摘要：簡述了建筑物增層改造的具體方法及其適用性。綜合介紹了地震區(qū)建筑物增層改造的分析方法，并對舊房屋地基承載力性狀的評價進行了綜述。為以后房屋的增層改造方法的選擇及設(shè)計提供了參考。
　　關(guān)鍵詞：增層改造；方法；抗震；
 Abstract:Thespecificmethodsandapplicabilityofaddingstoreysaroundexistingbuildingareintroducedbriefly.theanalysismethodsofaddingstoreysaroundexistingbuildinginseismicregionbyauthorsarepresented.Bearingcapacityoftheoldhousefoundationsaswellastheevaluationofpropertieswerereviewed.Addingstoreysforthesubsequenttransformationofthehousingbythechoiceofmethodsanddesignprovideareference.
　　Keywords:addingstoreys;method;earthquake-resistance;
　　房屋的加固、增層改造是近年來城市房屋改建工程的一種重要形式，它具有投資少、收效快、不占地、不須搬遷、美化市容、節(jié)省城市配套費、延長舊房使用壽命等優(yōu)點。建筑物的加固、增層改造又是一項技術(shù)性很強的工作。近十幾年來，哈爾濱工業(yè)大學(xué)對既有房屋的套建增層改造進行了深入研究。20世紀70年代末以來，國外開展了一些既有房屋的增層實踐，在混凝土與砌體結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計[1-3]、鋼框架與組合框架抗震設(shè)計[4-5]等方面開展了卓有成效的工作，為我們開展既有房屋套建結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計研究和砌體結(jié)構(gòu)房屋抗震評價工作提供了參考素材。
　　首先必須進行建筑物鑒定，為建筑物的加固、增層改造提供科學(xué)依據(jù)。在增層改建工程中，合理地選用增層改造的方法是十分重要的，文中詳細闡述了增層改造的具體方法及其適用性，并且介紹了地震區(qū)建筑物增層的分析方法，為以后建筑物的增層改造提供了參考。
　　1增層改造的方法
　　1.1直接加層法[6-8]
　　直接加層法即在原有房屋上不改變結(jié)構(gòu)承重體系和平面布置。直接加層的方法適用于原承重結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)的承載力和變形能力滿足加層的要求，或經(jīng)加固處理后即可直接加層的房屋。加高的層數(shù)不宜超過三層。
　　(1)一般剛性磚混結(jié)構(gòu)
　　在對地基基礎(chǔ)及墻體強度進行復(fù)核驗算并滿足抗震設(shè)防要求后，可采用普通粘上磚或砌塊、輕質(zhì)高強材料(如泰柏板等)來加砌新的上部墻體。當個別墻段或基礎(chǔ)強度不足時，可先進行局部加固處理。增層的承重體系可在原承重墻體上加層，也可采用與體系相反的承重體系，即原房屋為橫墻承重體系，增層部分為縱墻承重體系；原房屋為縱墻承重體系，增層為橫墻承重體系。但必須在剛性方案或抗震要求的間距內(nèi)布置上連貫的剛性橫墻。
　　(2)多層全框架結(jié)構(gòu)
　　當增層部分仍采用框架時，上下框架柱應(yīng)對齊，將原結(jié)構(gòu)框架柱頂鑿開，接長鋼筋后再澆筑增層部分的框架柱混凝上。在新舊結(jié)構(gòu)交接處，亦即原屋而高度處宜現(xiàn)澆截而較高的轉(zhuǎn)換梁，以確保新舊結(jié)構(gòu)在加層處有可靠的傳遞，并增強節(jié)點的抵抗能力。對老框架強度的驗算，除了考慮增層后增加的垂直荷載外，還要考慮房屋加高后，由于水平荷載增加而使側(cè)移加大的影響。必要時可設(shè)剪力墻，控制側(cè)移的影響，相對地提高框架的承載能力。
　　(3)下部磚混、上部框架結(jié)構(gòu)方案
　　這種類型主要是為了減小增層荷載，在舊房屋上部分采用填充輕質(zhì)墻形成的框架結(jié)構(gòu)體系。采用這種方案時上部框架柱應(yīng)有可靠的錨固或支承，通常應(yīng)結(jié)合對舊房加固，宜對舊房設(shè)構(gòu)造柱，使其與加層中的框架形成整體，從而使框架梁柱落地，構(gòu)造柱應(yīng)盡可能伸入既有建筑物室外地面下500mm，或錨入基礎(chǔ)圈梁內(nèi)，以避免上部框架柱未落地，而只是在舊樓層圈梁上連接，造成錨固不可靠的后果。
　　(4)下部剛性方案、上部為彈性或剛彈性方案的磚混結(jié)構(gòu)
　　此類建筑主要用于增設(shè)一個較大空間的會議室等。由于此類建筑的抗震性能差，不宜在地震區(qū)修建。在非地震區(qū)，應(yīng)考慮新加縱墻有足夠的承受橫向風(fēng)荷載的能力。此類房屋在增層時，應(yīng)從外墻底部起，在室外側(cè)沿房高增設(shè)扶壁磚柱，用以增強加層部分墻體抵抗橫向水平力的能力，扶壁磚柱的斷而應(yīng)滿足加層部分窗間墻的強度和穩(wěn)定性要求�；蚣訉硬糠衷鲈O(shè)鋼筋混凝上柱列與舊墻體增設(shè)的構(gòu)造柱相連。
　　(5)輕鋼結(jié)構(gòu)直接增層法[9]
　　輕鋼增層結(jié)構(gòu)上部增層結(jié)構(gòu)是采用輕鋼結(jié)構(gòu)，而下部原有的結(jié)構(gòu)是砌體結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，因此，新組合成的輕鋼增層結(jié)構(gòu)屬于復(fù)合結(jié)構(gòu)。輕鋼增層結(jié)構(gòu)是近幾年來改造舊有房屋的一種結(jié)構(gòu)形式，由于這種結(jié)構(gòu)充分利用了輕鋼結(jié)構(gòu)重量輕、延性好、易于加工和施工速度快等特點，被廣泛應(yīng)用于增層結(jié)構(gòu)中。
　　1.2外套結(jié)構(gòu)加層法[10-11]
　　外套結(jié)構(gòu)加層法即在原房屋外增設(shè)外套結(jié)構(gòu)（框架-剪力墻或框架等），使加層的荷載通過外套結(jié)構(gòu)傳給基礎(chǔ)的加層方法。適用于需改變原有房屋平面布置，原承重結(jié)構(gòu)及地基基礎(chǔ)難以承受過大的加層荷載，用戶搬遷困難，加層施工時不能停止使用，且設(shè)防烈度不超過8度的房屋加層。
　　1.2.1分離式外套框架增層
　　所謂分離式外套框架，即所采用外套框架與舊樓房分離(有一定距離)，這種增層的結(jié)構(gòu)形式受力明確，結(jié)構(gòu)簡圖清楚，但如舊樓房層數(shù)較多(如三、四層或四、五層)，采用外套框架增層時，底層框架柱較高，整個框架重心高，上剛下柔，頭重腳輕，不利于結(jié)構(gòu)抗震。目前國內(nèi)有不少這樣的增層工程實例，這種結(jié)構(gòu)底層框架的縱向剛度和橫向剛度均較差。為此建議，在外套框架的底層于舊房每層樓蓋標高處設(shè)1道縱向連梁，以增加框架的縱向剛度。底層框架橫向剛度差的問題目前尚未很好解決，設(shè)想在未來的增層工程中，于底層框架柱與舊樓房縱橫墻交接處設(shè)置一種彈性支承，這種支承具有3個自由度，在豎向荷載作用下，框架柱可適當沉降，在水平荷載(地震荷載等)作用時，框架柱與墻體之間允許有一定量的位移(變形)，并能傳遞部分水平荷載，這樣可部分增加外套框架底層框架柱的橫向剛度。
　　1.2.2結(jié)合式外套框架加層
　　所謂結(jié)合式(或整體式)框架，即外套框架緊貼舊樓房墻體。結(jié)合式外套框架主要是為了減少底層形成的長柱計算高度，從而結(jié)合對舊房功能(如增設(shè)陽臺等)或采用拉桿、設(shè)縱橫聯(lián)系梁等方式來增加柱在縱橫向的剛度。在短腿柱外套框架中，建議采用外套框架與舊房磚墻相連，增加拉桿式及壁箍式的結(jié)構(gòu)增層設(shè)計方案。
　　1.3改變荷載傳遞加層法
　　改變荷載傳遞加層法，即原房屋的基礎(chǔ)及承重結(jié)構(gòu)體系不能滿足加層后承載力的要求，或由于房屋使用功能要求需改變建筑平面布置，相應(yīng)需改變結(jié)構(gòu)布置及其荷載傳遞途徑的加層方法。適用于原房屋墻體結(jié)構(gòu)有承載潛力，增設(shè)部分墻體、柱子，或經(jīng)局部加固處理，即可滿足加層要求的房屋。加高的層數(shù)不宜超過三層。
　　2地震區(qū)增層建筑物的分析方法
　　2.1抗震鑒定
　　對處于地震區(qū)的建筑物來說，在加層改造之前首先必須進行抗震鑒定。我國的第一部抗震設(shè)計規(guī)范是1974年正式實施的，在此之前的絕大部分建筑未考慮抗震設(shè)防。之后，有些地區(qū)因設(shè)防烈度的提高，而使原有按較低烈度設(shè)防的建筑，可能不滿足相應(yīng)的抗震要求。多年來的震害實例表明，對現(xiàn)有建筑進行抗震鑒定，并對不滿足抗震要求的建筑采取適當?shù)目拐饘Σ撸�是減輕地震災(zāi)害的重要途徑。
　　2.2輕鋼增層的抗震設(shè)計方法
　　輕鋼增層結(jié)構(gòu)上部增層結(jié)構(gòu)是采用輕鋼結(jié)構(gòu)，而下部原有的結(jié)構(gòu)是砌體結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，因此，新組合成的輕鋼增層結(jié)構(gòu)屬于復(fù)合結(jié)構(gòu)。由于鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)或砌體結(jié)構(gòu)的阻尼比不同，因此輕增剛層結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)非經(jīng)典阻尼的特征。Caughey和Kelly給出了體系具有經(jīng)典阻尼的充要條件。由于體系是非經(jīng)典阻尼，傳統(tǒng)的實模態(tài)疊加法已不能適用，應(yīng)當采用復(fù)模態(tài)疊加法。通過在復(fù)數(shù)域求解狀態(tài)方程，得到非經(jīng)典阻尼結(jié)構(gòu)在地震作用下的地震響應(yīng)，但是，我國建筑抗震規(guī)范(GB50011-2001(2008版))的設(shè)計理論是以反應(yīng)譜理論為基礎(chǔ)，目前仍沒有基于反應(yīng)譜理論的復(fù)模態(tài)疊加方法，因此，輕鋼增層結(jié)構(gòu)采用復(fù)模態(tài)疊加方法進行設(shè)計仍受到限制，需要尋找與反應(yīng)譜理論相適應(yīng)的設(shè)計方法�？梢圆捎脤嵞�態(tài)強振型解法，來近似解決非經(jīng)典阻尼的計算方法[12]。
　　2.3直接增層法的抗震設(shè)計方法
　　采用結(jié)構(gòu)控制的手段，讓增層結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)相互作用，增層結(jié)構(gòu)起到耗能器的作用，使原結(jié)構(gòu)的抗震性能得到改善，從而解決直接增層后舊結(jié)構(gòu)的抗震問題。通過理論分析和試驗驗證，認為增層結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)之間存在著相互作用，因此可選擇增層結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、剛度和阻尼比，使增層結(jié)構(gòu)起到耗能器的作用，減小原結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)。采用結(jié)構(gòu)控制方法對原結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)進行控制，關(guān)鍵是選擇增層結(jié)構(gòu)的剛度。當采用鋼筋混凝土或鋼結(jié)構(gòu)后，增層結(jié)構(gòu)剛度仍較大而不能滿足最優(yōu)控制要求時，可在增層結(jié)構(gòu)中使用橡膠支座，軟化增層結(jié)構(gòu)。橡膠支座除了能軟化結(jié)構(gòu)外，還能增大結(jié)構(gòu)阻尼，提高減震效果，同時能大大降低增層結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)，使增層結(jié)構(gòu)的強度要求降低，節(jié)約材料，提高經(jīng)濟效益[13]。
　　2.4結(jié)構(gòu)被動調(diào)諧質(zhì)量減震法
　　被動調(diào)諧減震控制體系是一種全新的抗的概念，它是運用反共振理論把一定的質(zhì)量和大阻尼的隔震支座設(shè)計成動力吸震器對下部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生作用，從而使結(jié)構(gòu)在地震作用下阻尼增大，耗能能力大大提高，地震反應(yīng)減小。這是一種通過降低結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)而使結(jié)構(gòu)抗震能力得到提高。運用被動調(diào)諧減震控制體系對于減少建筑物地震反應(yīng)效果是非常明顯。我們把既有建筑物視為主結(jié)構(gòu)，加層部分視為子結(jié)構(gòu)，控制體系由主結(jié)構(gòu)與子結(jié)構(gòu)兩部分組成，子結(jié)構(gòu)具有質(zhì)量、剛度和阻尼，因而，可以通過調(diào)整子結(jié)構(gòu)的自振頻率，使其盡量接近主結(jié)構(gòu)的基木頻率或激振頻率，這樣，當主結(jié)構(gòu)受激勵而發(fā)生振動時，子結(jié)構(gòu)就會產(chǎn)生一個與結(jié)構(gòu)振動方向相反的慣性力作用在主結(jié)構(gòu)上，使主結(jié)構(gòu)的振動反應(yīng)衰減少并受到控制[14]。
　　既有建筑物的加層，需要在原有結(jié)構(gòu)的屋頂上安裝大阻尼橡膠墊支座，并在支座上澆筑鋼筋硅墻梁然后再施工加層結(jié)構(gòu)，充分利用加層結(jié)構(gòu)的質(zhì)量與橡膠墊支座組成質(zhì)量阻尼系統(tǒng)以此來達到減震的效果保證了增層建筑物的安全。
　　3正確評價舊有房屋的地基承載力
　　在房屋的增層改造過程中，合理地確定舊有房屋的地基承載力是設(shè)計的關(guān)鍵。有利于提高地基承載力的因素可歸納為：①許多城市地下水位下降，土體有效應(yīng)力增加，地基承載力有所提高；②《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》[15](GB5007-2002)的修訂相應(yīng)提高了地基承載力的設(shè)計值，可挖掘出地基承載力的安全儲備，如砂類土可提高10％～30％，粘性土為5％～25％；③在建筑物自重及使用荷載作用下，地基壓密影響深度為0.5～1B(B為基礎(chǔ)寬度)，地基土孔隙比e、含水率w都降低，而重度γ、壓縮模量Es、內(nèi)摩擦角、粘聚力C等值都顯著提高，土性明顯改善；④增層改造可調(diào)整原有建筑的結(jié)構(gòu)體系，充分發(fā)揮原有地基承載力的潛力。若原為縱墻承重，增層后可改為橫墻承重，使整個建筑物地基受力更為均勻，更經(jīng)濟合理地發(fā)揮地基承載力的潛力。⑤由于增層改造使建筑物剛度大為增加，基底應(yīng)力分布比較均勻，可以改善建筑物的不均勻沉降。當然在考慮到這些有利因素的同時，還應(yīng)特別注意不利于地基承載力提高的因素：如由于水管漏水，使地基濕陷下沉，承載力明顯降低；有松軟下臥層、流砂層以及新發(fā)現(xiàn)的地下坑穴等，都不利于地基承載力的提高。
　　4結(jié)束語
　　通過對房屋增層改造方法及適用性的介紹，為以后建筑物增層改造方法的選擇提供了參考。規(guī)范中并沒有對增層改造房屋的抗震計算提供具體的計算方法，文中查閱資料概括了部分增層方法的抗震設(shè)計，為地震區(qū)增層改造的計算提供了便利。房屋地基承載力的正確評價是增層改造的前提工作，房屋地基承載力的好壞是增層改造方法選擇的依據(jù)。
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