淺析老建筑加固設計

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摘要：在全國范圍內依舊存在大量的老舊建筑，此部分建筑由于使用年限、建筑工藝等方面的原因很難滿足現階段抗震應力需求，又由于成本等因素無法拆除新建，故而需要通過加固修繕等方式來保障建筑安全，其中隔震加固是一種有效的方式。本文以某地的一處80年代老舊建筑為例，探究隔震加固的具體設計要點，旨在為后續的工作提供一定的參考。

關鍵詞：老舊建筑；隔震加固；設計方案

隨著我國建筑工程的不斷發展，新理念、新標準、新技術不斷出臺。尤其是近年來，在地質災害的作用下，部分老舊建筑出現了裂縫，甚至是坍塌事故，更提高了社會對于老舊建筑安全性的關注。在此種背景下，在無法拆除新建的前提下，對老舊建筑進行基于現代施工技術的加固設計是一種可行方案。其中隔振加固又是其中較為常見的一種。本文以某地震帶區域工廠辦公建筑為具體的案例，對其隔震加固的具體設計方案進行分析，希望能夠指導后續的其他類似工程。

1工程概況

本項目所研究的老舊建筑為某地震帶所屬地市某橡膠廠的辦公用房。該建筑于1983年設計施工，1985年交付使用，樓齡34年。該建筑的長52m，寬45m，呈C型分布，主樓與配樓間通過連廊鏈接無明顯的應力聯合。該建筑地上部分采用搭錯方式進行構建，內部分為A、B兩棟，其中A棟地上4層，層高6.45m，B棟地上7層，層高為6.45m，二者為一體施工結構，無地下室。從工程角度考慮，該建筑為鋼筋混凝土框架結構，樓板構造采用空心預制板予以構建，值得關注的是預制板與框架之間的鏈接在B棟結構上為現澆工藝，在A棟結構上為錨嵌工藝。目前，建筑依舊作為辦公樓宇進行使用，建筑整體結構完好，部分梁柱出現合理裂縫，裂縫深度與分布均符合正常使用條件。

2加固意義及其總體設計

該建筑始建于20世紀80年代初，受限于當時的施工技術，雖然主體結構為框架澆筑結構，但是大部分樓板均為預制板鏈接。且采用了矩形柱與花籃梁相結合的方式進行構筑。此種建筑方式在當時的施工條件下符合規定，但是從現階段的建筑安全層面上則存在一定的問題。在加固的過程中一方面可以保障建筑的主體結構得到進一步的夯實，彌補由于使用年限、地質沉降、多源振動等因素帶來的建筑內部結構的損壞。另一方面與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優勢。與此同時，采用隔震加固的方式在施工周期上也同樣具有優勢，能夠最大化的發揮該建筑的使用效能。在具體的加固設計過程中總體采用空間位移最小化、構件承載力提升合規化的基本要求。具體而言，對扭轉位移比超過限定，且承載力突變的梁柱進行加固，對截面低于400×600的予以拓展，對梁高進行增加等三方面工作，并對其墻體、支撐的配套工程進行加固。通過此種施工方式的加固后，建筑的整體應力水平得到顯著的增加，尤其是在抗震作用上提高更為明顯。按照理論設計估計，同等級地震震度水平對建筑的影響只有原有影響的50%作用，極大的提升了建筑的抗震性，進而保障了建筑的綜合使用安全。因此，在成本限定的基礎上，達到預期的加固效果。

3隔震加固設施方案研究

在具體的加固設計中，按照不同的加固環節與建筑部位，其設計內容可以表現為如下三個方面：（1）隔震設計。隔震設施是本次加固設計的關鍵，其本質上是將更多的振動應力轉嫁到加固結構上來，從而使得原有建筑的應力水平得到顯著的下降。從總體的設計要求來看，隔震目標為40%~50%之間，在此種條件下加固后的建筑可以在非極端條件下有效的達到建筑的使用安全要求。故而，隔震設施是本項目工程的重點內容。在具體的涉及環節中，隔震設計需要達到較好的“隔”的作用，故而需要對隔震層進行構建。根據原建筑的層高舉架較高等特征（均值為6.32m），故而其隔震層至少需要提高0.8的標高，并為后續上部建筑的地梁預留一定的空間。在形成隔震層后需要切斷隔震層與原有建筑結構之間的聯系，并達到建筑的深埋要求。具體到設計環節中，采用PKPM的計算方式對隔震層的應力計算方式進行構建，并利用支柱與支座1：1配合的方式形成有效的隔震支撐。其具體的支柱配比與原建筑的主體矩形柱相對應，并增加外部鋼結構的支柱體系，使得建筑的支柱從原建筑的46點增加到加固后的59點，支柱間按照矩形分布，形成有效的聯合，即保障了建筑的整體性，又保障了建筑不同應力節點之間的平衡。（2）上部結構加固設計。從加固的基本要求來看，隔震加固后，建筑需要能夠達到7度震度的抗震性能。這就需要在上部結構的加固設計中考慮到最大的位移比以及抗震承載力。通過理論推演，建筑加固后的最大位移比控制在1.3~1.4靠近1.3方向上最為理想。在此種模式中能夠達到地震作用的震度得到有效的隔離，從而形成更為安全的建筑應用環境。在上述指導原則下，具體設計過程中考慮三方面問題：①需要對全部的空心預制樓板進行加固，設計在預制板的基礎上形成50mm水平的現澆疊合，形成有效的一體化構建；②針對原建筑中的方樁長度過程很難承接無梁拉接應力故而采用靜壓錨桿樁的方式對現有梁結構進行補強；③形成雙向的承臺地梁，來彌補原有梁柱體系應力不足的客觀矛盾。（3）托換設計。實現既有建筑的隔震加固，需設置隔震層，該層在柱段中置換入隔震支座，因此存在一個特有的切柱托換設計。在切除柱段和置換隔震支座的過程中，需要托換結構支撐上部結構重量將其傳遞給下部基礎。托換方式上有外加鋼結構托換、外加混凝土托換，國外尚有專業托換機械設備；托換結構的形式有托換梁，托換牛腿、托換承臺、翼墻等。為控制隔震層高，該項目選擇托換臺及上部翼墻的托換形式，托換臺高度650mm，托換翼墻高度按計算確定。在具體的設計中，考慮到該建筑的實際情況，采用植入錨筋和上支墩的方式來進行托換。由于托換的高度相對較低，故而在施工中的難度也相對較小。但是，同樣需要注意如下三方面的問題：①是在設計過程中要考慮深梁的抗彎性能，不能再托換的過程中形成超負荷的剪壓，從而保障其主體結構特性不被破壞。②是需要考慮托換節點的應力承受能力。混凝土的物理結構特性會隨著建筑使用壽命的延長而降低，在托換節點上應力承載能力可以通過實驗的方式來予以確定，并綜合考慮托換設備的結合面積來形成合規范圍，如果超出這一范圍則會對梁柱產生破壞。③是按照現階段的建筑要求與標準在隔震支座完成施工后需要切除翼墻并進行重建或修補，以達到建筑整體性的基本要求。

4總結

為了達到現代建筑的使用安全標準，在無法拆除重建的情況下可以對老舊建筑進行改造。其中隔震加固能夠有效的降低老舊建筑自身的抗震應力需求而作為一種有效加固方式進行廣泛應用。本文以具體的建筑為案例，在分析了隔震加固的意義與總體設計要求的基礎上，分別對其隔震設計、上層設計以及托換設計等三個方面進行系統分析。希望通過本文的研究能夠為后續的老舊建筑隔震加固設計提供必要的理論基礎與實踐指導。

參考文獻

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作者:金萬祥 單位:甘肅金橋水科技（集團）有限公司