某砖混结构加层及抗震加固设计探讨

马帧

广东省建筑设计研究院有限公司 510010

摘要：部分砖混结构因为早期技术以及材料等因素的限制，其抗震性以及安全性等无法满足当前标准要求，需要对其做进一步的改造优化，包括结构加层与抗震加固等，延长其服务年限。本文结合案例对砖混结构加层以及抗震加固设计要点进行了简单分析，总结了钢结构加层设计所具有的优势，并择优选择最佳抗震加固处理方法，优化加层钢结构与原结构连接点状态，全面提升工程整体性能。

关键词：砖混结构；钢结构加层；抗震加固

   砖混结构加层可选择的结构形式比较多，其中以轻钢结构加层的重量小、强度高以及对原结构地基影响小等特点决定了对不同工程条件具有更高的适应性。为提高砖混结构加层设计的可行性，需要联合抗震加固进行统一分析，确保加层结构与原有结构之间保持稳定状态，实现对工程结构整体性能的优化。

一、砖混结构加层设计要求

    我国当前存在着大量的砖混结构建筑，因为建设年限较长逐渐暴露出一些问题，尤其是早期受限于技术水平以及规范标准等因素，导致其使用功能逐渐无法满足当前应用要求。面对越来越紧张的土地资源需求问题，为了进一步延长此类建筑的使用年限，现在多选择在原有结构基础上进行加层以及抗震加固设计，使得工程结构的整体性、安全性以及耐久性得到提升。相比新建工程，对原有砖混结构进行加层及抗震加固设计改造，无论是工程量、工期时间还是建筑垃圾等均更具优势，需要投入的经济成本以及时间成本大大减少，既可以减少各类资源的应用，又可避免对周边环境的影响，这对于整个建筑行业的长远发展有着巨大意义。

二、砖混结构加层的几种常见做法

    1.结构加层基本原则

对砖混结构进行加层设计具有非常强的系统性与复杂性，很多建筑在建设初期并未考虑后期的改建需求，同时当前面对砖混结构的加层设计并没有专门的规范和要求，以及工程建设时期与当前规范之间存在较大出入，想要达到预期的加层及抗震设计效果，就需要按照专业原则进行操作。主要可体现在以下几个方面：

①具体情况具体分析，从砖混结构的实际情况出发，通过现场全面检测结果，来选择适应性最强的加层设计方案，最大程度上避免对砖混结构造成影响。②砖混结构已经经过了较长时间的使用，砖墙体以及各构件的性能会有着不同程度的变化，包括安全性、稳定性以及耐久性等方面，在进行结构加层设计前必须要进行真实检测，确认结构的承载力限值，作为改造设计的重要依据。③加层设计必须要有专业机构的检测报告作为依据，确认原结构的承载力情况，判断是否需要对其进行加固。即便是选择轻质钢进行加固依然存在一定的重量，观察结构加层后是否有基础沉降、墙或柱开裂等问题，甚至房屋是否发生倾斜等，一旦发生异常需要立即停止作业，待处理解决后再次进行加层[2]。④结构加层的各项性能必须要完全满足国家相关标准，包括防火、抗震等。并且所使用的施工材料全部要进行质量检测，且以轻质材料为主，尽量降低对原结构的不利影响。

    2.结构加层常见做法

    2.1直接加层法

直接加层法是应用价值最高的一种结构加层方法，可以直接在原结构上进行加层设计，不会对原结构的平面布置以及承载体系造成影响，相比其他加层方法更加简单，且对不同砖混结构条件有着较强的适应性。即便是待加层原结构地基承载力不达标，也只需要对部分结构做针对性加固即可，处理难度更小，同时也能够将建筑存在的承载潜力发挥出来。但是在采用直接加层法处理时，要注意加层高度最大不超过三层。常见局部加固墙体做法及基础加固措施详见下图。

    2.2改变荷载传递加层法

    当工程原结构承载体系无法满足加层设计要求时，便可选择改变荷载传递加层法进行处理，目的是对原结构平面布置进行调整，如将纵墙承重结构更改成纵横墙联合承重结构，促使结构承载力的传递路径发生变化，进而达到优化结构承载能力的目的。一方面是对结构承重方向进行调整改变，为加层后结构的承载体系创造更大有利条件。如纵墙承重的结构体系，加层设计时便要更改为横墙承重；相反原结构采取的横墙承重，则加层设计要更改为纵墙承重体系。实际设计中并非要改变整个结构体系的承重方向，可根据原结构情况选择局部进行调整改变。另一方面可适当增加承重墙或柱，主要是原结构基础承载力和墙体承载体系以及变形无法达到加层改造要求的情况下，便可在原结构基础上增设承重墙或柱子，促使结构的传力路径发生变化，提高结构加层承载能力[3]。

    2.3外套结构加层法

外套结构加层法所适用的条件比较复杂，是前两种加层设计无法满足要求的基础上进行选择的。一般工程建设区域设防裂度在八度以内，且在加层时原结构需要继续使用，以及规划进行多层加层时，便可选择外套结构加层法设计。此种方法便是在砖混结构外层直接设置外套结构，由外套结构来负责进行荷载传递，常见的框架、框架剪力墙等。相比其他加层设计方法，该方法在实际应用上具有更高的灵活性，原结构带来的限制非常小，因此对于不同情况的砖混结构均有着较高的适应性

[4]。进行设计时，可选择将外套框架与原结构直接连接，直接在底层柱与外套框架之间设置一个水平支点，形成外套框架。或者将外套框架与原结构分开设计，形成分离式外套框架加层，此种形式的加层设计外套框架第一层柱子更高。相比来讲，第一种“短腿柱”外套框架形式的实用性更强，能够更大程度上提升砖混结构的承载力与抗震能力。某电影院加固改造实际案例，新增钢框与原有砌体结构连接大样详见下图。

三、砖混结构加层常见加固措施

    1.加固措施中新旧界面连接做法

    1.1植筋技术

    在进行砖混结构加层与抗震加固设计时，传统加固方案会选择在原结构上直接浇筑新混凝土，导致新旧结合面的承载力未达到预期。现有加固方案通常会在砖缝内进行植筋再浇筑混凝土，使新旧构件可以共同受力。植筋技术应用的关键点在于确定植筋锚固的承载力，一般多应用砂浆锚固和化学锚固处理，但是植筋锚固深度的计算难度较高，设计不合理便会影响加层结构的抗震能力[5]。

    1.2混凝土粘结面

    新老混凝土结合面处理是否得当将会影响到加层结构的抗震性能，因为原结构混凝土与新增混凝土的收缩性差异较大，且新老混凝土粘结强度不一，很容易受到外部因素的影响。为提高新老混凝土粘结效果，往往会采用人工凿毛法、钢丝刷刷毛法、高压水射法等对作业面进行处理，并联合膨胀剂共同作用，来达到更好施工效果。

    2.结构加层常见加固措施

    2.1局部墙体承载力不足加固

    如果砖混结构加层过程中对局部墙体造成了较为严重的损坏，需要将其拆除后重新加固处理。或者是抗震墙能力被削弱且无法补强，需要增设新的抗震墙。针对此种情况的抗震加固，要按照原结构情况来选择相同的施工材料，利用钢筋混凝土的形式来对原抗震墙体进行灌浆与修补，以免因为所用砌筑砂浆等级过低而导致抗震加固不达标[6]。另外，墙体结构虽然未被损坏但是本身承载力较差时，要基于墙体宽度和强度来对其做进一步的加固处理。例如适当增加墙体宽度，或者现浇钢筋混凝土板加固等。

    2.2结构整体性较差

    面对开洞比较大的砖混结构，可应用钢筋混凝土在洞周边搭建的方式进行抗震加固，增强结构的整体性能。尤其是现场检测确认纵横墙体整体性较差的砖混结构，可在墙体边设置钢拉杆，形成连接构造柱，或者是结构外增设圈梁等，以此来改善工程结构性能。

    2.3易倒塌结构加固

    抗震墙宽度偏小时，砖混结构加层设计要格外重视抗震性能的优化，结构承载力较差的情况下，有更高的可能性会发生坍塌，因此需要增设钢筋混凝土框，对原有墙体结构进行加固。面对易倒塌工程结构，抗震加固的重点在于消除各种不利影响，增强结构的抗震性能，因此所选抗震加固设计方法要从实际出发，确保所选方法有更高的适应性与可行性。一般砖混结构加层后原结构会产生更大的侧向剪力与竖向承载力，为降低此方面的扰动，需要提前总结各因素进行精确的抗震计算，有目的的进行结构加固，为加层效果的提升创造更多有利条件。

四、某砖混结构加层及抗震设计实施策略

    1.工程概述

    以某教学楼为例，分为东西两区，各为四层与三层的砖混结构建筑。东区长29.5m，宽15.3m，西区长18.2m，宽15.3m，东西区层高全部为3.3。结构墙体应用的是MU10等级的烧结普通砖与M5等级的混合砂浆，楼板与楼盖所用为预制空心板，配套应用砖条形基础，抗震设防烈度6度。现因建设小型礼堂，需要就原西区建筑顶层增加一层，现场检测确认建筑主体结构基本完好，可满足轻质钢结构加层要求。同时因为原结构的部分构件未达到现行抗震标准，加层设计过程中需要同步进行抗震加固。

    2.结构加层设计

    该教学楼建筑原砖混结构中因为部分构件未达到现行抗震标准，需要进行抗震加固。应用轻质钢结构加层时，建筑结构增加的恒载较少。建筑基础固结状态良好，同时长时间固结作用导致地基承载力进一步增大，综合所有条件最终决定采用加层法处理，并对局部构件进行补强。

    （1）顶部加层柱脚设计

    对原结构顶层设置钢筋混凝土反梁，利用此来完成加层架构水平剪力与弯矩的传递，将其用作加层钢结构柱脚基础，通过植筋技术来提升反梁与原结构顶层屋面板的连接效果。施工前对原屋面进行凿毛处理，为新老混凝土的可靠连接打好基础。植筋时面对原结构应用的预制空心板以及预制板下设置的圈梁，需要对预制板钻孔，将锚固钢筋植入到预制板下圈梁内部。与此同时，为更好的适应教学楼原结构布局条件，钢结构加层设计成单跨门式钢架，且柱脚应用刚接方式处理[7]。刚接柱脚平面尺寸较大，且刚接处理会有较大弯矩传递，因此反梁需要设置在纵横两个方向，以及与柱脚连接的反梁部位要适当放大尺寸。

    （2）新老混凝土界面

    反梁浇筑前要对原结构表面进行凿毛处理，并用清水冲洗干净，新老混凝土交界面越粗糙，最后的粘结效果越佳，并且界面粗糙度还会影响到新老混凝土的剪切、弯曲等力学性能。同时，在对顶层反梁浇筑之前，可通过添加膨胀剂来改善粘结效果，经试验确认膨胀剂含量为10%与12%时，分别比8%的粘结强度增加2%与12%，实际施工中可灵活确定最佳添加量。

    3.结构抗震加固

    （1）砌体墙加固

原结构部分横墙表面有温度裂缝存在，未达到抗震标准，可应用钢筋混凝土来进行双面加固处理，改善墙体的承载性能以及刚度。选择C30等级水泥砂浆对墙体两面均匀涂抹40mm厚，并以HPB400钢筋作为主要材料，并搭配φ8三级钢筋，按150mm间距设置。使用M12对拉螺栓及4mm厚钢板来连接钢筋与墙体，使用植筋的方式将双向钢筋边缘与楼板以及墙体连接在一起。具体做法详见下图。

    （2）预制楼板加固

原结构楼屋盖使用的是预制板，检测确认锚固状态良好，最终确定应用整浇叠合层方法对其进行整体加固。对板面上或者板底下设置40mm厚度以上的细石混凝土，并对原预制板设置双向钢筋网，以及向预制板缝内插入短筋，确保现浇钢筋混凝土层和预制楼板来共同受力，使得楼屋盖整体性能进一步提升。经过加固处理后，楼面的水平刚度大大提升，相较之前横墙能够分担更多惯性力，相应的预制梁在纵梁支座部位的集中地震力明显降低。具体做法详见下图。

结束语：

    综上所述，我国当前存在着大量的砖混结构工程，为进一步满足社会发展需求，缓解土地资源压力，现在选择对砖混结构进行加层改造设计，既要保证工程结构的抗震性，又要丰富建筑工程基础功能。根据工程原结构实际状态，科学选择最佳加层以及抗震加固技术方法，全面优化工程整体性能，满足实际应用需求。

参考文献：

[1] 丁斯阳.老旧小区砖混结构抗震加固施工技术研究[J].工程机械与维修,2023(05):98-100.

[2] 陈淑圆.既有多层砖混结构抗震鉴定及加固处理分析[J].安徽建筑,2023,30(06):153-154+173.

[3] 田国文.既有办公楼加层改造及抗震加固设计研究[J].铁道建筑技术,2023(04):89-92+120.

[4] 宋晚春.既有砖混结构的抗震鉴定及其抗震加固技术研究[J].科学技术创新,2023(10):196-199.

[5] 秦旭飞.老旧砖混结构抗震加固与修缮探析[J].安徽建筑,2022,29(08):54-55.

[6] 张瑾琳.某砖混结构加层及抗震加固设计研究[D].河北工程大学,2022.

[7] 李志国,王岚兰.基于砖混结构加层抗震加固设计[J].中华建设,2016(01):104-105.