建筑技术 | 上海地区采用后加混凝土构件加固法进行既有砌体结构改造的适用性分析
由于砌体结构具有原料就地取材、价格低廉、保温性能好等特点，建国后，办公楼、住宅、学校等民用建筑大量采用了该结构型式。据不完全统计，上海市旧住宅区约有1600万平方米建于上世纪五六十年代，七八十年代则有6800多万平方米。2009年上海市中小学校舍普查数据显示，砌体校舍约占57.4%，而目前的校舍大多存在功能缺陷，尤其是现在学生人数较多，原来设计为40人座的教室基本安排为50人左右。
经过多年翻天覆地的发展，城市发展模式亟待做出必要的调整，引入渐进式城市更新模式，减少大规模拆迁建设，不仅是对现有资产的合理利用，更是对社会价值的体现——以尊重现有社区的方式改造旧城区。
后加混凝土构件加固法是在原有砌体结构外侧增设钢筋混凝土构件，形成组合结构，充分利用原有砌体结构的竖向抗压能力，同时发挥外部钢筋混凝土结构抵抗水平力的能力，增加原有砌体结构的完整性和延性，防止结构在大地震作用下倒塌。强度、变形和完整性是评价结构抗震性能的主要指标。原有砌体结构的抗震加固方法主要侧重于强度和完整性，而后加混凝土构件加固法则从强度、变形和完整性三个方面提高原有砌体结构的抗震性能。
1 上海市既有旧砌体结构调查
1.1 住宅
20世纪七八十年代，上海建设了大量的多层厂房，如长白、曲阳、沪太、长丰、仙霞等新村，住宅建设基本采用上海职工住房标准图，如74式、75式、互助式、宝钢点式、内院式等。两类旧厂房在使用特征、平面形态上具有相同的性质和特点。80年代的旧厂房与70年代的旧厂房类型相比，在平面形态、户型上有了很大的改变，更多地采用了横向直楼梯，增加了楼梯间的服务面积。通过对70、80年代旧厂房的调查、分析、归纳，这些旧厂房拥有大量的住宅建筑，代表了当时上海住宅建设的实际情况。
（1）住宅户型以一居室、一居室半、两居室为主，有少量两居室半户型，该类户型建筑面积标准较低。
一居室约25平米/套；一居室半约25~35平米/套；两居室约35~45平米/套；两居室半约45~55平米/套。除少数70年代的74-3型外，均为独立户型，每套均保证有至少一间卧室及一个南向阳台。
（2）在户型设计上，没有客厅（厅），厨房多为开放式走廊式布置，室内卫生间、北侧次卧及交通面积较小，另外近一半的厨房、卫生间房间为间接采光甚至昏暗，这些也是由当时的户型面积标准决定的。
（3）公共区域楼梯间跨度一般为2.4米或2.7米，除内院式住宅外，一般一个楼梯间服务4户以上，多数户型设有内外连廊，满足交通接驳。
（4）房间面宽一般为3.3米或3.35米（天井式除外），进深约9至11米，房间面宽比较均匀、有条理，受此限制，户型设计显得局促，功能关系不顺畅。
（5）住宅建筑以两套单元组成，层数以6层为主，也有少量为5层。
1.2教学楼及办公楼
汇总分析了上海市城区中小学（含幼儿园、特殊学校等）建筑抗震检测综合数据，在调查的中小学中，砖混结构占34.8%，且这些学校建造时间较早，一般为1990年之前。
（1）砖混结构的教学楼、办公楼的建筑特点是：建筑面积一般为2000~，层数一般为3~5层，层高一般为3.3m、3.6m、3.9m。建筑跨度一般为、、、等，进深一般为、等。房屋建筑布局一般为内廊式，少数为外廊式。楼梯间设在房屋两端。纵向墙体开口较多，窗间墙距一般为0.8~1.2m。
（2）该类砌体结构的结构特点。基础形式多为条形钢筋混凝土基础或刚性混凝土基础。埋置深度多在室外楼面以下1.000m左右，以旧土（棕黄色黏土）埋置为准。基础宽度根据基础承载力及层数按表选择，常用混凝土号150。一般为无梁型钢筋混凝土条形基础，在底层局部墙下或门洞下设置梁式条形钢筋混凝土基础。
（3）墙体。±0.000以下墙体基础一般采用普通烧结砖和水泥砂浆砌筑。±0.000以上墙体砌块主要采用普通烧结砖、多孔砖、青砖，少量结构采用粉煤灰砌块；砂浆主要为混合砂浆、石灰砂浆。
（4）楼板及地面层主要采用预制预应力多孔板、现浇钢筋混凝土板，板厚一般为100mm或120mm。
（5）门窗洞口处设置预制混凝土过梁，梁高有100mm、160mm、200mm三种。20世纪70年代，现浇节点多采用预制圈梁，一般沿外墙夹层设置，屋面设置统一的圈梁。部分户型楼梯间也设置圈梁。20世纪80年代，现浇圈梁逐层设置。20世纪七八十年代，多层建筑基本没有构造柱，但进入90年代，构造柱多设置在房屋四角。
（6）墙砖强度一般达到MU75或MU100。
砂浆强度一般达到M1.5或M2.5，圈梁、构造柱混凝土强度一般达到C20，少量达到C30。
2 项目实例
2.1 住宅装修
2002年，上海市闸北区一栋六层多层住宅楼首次实施综合改造工程，建筑先是加层、加宽，后改为坡屋顶，将公共设施、社区环境、居住功能的改善融入到项目改造之中，彻底改变了原来老旧公房的面貌。该项目于2003年建成投入使用，至今未发生影响安全的问题。该房屋设计于1986年，为典型的六层砖混结构房屋，改造前结构状况较好，未发现明显结构缺陷。房屋基本呈长方形，总轴线长度36.0m，共10个3.6m开间，轴线宽度11.25m，共2个单元，每个单元宽度9.25m，两单元错开2m。东侧单元每梯4户，6个开间； 西侧单元3户/梯，4开间，房屋层高2.8米，总高16.8米。
改造方案为：将底层6户搬迁至新增带阁楼的7层，改善住房条件；将原只占用1个单元的公共设施扩建至整个底层面积；房屋南北向扩大1.1~1.2m，2~6层36户均增加房屋面积；利用楼梯间扩大部分增设2部电梯；同时统一布置空调架、晾衣架，安装电子防盗门，引入宽带网络，增设变频供水系统，增加绿墙，栽种绿化。改造后2~6层及错层房屋平面图分别如图1、图2所示。
图1 综合平改坡后房屋2至6层平面示意图
图2 错层房屋综合平改坡后示意图
由于该房东北角与后方房屋距离较远，坡屋顶局部延伸至7层，即F型房屋与D型房屋略有不同。综合整治前后房屋面积指标如表1所示，可见各住宅单元面积均有不同程度的增加。
表1 住房面积指标m²
2.2 教学楼改造
某学校教学楼为6层砖混结构，原结构主要建筑特征概述如下。
（1）平面呈长方形，纵（东西）轴线长36.60米，横（南北）轴线长16.44米，为内廊式建筑，宽2.16米，教室宽7.47米，长11.20米，西端有楼梯间。建筑地面及楼面为水磨石，总建筑面积约2757平方米。
（2）基础形式为墙下钢筋混凝土条形基础，基础宽度主要为1.0m、1.2m、1.4m、1.5m，基础深度距室外楼面约1.70m。
（3）上部结构为纵横墙混合承重结构，墙厚240mm，梁截面尺寸为200mm×500mm、200mm×550mm等。楼板为现浇混凝土板，厚度为100mm。
（4）墙体材料中普通烧结砖强度等级为MU 10，砂浆强度等级为M 2.0；混凝土强度等级为C 25。
由于该建筑的使用功能和抗震性能需要提高，且上海市学校学生人数增加，现有教室使用功能已不能满足要求。因此采用外混凝土短肢剪力墙法对砌体结构进行改造加固，不仅可以提高结构的抗震性能，而且可以增加建筑的使用面积，改善其使用功能。改造前后结构平面图如图3所示。
图3 改造后结构标准平面示意图
3. 如何连接节点
在实际施工过程中发现，《砖混结构加固与修缮》中混凝土构件与砌体结构的连接方式，尤其是混凝土销钉的设置，在施工过程中对原有墙体破坏较大，且施工难度较大，施工过程受场地、人员限制，施工质量不易保证。为此，提出了“预埋钢筋+拉结钢筋（螺栓）”的连接方式（图4）。该连接方式采用砖墙预埋钢筋代替混凝土销钉，可最大限度减少对原有墙体的破坏，也可减少施工人员和工程造价。
（A）
（二）
图4 抗剪加固+埋置加固法示意图
（a）剖面图；（b）立面图
4。结论
随着生态环保的日益重视，减少大拆大建的粗放式发展模式势在必行。既有砌体结构改造不仅是对既有资产的合理利用，更是在尊重既有社区的基础上体现旧区改造的社会价值。后加混凝土构件加固方法从建筑和结构两个方面提高了既有砌体结构的性能和安全性，是解决城市发展中既有砌体结构改造加固的新思路。
摘自《建筑技术》2023年4月号周斌
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