浅析老建筑加固设计

摘要：在全国范围内依旧存在大量的老旧建筑，此部分建筑由于使用年限、建筑工艺等方面的原因很难满足现阶段抗震应力需求，又由于成本等因素无法拆除新建，故而需要通过加固修缮等方式来保障建筑安全，其中隔震加固是一种有效的方式。本文以某地的一处80年代老旧建筑为例，探究隔震加固的具体设计要点，旨在为后续的工作提供一定的参考。

关键词：老旧建筑；隔震加固；设计方案

随着我国建筑工程的不断发展，新理念、新标准、新技术不断出台。尤其是近年来，在地质灾害的作用下，部分老旧建筑出现了裂缝，甚至是坍塌事故，更提高了社会对于老旧建筑安全性的关注。在此种背景下，在无法拆除新建的前提下，对老旧建筑进行基于现代施工技术的加固设计是一种可行方案。其中隔振加固又是其中较为常见的一种。本文以某地震带区域工厂办公建筑为具体的案例，对其隔震加固的具体设计方案进行分析，希望能够指导后续的其他类似工程。

1工程概况

本项目所研究的老旧建筑为某地震带所属地市某橡胶厂的办公用房。该建筑于1983年设计施工，1985年交付使用，楼龄34年。该建筑的长52m，宽45m，呈C型分布，主楼与配楼间通过连廊链接无明显的应力联合。该建筑地上部分采用搭错方式进行构建，内部分为A、B两栋，其中A栋地上4层，层高6.45m，B栋地上7层，层高为6.45m，二者为一体施工结构，无地下室。从工程角度考虑，该建筑为钢筋混凝土框架结构，楼板构造采用空心预制板予以构建，值得关注的是预制板与框架之间的链接在B栋结构上为现浇工艺，在A栋结构上为锚嵌工艺。目前，建筑依旧作为办公楼宇进行使用，建筑整体结构完好，部分梁柱出现合理裂缝，裂缝深度与分布均符合正常使用条件。

2加固意义及其总体设计

该建筑始建于20世纪80年代初，受限于当时的施工技术，虽然主体结构为框架浇筑结构，但是大部分楼板均为预制板链接。且采用了矩形柱与花篮梁相结合的方式进行构筑。此种建筑方式在当时的施工条件下符合规定，但是从现阶段的建筑安全层面上则存在一定的问题。在加固的过程中一方面可以保障建筑的主体结构得到进一步的夯实，弥补由于使用年限、地质沉降、多源振动等因素带来的建筑内部结构的损坏。另一方面与其他的加固方式或者拆除重建等方式相比具有一定的成本优势。与此同时，采用隔震加固的方式在施工周期上也同样具有优势，能够最大化的发挥该建筑的使用效能。在具体的加固设计过程中总体采用空间位移最小化、构件承载力提升合规化的基本要求。具体而言，对扭转位移比超过限定，且承载力突变的梁柱进行加固，对截面低于400×600的予以拓展，对梁高进行增加等三方面工作，并对其墙体、支撑的配套工程进行加固。通过此种施工方式的加固后，建筑的整体应力水平得到显著的增加，尤其是在抗震作用上提高更为明显。按照理论设计估计，同等级地震震度水平对建筑的影响只有原有影响的50%作用，极大的提升了建筑的抗震性，进而保障了建筑的综合使用安全。因此，在成本限定的基础上，达到预期的加固效果。

3隔震加固设施方案研究

在具体的加固设计中，按照不同的加固环节与建筑部位，其设计内容可以表现为如下三个方面：（1）隔震设计。隔震设施是本次加固设计的关键，其本质上是将更多的振动应力转嫁到加固结构上来，从而使得原有建筑的应力水平得到显著的下降。从总体的设计要求来看，隔震目标为40%~50%之间，在此种条件下加固后的建筑可以在非极端条件下有效的达到建筑的使用安全要求。故而，隔震设施是本项目工程的重点内容。在具体的涉及环节中，隔震设计需要达到较好的“隔”的作用，故而需要对隔震层进行构建。根据原建筑的层高举架较高等特征（均值为6.32m），故而其隔震层至少需要提高0.8的标高，并为后续上部建筑的地梁预留一定的空间。在形成隔震层后需要切断隔震层与原有建筑结构之间的联系，并达到建筑的深埋要求。具体到设计环节中，采用PKPM的计算方式对隔震层的应力计算方式进行构建，并利用支柱与支座1：1配合的方式形成有效的隔震支撑。其具体的支柱配比与原建筑的主体矩形柱相对应，并增加外部钢结构的支柱体系，使得建筑的支柱从原建筑的46点增加到加固后的59点，支柱间按照矩形分布，形成有效的联合，即保障了建筑的整体性，又保障了建筑不同应力节点之间的平衡。（2）上部结构加固设计。从加固的基本要求来看，隔震加固后，建筑需要能够达到7度震度的抗震性能。这就需要在上部结构的加固设计中考虑到最大的位移比以及抗震承载力。通过理论推演，建筑加固后的最大位移比控制在1.3~1.4靠近1.3方向上最为理想。在此种模式中能够达到地震作用的震度得到有效的隔离，从而形成更为安全的建筑应用环境。在上述指导原则下，具体设计过程中考虑三方面问题：①需要对全部的空心预制楼板进行加固，设计在预制板的基础上形成50mm水平的现浇叠合，形成有效的一体化构建；②针对原建筑中的方桩长度过程很难承接无梁拉接应力故而采用静压锚杆桩的方式对现有梁结构进行补强；③形成双向的承台地梁，来弥补原有梁柱体系应力不足的客观矛盾。（3）托换设计。实现既有建筑的隔震加固，需设置隔震层，该层在柱段中置换入隔震支座，因此存在一个特有的切柱托换设计。在切除柱段和置换隔震支座的过程中，需要托换结构支撑上部结构重量将其传递给下部基础。托换方式上有外加钢结构托换、外加混凝土托换，国外尚有专业托换机械设备；托换结构的形式有托换梁，托换牛腿、托换承台、翼墙等。为控制隔震层高，该项目选择托换台及上部翼墙的托换形式，托换台高度650mm，托换翼墙高度按计算确定。在具体的设计中，考虑到该建筑的实际情况，采用植入锚筋和上支墩的方式来进行托换。由于托换的高度相对较低，故而在施工中的难度也相对较小。但是，同样需要注意如下三方面的问题：①是在设计过程中要考虑深梁的抗弯性能，不能再托换的过程中形成超负荷的剪压，从而保障其主体结构特性不被破坏。②是需要考虑托换节点的应力承受能力。混凝土的物理结构特性会随着建筑使用寿命的延长而降低，在托换节点上应力承载能力可以通过实验的方式来予以确定，并综合考虑托换设备的结合面积来形成合规范围，如果超出这一范围则会对梁柱产生破坏。③是按照现阶段的建筑要求与标准在隔震支座完成施工后需要切除翼墙并进行重建或修补，以达到建筑整体性的基本要求。

4总结

为了达到现代建筑的使用安全标准，在无法拆除重建的情况下可以对老旧建筑进行改造。其中隔震加固能够有效的降低老旧建筑自身的抗震应力需求而作为一种有效加固方式进行广泛应用。本文以具体的建筑为案例，在分析了隔震加固的意义与总体设计要求的基础上，分别对其隔震设计、上层设计以及托换设计等三个方面进行系统分析。希望通过本文的研究能够为后续的老旧建筑隔震加固设计提供必要的理论基础与实践指导。

参考文献

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作者:金万祥 单位:甘肃金桥水科技（集团）有限公司