化有机聚合物留下碳素材料而产生的，其碳原子沿原有纤维长度排列整齐而形成碳素纤维。每根碳纤维丝由若干个碳原子丝以绞线或麻绳的方式编织而成，其粗细仅相当于人的1根头发丝。这些碳纤维丝可以根据不同的工程需要加工成不同的型材，如纤维布、纤维板、棒材、短纤维等。碳纤维丝产品特点是：(1)轴向抗拉强度高，顺纤维方向的抗拉强度远大于普通钢筋，是普通钢筋碳素钢的十多倍，;(2)密度小、重量轻，易于施工操作;(3)耐久性好，有良好的抗腐蚀及耐老化性能，不需采取特殊的防护措施;(4)弹性模量高，高强型纤维的弹性模量可以达到钢材的2倍;(5)疲劳强度优于钢材;(6)应力一应变曲线直到破坏仍呈线性关系，破坏形式属脆性，(7)不导电、不带磁。据瑞士联邦材料试验厂家对用碳纤维制成的缆索所做的测试，当平均应力为550 MPa时，200万次循环荷载应力幅度可达900 MPa，高出钢材的3倍。因此，碳纤维丝产品不仅可用于加固混凝土梁、板、柱以及隧道等，而且还可以用于抗震防灾及公路的修补等。
碳纤维加固技术就是将碳纤维布用高性能的粘结材料粘贴在结构构件表面，使两者共同工作，以提高结构构件的承载能力。粘结剂的作用是即保证碳纤维布中的各碳纤维丝能协同工作，防止在承受荷载时部分碳纤维丝首先达到其抗拉强度而退出工作状态;又保证碳纤维布与混凝土结构的共同工作，从而达到混凝土结构的补强和加固的目的。碳纤维加固技术适用于对各种混凝土结构类型和结构部位的加固修补，如混凝土梁、板、柱、架、墩、筒体、壳体等，能有效的增强它们的抗弯、抗剪、抗震强度，碳纤维加固混凝土技术具有如下的特点：
(1)强度高。
碳纤维是一种非金属材料，其抗拉强度可到达2500～3500MPa，抗拉弹性模量为2.35×105～5.0×105MPa，这些都要高于或远高于建筑用钢材的相应指标。它适合于加固钢筋混凝土结构的受拉区域，尤其适用于桥梁等承受动力荷载的大中型结构的抗震加固。
(2)施工简便。
在实际施工中使用碳纤维加固构件不需大型施工机构及周转材料，易于操作，施工周期短，经济性好。
(3)抗腐蚀性好。
碳纤维加固构件能大大提高结构的耐酸碱盐类介质腐蚀性及耐久性，可以应用于各种工作环境的构件加固。
(4)不增加结构自重及截面尺寸。
在施工中使用碳纤维加固构件无需对原混凝土结构打孔，不会造成结构物的加固损伤，能够保持建筑结构原状。
3. 碳纤维加固混凝土构件的途径和机理
目前，碳纤维加固钢筋混凝土构件主要有以下几种方式：
一是碳纤维加固钢筋混凝土受弯构件，是将碳纤维布粘贴于构件受拉区，代替或补充钢筋的受拉性能，从而提高构件的抗弯承载力。粘贴碳纤维后，在构件受拉区混凝土开裂前，碳纤维的应变很小。在混凝土开裂后，碳纤维布逐渐参与共同工作，应变增长加快。而在钢筋屈服后，碳纤维布充分发挥作用，应变增长迅速加快，其高强高效的性能得以充分体现。
二是碳纤维加固钢筋混凝土抗剪构件，是将碳纤维粘贴于构件的受剪区，碳纤维的作用类似于箍筋。在构件屈服前，碳纤维的应变发展缓慢，所达到的最大应变值也较小。在构件屈服后，箍筋的作用逐渐被碳纤维代替，碳纤维的应变发展加快，应变值要高于箍筋的应变值，而箍筋所起的约束作用减小，其应变发展缓慢。
三是碳纤维对混凝土柱的抗震加固，是通过用碳纤维布横向包裹钢筋混凝土柱来提高其延性来实现的，碳纤维的主要作用是被动的约束内部混凝土。随着混凝土柱轴向压力的增大，横向膨胀促使外包碳纤维布产生环向伸长，从而提高了侧向约束力。碳纤维布约束混凝土表现出两阶段受力过程：第一阶段，混凝土处于类似素混凝土的线弹性阶段，横向变形小，故碳纤维横向变形也很小，分界点在素混凝土峰值应力附近;第二阶段，构件达到极限承载力后，混凝土横向膨胀变形急剧增加，碳纤维环向应变显著增长，环向约束力增加，混凝土极限压应变得以提高，因而推迟了受压区混凝土的压碎，充分发挥了纵向钢筋的塑性变形性能，改善了构件的延性。
4. 工程实例
江苏省科技情报研究所办公楼加层改造工程于2005年12月动工，2006年底竣工，工程中采用了包括碳纤维加固技术在内的一些新材料、新技术，现主要介绍碳纤维加固技术在工程中的应用。
⑴工程概况及方案确定。
江苏省科技情报研究所办公楼是1986年建成并投入使用的，原为三层钢筋混凝土框架结构，局部四层，建筑面积5068㎡。其建筑使用功能设计为:一层为书库,二层为图书资料阅览室,三层为办公、会议用房。按这样的使用功能划分的楼面设计活荷载为4.0kn/㎡，地面为12.0kn/㎡。随着江苏省科技情报所各项业务的不断拓展，原有的办公楼在使用面积和功能上都已不能满足需求。2005年江苏省科技情报所决定对办公楼进行加层改造，要求将原有的三层办公楼加层改造增至五层，建筑面积可增加3160㎡左右。为确保办公楼的承载力满足建筑物的安全及使用要求，并达到经济、可靠的目的，委托原设计单位对该办公楼进行加层改造方案的可行性研究和实地考察，通过对多套方案反复进行分析和计算，最终确定加层结构仍采用钢筋混凝土框架结构，但关键必须减轻原结构自重，对原有建筑使用功能进行合理调整。在这种情况下，采用碳纤维材料对原钢筋混凝土结构进行加固等方法来满足该办公楼加层改造的要求，显然是最为科学、经济和可行的方案。其最终方案是：
(1)将二层阅览室改为办公用房和电子阅览室，即楼面活荷载改为2.0 kn/㎡;原建筑采用上人屋面改为不上人屋面，其使用荷载为0.5 kn/㎡。
(2)拆除原有内外粘土砖和空心砖墙体以减轻建筑物的重量，内墙采用100厚ALC板材，外墙采用200厚加气混凝土砌块，新增楼层全部采用轻质墙体。
(3)对原有框架梁、柱等建筑承重部位进行碳纤维加固(见图1、图2)，以满足抗震和框架梁、柱最小配箍率要求，新老框架柱交接处采用植筋。
⑵设计要点及使用材料。
本工程加层改造项目的设计要点之一，是对办公楼原三层的174根框架柱和68根边框梁进行碳纤维加固处理。具体做法是采用100㎜宽的碳纤维布，对截面尺寸为450㎜×450㎜的混凝土柱进行封闭式环绕，搭接长度不小于150mm。柱顶和柱底设加密区，间隔100㎜，柱中间隔200㎜。边框梁截面尺寸大多数为200㎜×450㎜，碳纤维布采用∪型加固形式，两端设加密区，间隔100㎜，梁中间隔300㎜。
工程中采用了日本进口的碳纤维布，品种编号为(HT300-50)，其性能指标为：单位质量300g/㎡;设计厚度0.167㎜;拉伸强度标准值MPa(N/㎜2)，检验值4053≥3500标准指标;弹性模量GPa，检验值253≥230标准指标;伸长率%，检验值1.72≥1.4标准指标;拉伸速度2㎜/min。结构胶采用国产的JGN-T型建筑结构胶，剪切强度：>18MPa;拉伸强度：>28MPa;压缩强度：>50MPa;适用温度：0～38。
⑶碳纤维加固施工工艺。
碳纤维加固混凝土具有许多优越性，但其混凝土与碳纤维布之间界面处理的好坏直接影响到混凝土梁、柱加固效果。因此，合理的施工方法是确保加固效果的关键因素之一，工程中主要施工工艺和方法为：
(1)表面检查及放线。首先应检查拟加固的混凝土结构是否存在裂缝，若有裂缝，要对其进行分析界定。当确定为有害裂缝时，必须进行修补。同时清除被加固结构表面酥松、蜂窝、腐蚀等劣质的混凝土，按加固施工图用墨线弹出需粘贴碳纤维布的部位。
(2)表面修复和打磨。用砂轮机将粘贴部位打磨平整，除去表层浮浆、油污等杂物，并用修复材料将表面修复平整。直至完成露出混凝土结构新面。柱角应打磨成圆弧状，圆弧半径不小于20mm，用丙酮或二甲苯清洗混凝土表面。粘贴面要保持清洁、干燥、平整，不得有结露或潮湿现象。
(3)涂敷基底树脂。在混凝土表面均匀涂刷基底树脂，自然风干后，用找平胶进行修补，以保证粘贴面平整，提高混凝土与碳纤维之间的粘结力，确保加固效果。要特别注意调好的底胶须在规定的时间内用完，一般情况40分钟内。
(4)铺贴碳纤维布。按设计要求裁剪碳纤维布，并保持布面的清洁，用干净的抹刀将配制好的粘贴剂均匀涂抹到已处理好的混凝土柱面，厚度1.5 mm左右，然后将碳纤维布材紧贴在预定的位置上。顺着纤维的方向搭接长度不小于150mm，搭接位置应相互错开。
(5)粘贴过程要求平整、顺直、不得有波纹、皱折，用刮板或塑料滚子边刮边贴或来回滚压，防止空鼓和皱折。多层粘贴时重复步骤。粘贴完最后一层碳纤维布后在表面均匀涂抹一层粘贴胶。
(6)养护。施工完毕后，要进行养护，用塑料薄膜覆盖其表面，防止风沙和雨淋、灰尘及污染，24小时内严禁扰动粘贴好的碳纤维布材，在20℃温度下养护一周以后即可增加荷载。
碳纤维加固后的钢筋混凝土梁、柱，面层按正常设计要求进行粉刷、涂饰。
⑷施工注意事项。
(1)钢筋混凝土梁、柱在加固前，需要对构件采取一定量的卸荷，减少外包碳纤维对于混凝土梁、柱表面的应变滞后。否则就会使得碳纤维的补强效果降低，不能发挥其高强抗拉性能。
(2)由于碳纤维布的耐高温耐火性能差，使用碳纤维布时应尽量远离电气设备和电源。碳纤维布的配套树脂的原料应密封储存，远离火源，避免阳光直接照射。施工现场应通风良好，并采取相应的劳动保护措施。
(3)做好工程质量验收，碳纤维布和配套的树脂类粘结材料必须具有合格证，且在保质期内，施工时应按比例进行调配，并由专业的施工队伍及技术人员承担。还应进行现场取样检验，其中最关键的要保证碳纤维粘贴的密实度，若粘贴面积小于90%时，则应判定为粘结无效，需重新施工。
5. 结语
江苏省科技情报研究所办公楼加层改造工程完成后已投入使用两年，至今尚未发现碳纤维加固的钢筋混凝土梁、柱有任何异常现象，原办公楼结构的承载能力得到了有效的提高，达到了预期的目的。从沉降观测成果报告来看，各观测点基本处于稳定状态，目前，本建筑物处于均匀沉降阶段。由此可见，采用碳纤维加固技术在办公楼加层改造中对结构进行加固补强的效果是十分理想的，它能够增强钢筋混凝土梁、柱的抗弯和抗剪性能。对钢筋混凝土柱进行碳纤维加固后，约束混凝土的承载力和变形能力得到了提高，混凝土由承受轴向受力状态变为承受三向受力状态，对轴压比不能满足抗震设计规范要求的钢筋混凝土柱加固效果尤其明显。总之，碳纤维加固技术能够在原结构不破损、基本不增大梁、柱的截面尺寸和结构自重的前提下，较为有效地解决了在旧楼加层改造中出现的诸如结构、抗震、构造上的一些技术难题。虽然碳纤维材料本身的价格相对高一些，但是其在施工工程中不需要大型施工机具和辅助机械，带来了大量的人力、物力的节省，其机械、人工成本均低于常规的加固方法，所以碳纤维加固工程的综合造价并不很高。另外，随着国产碳纤维材料和结构胶的不断发展和大批量使用，其碳纤维原材料的价格也将会不断下降。因此，可以认为碳纤维加固技术是一项可推广的新技术，应该具有非常好的发展前景，也是建筑业可持续发展的必然趋势。
摘要：碳纤维具有轻质高强、耐腐蚀、耐久性好、自重轻、施工便捷、适用面广等特点,已备受建筑业的关注。文章通过江苏省科技情报研究所办公楼加层改造工程,介绍碳纤维加固技术在实际工程中的应用。
关键词：碳纤维,加固,办公楼加层,改造
参考文献
[1]国家工业基础建筑诊断与改造工程技术研究中心.碳纤维片材加固混凝土结构加固技术规程[S].北京:中国计划出版社,2003.
[2]四川省建筑科学研究院.混凝土结构加固技术规范(GB50067-2006)[S].北京:中国计划出版社,1991.
加层改造 篇8
1 泰柏板的常用规格及物理、力学性能
1.1 常用规格
GSJ板的分类由GJ板的分类决定, 并采用相同的代号。①GJ板分根据阻燃型聚苯乙烯内芯、网片腹丝的型式分3类:T型板为板条拼接内芯, 之字条腹丝;TZ为整板内芯, 之字条腹丝;S板为整板内芯, 网片的腹丝型式为双层方格钢丝网之间用短钢丝连接。这3类板标志长度均有短板、标准板、长板、及加长板4种规格, 分别长2.2m、2.5m、2.8m、3.0 m, 宽度为1.2 m, 共12种。设计者可仿照长板钢丝设计较短的不规格板材, 为减少拼接可适当加大钢丝直径和芯板厚度以适应3.6m长度以内的板材;②根据各类GJ板两侧喷抹层厚度, GSJ板规格有3类:板厚100 mm, 两面各有25mm厚水泥砂浆; 板厚110 mm, 两面各有30mm厚水泥砂桨;板厚130 mm, 两面各有25mm厚水泥砂浆, 再加两面各有15mm厚石膏涂层或轻质砂浆。
1.2 物理、力学性能
①钢丝镀锌低碳钢丝抗拉强度A级为590～740N/mm2, B级为590～850N/mm2;冷弯试验反复弯曲180°≥6次;镀锌层质量≥20g/m2;②聚苯乙烯泡沫塑料表观密度15kg/m±1 kg/m3;阻燃型 (ZR型) , 氧指数≥30 , GJ板质量≤4kg/m2;GSJ板抹灰后质量90～140kg/m2;③热阻≥0.65 m2.K/W ;导热系数≤0.041W/m·K;④隔声指数≥40～45Db。⑤抗冻性≥25次;⑥耐火极限:110mm厚板不低于1h , 130 mm厚板不低于2h;⑦ 2.4m板轴向允许荷载值≥74.4kN/m;横向允许荷载值≥1.95 kN/m2;⑧抗冲击性能:标准板 (2.5m) 承受10kg砂袋自落高度1.0m的冲击大于100次不断裂。
2 泰柏板的优缺点及工程应用范围
2.1 优缺点
它具有重量轻、强度较高、保温隔音、防水防潮、耐火难燃、耐火极限较高;可做建筑涂料、墙纸、面砖、马赛克、瓷砖等饰面或装修;代替粘土砖节能环保无度害;墙体占使用面积少;可工厂生产, 施工速度快。缺点是施工易产生质量通病;施工工艺及连接构造复杂;技术要求高。
2.2 工程应用
泰柏板广泛用做保温复合外墙材料;建筑物内外围护墙;框架填充墙;阳台隔板;地下室外墙的油毡保护墙, 以及不上人的屋面。既可用于电子、医药、食品洁净厂房以及组合冷库、商亭、新旧楼房加层改造工程及临时建筑, 也可用于建造农村民宅、别墅及动植物养殖的保温房、冷藏库、仓储库、沼气池等建筑。
3 泰柏板加层的设计依据和设计方法
3.1 设计依据
①《钢丝网架水泥聚苯乙烯夹芯板》 (JC 623-1996) 及泰柏板的相关标准图集;②砖混结构房屋加层技术规范 (CECS 78:96) 及相关的设计规范、标准;③拟加层房屋的安全可靠性鉴定报告;④拟加层房屋的工程地质资料;⑤拟加层房屋的设计、施工资料;⑥房屋加层改造批文及设计合同。
3.2 设计方法
①设计前必须进行旧房的安全耐久性进行检测, 建设单位必须提供上述资料及批文且对房屋的加层后性能及使用年限提出要求;②对抗震性能、地基处理不符合现行设计规范要求的必须进行加固处理。砖混结构加层以后房屋高度、抗震横墙间距、高宽比、墙体局部尺寸必须满足现行规范要求;原有房屋加层后墙体承载力不足时可用钢筋网水泥抹灰夹板墙加固。圈梁构造柱数量不足时应后加;③砖混结构采用泰柏板墙承重且屋面采用泰柏板时可适用于加层房屋为单间的房屋, 且开间在3.3m以内;只能加一层或先用砖加一层, 采用钢筋混凝土楼盖, 再用泰柏板加一层, 原有砖房宜为单间或双开间, 结构抗震验算时泰柏板屋面可按柔性楼盖考虑, 其余计算方法同砌体结构。顶层用泰柏板加大空间房屋时首先采用型钢做排架或门式钢架作为承重骨架, 采用排架时型钢柱与原有房屋固定端连接, 屋面型钢梁与柱铰接。屋面设型钢次梁、圈梁、屋面采用泰柏板;采用门式钢架时柱与梁为刚接点, 柱与原有房屋铰接。凿开原有房屋的构造柱与圈梁的混凝土, 予埋钢板并利用带钢一端与柱焊接, 另一端向原有房屋下层墙体延伸两层, 墙体两侧带钢用螺栓连接并用带钢扩大与墙连接范围。抗震验算时可按顶层作为单层计算内力, 考虑高阶振型适当放大内力再传递到原结构进行验算, 当原结构承载力不足时予以加固。也可把加层以后房屋看做整体, 分别考虑两种阻尼进行抗震验算或采用有限元程序进行整体受力分析;④框架结构加层应采用植筋法解决柱的生根问题;承重骨架为钢筋混凝土框架, 钢结构门式刚架或钢框架, 仅用泰柏板做隔墙和屋面;⑤地基承载力可按原房屋使用年限按CECS 78:96提高;基础面积不足时可用外包钢筋混凝土加宽或进行基础托换;⑥绘制好关键部位节点详图, 对房屋的沉降观测、使用和维护提出要求。
4 泰柏板施工工艺
泰柏板的施工工艺为:GJ板的运输→GJ板的安装→GJ板的连接和补强→面层喷或抹灰形成GSJ板→养护→装修→验收。
GJ板的安装前对运输、堆放造成的变形必须予以矫正, 脱焊必须补焊或用铁丝扎紧。①墙体GJ板用膨胀螺栓、钢筋码、U码等配件 (表面严禁有氧化铁皮和油污) 与墙体、楼地面、柱、楼屋面连接;外墙GJ板拼缝有缝隙时应用泡沫条填塞, 板的拼缝, 墙的阳角和阴角、门窗口及板与柱连接处等部位均应按采用相应的网片覆盖加强, 并用箍码箍紧或用铁丝手工绑扎牢固、芯板边钢丝与覆网相交点全部扎牢, 其余部分可相隔交错扎牢;②屋面GJ板的安装时板底、板面附加钢筋不允许采用搭接接头, 应与钢丝架绑扎牢固, 安装前在屋面梁顶面铺抹35mm厚1∶2.5水泥砂浆坐浆层。GJ板缝间及屋面与女儿墙转角处, 挑檐与外墙面交接处等均应符合JC 623-1996要求;预制GSJ屋面板的混凝土 (或砂浆) 强度达到设计标号的80%以上时才可以起吊, 安装时按屋面结构布置吊装就位, 板端支座处铺抹10mm厚1∶2.5水泥砂浆座浆, 板缝间宜聚苯乙烯泡沫塑料, 并应按设计铺放钢筋和网片。
GJ板的安装经检验合格后方可进行抹灰。抹灰前应清除GJ板芯板、钢丝污垢和油渍并设置标筋。①墙体GSJ板抹灰时应先将墙体与楼、地面连接处25～30mm缝隙内填实, 电气开关、U码以及各种预埋件的连接处, 局部除去聚苯乙烯泡沫, 用1∶3水泥砂浆填塞密实。墙体人工自下而上分层抹底层、中层和罩面层, 吊顶内墙体必须抹灰。室内墙面和门窗洞口的阳角做2m高、50mm的1∶2水泥砂浆护角。室外墙面抹灰应在砂浆中加入适量防水剂。正常气温下间隔2d以上抹灰, 气温较低时应适当延长间隔时间。每堵墙两面的抹灰间隔时间不小于24h。每层水泥砂浆终凝后均应洒水养护。在水泥砂浆表面可做;②屋面抹灰前, 应在GJ板底进行支顶, 其间距不宜大于800mm, 支承板与GJ板贴紧, 并可略向上拱起, 支顶应牢固。不允许在GJ板面集中堆放物料和多人密集操作。屋面面层如用不应低于C20小豆石混凝土, 应掺加适量水泥膨胀剂, 如用砂浆时应分两层抹完。不允许在GJ板缝处和女儿墙的交接处留施工缝。每层抹完后应及时覆盖塑料薄膜养护, 终凝后浇水养护。板面混凝土 (砂浆) 强度达10N/mm2以上时才可以撤除支顶。屋面板采用豆石混凝土时可预制, 要按规定留设吊环、板底附加钢筋。板底与墙体抹灰相同。
5 工程质量保证措施和应用实践
泰柏板如果安装质量不符合要求, 就会对其性能造成影响, 施工中易产生与墙体、顶板、地面连接不牢、墙面颤动、墙身偏位、墙面面层在板间拼缝处、阴阳角部位、门窗洞口易出现开裂、空鼓、脱落等质量通病。为确保泰柏板的设计、施工符合规范、标准要求, 必须采取工程质量保证措施。生产厂家、设计、施工、监理、质检单位必须有严格的质量保证体系并由工程经验丰富的技术人员承担工程任务;设计单位的设计依据及资料必须充分, 否则不得设计;施工单位必须依据JC 623-1996及相应验收规范制定施工工艺及验收的企业规程, 由专门的施工班组完成施工过程;监理单位应制定监理细则, 原材料必须有出厂合格证且抽检, 各环节加强监督管理;各单位必须密切配合, 重视技术交底和阶段验收、现场指导工作, 做到动态控制、主动控制, 做好验收备案工作。
庆阳市利用泰柏板进行外墙外保温和建筑加层有较成熟的工程经验。如, 庆阳市建筑设计院住宅楼外墙外保温就采用泰柏板作为保温材料。环县宾馆中楼加层改造、庆阳市工商局办公楼、车库加层改造、陇东学院农林楼加层工程等几十项工程均采用泰柏板作为维护墙、承重墙和屋面, 有的可在顶层形成大空间的会议室。这些工程至今均正常使用, 效果良好。
6 结语
20世纪90年代以来, 泰柏板在加层改造工程得到了广泛的应用。它以自身的优势受到建设单位的青睐, 然而它的耐火性能仍受到人们的质疑。最近由中国建筑科学研究院防火研究所通过锥型量热计试验、燃烧竖炉试验和实体建筑的火灾试验表明, 泰柏板在实际火灾中不具有火焰传播性, 整体燃烧性能可以被认定为不燃材料, 耐火极限为1.2h, 说明其防火性能是可靠的, 可放心使用。工程实践证明, 只要设计得当, 通过严格的质量保证措施, 精心施工, 严格监理和验收, 一定能得到建设单位满意的建筑产品, 这无疑对泰柏板的推广使用起到积极作用, 其工程经验对类似的金属绝热材料夹芯板等轻型材料也有借鉴意义。
摘要：介绍了常用规格泰柏板的物理力学性能、优缺点和工程应用范围。阐明了泰柏板的用途、加层设计方法, 保证加层工程质量的措施。实践证明, 在加层改造工程中利用泰柏板有巨大经济、社会效益, 值得推广。
关键词：加层改造,泰柏板,加层设计方法,应用实践,工程质量
参考文献
[1]JC 623-1996, 钢丝网架水泥聚苯乙烯夹芯板[S].北京:国家建筑材料工业局发布, 1996.
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[4]DBGT25-69-97, 甘肃省工程建设标准管理办公室.钢丝网架水泥聚苯乙烯夹芯板[S].1997.
建筑加层技术研究 篇9
关键词：建筑,加层,综述
1 引言
随着经济的发展, 城市的结构性和功能性逐渐老化衰退, 这不利于城市的可持续发展, 因此, 必须对旧城进行改造。但是, 对旧城的改造不能全部推到重建, 这样既不经济又不现实, 而新建和改造并用是行之有效的发展策略。
由于缺乏总体规划和设计理念的局限, 导致很多过去建造的旧建筑都存在环境设计、房屋布局、层高等不合理现象, 特别是随着人民生活水平的提高, 建筑功能越来越不满足人们的需要。因此对低层数的房屋进行加层改造, 并合理改变结构体系及建筑布局, 从而改善其试用功能是具有现实的意义措施。加层改造, 已经成为房屋修缮改造中的一个主要内容。
房屋加层改造是一项对原有建筑进行改造、扩充、挖潜、加固等的综合性活动, 是在原有结构、建筑基础上, 进行新的建筑创作, 在安全、可靠、经济合理的前提下, 满足新的功能标准和各项改善要求。加层改造与新建不同, 由于其涉及已有建筑和新建建筑两部分, 影响因素多, 技术难度大, 必须妥善处理好设计和施工等技术问题。因此, 采用合理、可靠、可行的结构形式对房屋加层改造尤为重要。
2 加层改造的优势
⑴增加单位土地面积住房的容积率, 缓解当前住房的紧张局面, 充分利用城市空间, 有效地保护耕地。
⑵充分利用现有的城市基础设施, 节省城市配套设施费;节省拆迁安置补偿、建筑垃圾运输和征地费用, 而且审批程序简单快捷, 施工周期较短。
⑶将过去的简易住房改造成标准房, 改善居住条件;加层改造的同时对建筑平、立面进行调整和室内外进行装修, 使旧房焕然一新, 既保持了原建筑的特色和风貌, 又美化了城市市容。
⑷我国是一个地震频发的国家, 有170多个城市位于7度以上的地质构造活动带。七十年代以前的房屋大多未考虑抗震设计, 因此可将抗震加固和加层改造结合起来, 既增加了房屋使用面积, 又增强了房屋抗震能力, 延长了建筑物使用年限, 获得事半功倍的效果。
⑸充分利用旧房屋在长期荷载作用下地基承载力的增长值, 在地基不需要处理或略微处理的情况下, 实现房屋的直接加层, 其经济效益十分显著。
⑹对于生产、生活急需扩大房屋使用面积的单位, 在不影响正常生产、办公、居住的条件下进行施工, 可很好地解决住户临时安置问题。
3 加层方法分类
砖混结构的加层基本可以归结为二大类方式:直接加层法和外套结构加层法。
直接加层法适用于原砖混结构的墙体和基础的承载力有一定富裕和潜力的前提下, 且开间较小, 而加层改建也无大开间要求的情况, 这时直接加层方案的经济性较好, 工期较短, 应予以优先考虑。但是, 直接加层往往会造成原结构的主体承重结构或地基基础难以承受过大的加层荷载, 或原有结构抗震措施不力, 会对砖混结构的抗震很不利, 而大规模的加固原结构不仅费时费力而且很不经济;此外还有其它一些原因使直接加层法受到很大限制, 如新增结构的建筑布局受制于原结构, 或用户搬迁困难, 加层施工时不能停止使用等等。而改变既有房屋的结构布置和荷载传递路径通常只能解决局部构件承载力不足的问题, 在很大程度上还要借助原房屋的承载力, 增加的层数也不宜超过三层, 往往不能满足业主增加多层的要求。
外套结构加层法是直接加层方法不可行情况下唯一的选择。所谓外套结构加层法, 就是在原房屋外面增设新的结构形式, 将原结构“套”或“包”在里面, 所以形象地称之为外套结构或套建结构。外套结构的形式很多, 但本质上分别属于分离式或整体式两种, 其中最常用的是外套框架, 其它的外套结构形式都是由外套框架概念衍生而来的。
分离式是指新增结构同原结构彻底分开, 无任何连接, 新旧结构体系之间留有足够宽的抗震缝, 新旧结构各自独立地承担竖向荷载和抵抗侧力。增层部分完全按新结构设计, 原结构按抗震鉴定标准进行鉴定加固。分离式加层具有传力路径明确、计算简图明晰、对原结构影响较小、且增加的结构平面布置灵活、不受原结构的限制等优点, 因而应用较广。
整体式外套结构, 即将新旧结构采用某种连接构造连接起来形成整体来共同抵抗侧力。在充分利用原结构的抗震潜力, 通过连接的作用使新旧结构互相制约, 彼此传递能量, 共同抵抗侧力, 改善结构整体抗震性能。整体式减小了底层柱的计算长度, 提高了抗侧刚度。但增层后新旧结构之间作用不明确, 新旧结构交织在一起, 竖向和水平传力路径复杂, 难以形成清晰明确的计算简图。由于缺乏试验数据和震害资料的实证, 无法验证新旧结构的实际受力情况是否和计算模型相符。
4 加层设计的原则
4.1 美观大方
加层房屋的建筑立面设计, 要求造型美观, 不仅要与原建筑立面造型协调, 还应与其周围环境相互协调。要求加层后看不出原有痕迹, 新旧房屋融为一体, 并满足现行国家有关建筑设计规范的要求。
4.2 安全可靠
房屋加层设计应选择合理的结构体系, 应符合刚性方案要求, 应有明确的传力路线和计算简图;要充分考虑不利因素, 适当地利用有利因素;必须采取可靠的构造措施, 加强结构的整体性, 保证加层后新旧结构协调工作。并应对加层后的房屋结构及地基基础的承载力、变形、抗裂性稳定性进行验算, 且须满足现行国家有关标准、规范的要求。
4.3 经济合理
选择结构方案时, 应进行多方案的比较, 进行综合技术经济分析, 从中选优。如较新建筑工程造价节省时, 则宜于加层;反之, 如造价多, 不宜加层。
4.4 方便施工
在结构方案的选择上应充分考虑限制条件, 方便施工。好的结构方案可以降低工程造价, 易于保证工程质量, 缩短施工工期, 满足业主要求。经加层鉴定, 需要加固 (包括抗震加固在内) 时, 应根据加层的层数做好加固设计, 同时尚应结合使用单位对旧房使用功能改造, 或需进行大修等要求, 做好加层设计;施工时应遵照先加固后加层的原则进行, 这是保证加层施工安全和结构设计实现的主要措施。
5 加层关键技术
5.1 常用方法及其存在的主要问题
目前全国各地在进行房屋加层抗震分析和抗震设计时, 采用的规范标准有以下几种情况。
⑴根据房屋加层后的总高度和总层数, 用《建筑抗震鉴定标准》 (以下简称《鉴定标准》) 的要求对旧房部分进行抗震鉴定, 对加高的新房部分进行抗震设计。其理由是, 对 (旧房部分按《建筑抗震设计规范》 (GB50011-2010) (以下简称《抗震规范》) 的要求进行设计虽无困难, 但造成加层房屋新旧两部分的抗震能力不一致。故主张对加层房屋新旧两部分均采用《鉴定标准》。采用此法的问题是, 造成加层房屋的总体抗震能力低于新建房屋的抗震能力。
⑵主张对加层房屋的新旧两部分分别采用不同的标准, 即对旧房部分用 (鉴定标准) 的要求进行抗震鉴定和抗震设计, 对新房部分用《抗震规范》的要求进行抗震设计。采用此法的问题是, 在同一个结构单元内, 对新旧两部分采用不同的设计标准, 尤其是对加层房屋的下部 (旧房部分) , 采用较低的设计标准不够合理, 造成加层房屋的抗震能力下弱上强, 对抗震不利。
⑶主张对加层房屋的新旧两部分均以《抗震规范》为依据进行抗震鉴定与抗震验算, 而对旧房部分提高一度采取构造措施, 其理由是考虑到旧房部分的抗震不利因素较多, 故对其采取构造加强措施。采取此法的问题是:此法虽较科学合理, 但不够全面。如若采用新旧房两部分完全脱开的分离式加层结构方案, 本法就不适用。因为对与外套结构完全分离的旧房, 没有必要按《抗震规范》的标准来进行抗震鉴定和抗震设计。
⑷主张对旧房部分采取构造加强措施, 即对新旧部分以《抗震规范》为依据进行抗震鉴定与抗震验算, 而对旧房部分提高一度采取构造措施, 其理由是:考虑到旧房部分的抗震不利因素较多, 故对其采取构造加强措施。采用此法的问题是:对旧房按《抗震规范》的要求提高一度采取构造措施标准偏高, 且对旧房来说难以满足要求, 加大了加层设计和施工的困难, 提高了房屋加层的造价。
⑸主张以《抗震规范》为主, 参照《鉴定标准》的要求, 对加层房屋的新旧部分进行抗震鉴定和设计。其理由是:认为采用两种标准结合使用比较现实合理, 采用此法的问题是:此法太原则, 具体执行起来困难较大。
5.2 建议采用的方法
对加层房屋进行抗震鉴定和抗震设计, 具体应采用什么规范, 根据增层结构形式的不同可分为以下两类:
A类:指采用分离式外套结构形式进行加层的房屋。此类加层房屋因其新房部分与旧房部分完全脱开, 新房部分与一般新建房屋相同, 不存在抗震鉴定问题, 可直接按《抗震规范》的要求进行抗震设计。旧房部分与一般不进行加层的旧房一样, 可按《鉴定标准》的要求进行抗震鉴定。对不满足者, 按《鉴定标准》的要求进行抗震加固。
B类:指新旧两部分连为一体的加层房屋。此类加层房屋应该按加层后的总高度和总层数, 根据所选用的结构形式, 按《抗震规范》的要求对旧房部分进行抗震鉴定和抗震加固设计, 对新房部分进行抗震设计, 对加层后的房屋整体进行抗震鉴定和抗震设计, 包括新旧两部分的整体连接设计, 明确加层后的房屋属于什么结构形式。在地震区, 不得采用无明确结构体系的加层结构形式, 因无明确结构体系也就无明确的计算简图, 无明确的计算方法和构造措施, 不能保证加层房屋的安全可靠。
从以上分析可以看出, 除了必须按有关现行标准和规范做好旧房的鉴定工作以及增层结构的设计工作, 还应采取其它有效措施, 增加改造房屋的抗震能力。
6 展望
在阅读文献的过程中, 笔者对加层技术了进一步的了解, 发现在一下几个主要方面还需要进一步的研究。
⑴旧房直接加层时常因荷载增大, 旧墙承载力不足, 需要用加大截面法对旧墙进行加固。而目前对加固墙体仍沿用新建房屋结构设计概念进行计算, 事实上加固结构与普通结构有着本质的差异, 加层前旧墙己受力, 加层后加固墙体中的旧墙部分又第二次受力, 而加大截面的新墙部分才第一次受力。因此, 在加固墙中新旧两部分截面存在着应变滞后和应力超前问题。采用新建房屋结构的计算方法可能造成原结构与后加部分先后破坏的各个击破现象, 不能保证加层房屋的使用安全, 这是当前房屋加层设计中的一个严重问题, 急待解决。
⑵实际工程中的房屋往往不是单一的结构形式, 有许多房屋是几种结构形式的组合, 对这类房屋的抗震鉴定规范中没有给出明确的规定, 抗震验算没有明确的计算简图和公式, 也需做进一步的研究。●
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