舊房加固改造技術(shù)在國內(nèi)外研究綜述

蒲靜

【摘 要】時代的發(fā)展，使得建筑行業(yè)技術(shù)不斷更新，建筑結(jié)構(gòu)形式多樣化，更加滿足人們的需求。但是，國家建設(shè)的不斷發(fā)展，原有的建筑日益增多，這些建筑的結(jié)構(gòu)體系和使用功能不能滿足原有設(shè)計(jì)要求和人們的要求時，加固改造技術(shù)是一種較為合理的措施。本文將從對國內(nèi)外對加固改造技術(shù)的研究狀況做一簡單介紹。

【關(guān)鍵詞】加固;加層;研究

中圖分類號： TU375.4;TU352.11文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）19-0185-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.19.090

1 國外的研究現(xiàn)狀

70年代以后，世界各國對舊房的改造利用越來越重視，將重點(diǎn)放在對既有房屋進(jìn)行現(xiàn)代化改造[1]。進(jìn)入上世紀(jì)90年代以來，在國際上新建建筑市場不斷蕭條的情況下，產(chǎn)生了一種新興產(chǎn)業(yè)，即對舊房屋進(jìn)行維修改造。這種產(chǎn)業(yè)具有非常好的發(fā)展前景，不斷增大在建筑市場中的比例，為各國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供了新的增長點(diǎn)。

據(jù)有關(guān)資料顯示，英、美兩國在1985年時僅商業(yè)、工業(yè)及辦公建筑的改造投資就達(dá)965億美元，對舊房屋進(jìn)行維修改造市場進(jìn)入全盛時期。瑞典于20世紀(jì)80年代的建筑發(fā)展主要放在了對原建筑物的改造上，全國建筑50%的總投資用于維修改造中。前蘇聯(lián)也盡可能減少對舊房的拆除，保留有價(jià)值的建筑并定期維修改造，同時在莫斯科和圣彼得堡等城市設(shè)立建筑設(shè)計(jì)院專門負(fù)責(zé)改造設(shè)計(jì)。其他如波蘭、意大利、匈牙利、德國、捷克、斯洛伐克等國家自20世紀(jì)70年代以來都提出住宅建設(shè)的重點(diǎn)是對既有房屋的現(xiàn)代化改造。于1906年～1913年采用鋼結(jié)構(gòu)加層的美國紐約商業(yè)區(qū)B.Altman Department Store[2]，庭院加一層，中廳加四層，塔樓部分加七層，共增加面積235000平方英尺;加層結(jié)構(gòu)為鋼框架結(jié)構(gòu)，鋼柱與原有柱直接連接，采用W12鋼梁和W16鋼桁架，鋼筋混凝土復(fù)合樓板中混凝土采用輕質(zhì)的。設(shè)計(jì)時以荷載的傳遞為主要考慮對象，盡可能對樓蓋系統(tǒng)采用輕型結(jié)構(gòu)。一座建于50年代的墨西哥城的10層辦公樓，在1985年Michoacan Earthquake中因共振而破壞，對建筑進(jìn)行加強(qiáng)鋼框架來代替ADAS（將阻尼和剛度增大的系統(tǒng)）的加固處理，通過對兩種加固形式的動力特性分析比較，可知，雖然ADAS的抗震性能好于加強(qiáng)鋼框架，但是加強(qiáng)鋼框架可以增大建筑的整體剛度，并且工程造價(jià)較低。

許多國家非常重視對古建筑保護(hù)修復(fù)技術(shù)的研究，定期舉行以建筑物修繕改造為主題的學(xué)術(shù)會議以及出版專業(yè)的學(xué)術(shù)刊物，例如英國的Concrete Engineering International期刊，印度的the Stmctural Engineer和Indian Concrete期刊等等，這些學(xué)術(shù)會議和期刊每年都會出版大量關(guān)于建筑物加固、改造升級的論文和技術(shù)規(guī)程。例如美國相關(guān)規(guī)范《Seismic Provisions for Structural teel Buildings》、歐洲相關(guān)規(guī)范《Eurocode8：Design of structures for earthquake resistance》。

2 國內(nèi)的研究現(xiàn)狀

70年代以來，我國政府越來越重視對舊建筑的加固改造。加層改造無論在實(shí)踐方面還是理論研究方面都在不斷的進(jìn)步。我國先后組織和成立專門分析研究舊建筑的鑒定與加層加固改造的科研協(xié)會，相關(guān)部門還頒布了一系列的規(guī)程規(guī)范，如《建筑抗震加固技術(shù)規(guī)程》（JGJ116-2009）、《現(xiàn)有建筑抗震鑒定與加固規(guī)程》（DGJ08-81-2000）、《磚混結(jié)構(gòu)房屋加層技術(shù)規(guī)范》（CECS78：96）、《鋼結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范》（CECS77∶96）。

2006年，付麗麗[3]通過理論分析外包鋼加固混凝土柱的受力性能和破壞狀態(tài)，以及對長柱和短柱的五種加固灌漿情況進(jìn)行反復(fù)加載試驗(yàn)，研究了外包鋼加固混凝土柱的抗震性能，并且采用分離式有限元模型對外包鋼加固構(gòu)件進(jìn)行了非線性有限元模擬;得到復(fù)合灌漿料加固的混凝土柱的抗震性能較理想，非線性有限模擬與試驗(yàn)結(jié)果很好的吻合。

2007年，楊曉明，周東明，李海峰[4]通過加層節(jié)點(diǎn)的直接鉆孔連接法、柱中筋直接連接法和U型箍連接法，提出了外包剛性連接節(jié)點(diǎn)。分析可知外包剛性連接有較好的耐久性和抗震性，保證了加層工程的整體受力性能。潘建力等人運(yùn)用MATLAB語言編制結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析程序，對外包鋼加固混凝土空間結(jié)構(gòu)采用反應(yīng)譜法進(jìn)行地震計(jì)算;分別對三層框架和七層框架進(jìn)行對比分析，得到外包鋼加固可以減小結(jié)構(gòu)自振周期，提高整體剛度，顯著提高結(jié)構(gòu)豎向和水平荷載的承載力。

2008年，薛彥濤，韋承基，孫仁范，史鐵花，韓雪在能量原理的基礎(chǔ)上推，導(dǎo)出精確計(jì)算加層結(jié)構(gòu)采用不同材料時的阻尼比的公式;同時，在以剪切變形為主的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)之上，通過兩個算例，推導(dǎo)出只與結(jié)構(gòu)振型、樓層質(zhì)量相關(guān)以及用于手算的不同材料加層結(jié)構(gòu)阻尼比的計(jì)算公式，并與精確公式相比有較好的精度。

2009年，趙千榮，金旭，張建明對加設(shè)兩層輕鋼框架的四層鋼筋混凝土框架的實(shí)例進(jìn)行建模，研究了常數(shù)阻尼、Rayleigh阻尼和振型應(yīng)變能阻尼三種阻尼計(jì)算方法對輕鋼増層結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的影響，得到振型阻尼理論比較合理。潘金炎，江克勤結(jié)合某7層綜合辦公樓的實(shí)例，詳細(xì)介紹了對其混凝土柱進(jìn)行外包型鋼加固的設(shè)計(jì)方案和施工技術(shù)，得到了與其它加固方法比較，型鋼加固有效提高結(jié)構(gòu)的承載力和剛度，使結(jié)構(gòu)的耐久性、可靠性和安全性得到了保證。

2010年，周利劍，黃兢通過研究某鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)加層設(shè)計(jì)實(shí)例，進(jìn)行了整體框架的計(jì)算分析，對混凝土框架柱與鋼柱的連接、混凝土與鋼梁的連接以及樓梯的加層進(jìn)行分析。得到新舊構(gòu)件之間必須采取可靠連接，結(jié)構(gòu)著重考慮抗震作用。

2011年，宗鐘凌，曹雙寅，張皓，潘宇翔，呂鳳偉對錨栓生根、焊接生根和增大截面生根共五個加層連接節(jié)點(diǎn)的足尺模型進(jìn)行低周反復(fù)荷載試驗(yàn)，研究了破壞形態(tài)、滯回曲線、位移延性、耗能能力等。得出結(jié)論：增大截面生根相比焊接生根和錨栓生根具有更優(yōu)的抗震性能，但焊接生根和錨栓生根可操作性較強(qiáng)，施工工藝相對簡單。

2012年，李潤斌、任澤民利用ANSYS有限元軟件設(shè)計(jì)了四個輕鋼加層不同連接形式節(jié)點(diǎn)：U型鋼箍加固（鉸接）、碳纖維加固（剛接）、鋼板加固和純剛接（剛接），通過加載低周反復(fù)荷載，使構(gòu)件達(dá)到屈服直至破壞，分析它們的抗震性能，得到鋼板加固（剛接）的節(jié)點(diǎn)抗震性能最優(yōu)。在此基礎(chǔ)上，提出了一種鋼板碳纖維混合加固連接形式的鋼混節(jié)點(diǎn)（剛接），并建模分析比較，得出此節(jié)點(diǎn)在低周反復(fù)荷載作用下的極限承載力沒有提高，但顯著提高了耗能能力以及延性。

2013年，孫蕾在一加層改造實(shí)例的基礎(chǔ)上建立有限元模型，分析對比了原結(jié)構(gòu)，加層結(jié)構(gòu)，設(shè)普通支撐結(jié)構(gòu)以及增設(shè)摩擦耗能支撐結(jié)構(gòu)在多遇和罕遇地震下的層間剪力、層間相對位移、位移速度和加速度時程響應(yīng)分析;同時分析了摩擦耗能支撐各種參數(shù)。席欣對屈曲約束支撐（BRB）的特性及基本力學(xué)性進(jìn)行了討論，以及對分析方法做了理論分析;同時，建立有限元模型進(jìn)行數(shù)值模擬，分析了加設(shè)屈曲約束支撐前后的模態(tài)及彈性和彈塑性抗震性能，可知BRB增加了結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，提高了抗震性能。

2014年，欒立維采用15層混凝土框架核心筒結(jié)構(gòu)加層實(shí)例，對比加1、3、5層框架結(jié)構(gòu)的周期，可得“鞭梢效應(yīng)”發(fā)生在一定范圍指標(biāo)內(nèi)，這對于加層的選型和設(shè)計(jì)提供一定的參考。朱秀蘭采用ANSYS有限元軟件建立由外包鋼混凝土組合梁、普通組合梁及鋼筋混凝土梁與型鋼柱、鋼筋混凝土柱的不同構(gòu)件組合而成的六種框架，加載低周反復(fù)荷載進(jìn)行分析比較，得到組合框架中具有外包鋼組合梁構(gòu)件的結(jié)構(gòu)的剛度、極限承載力和耗能能力優(yōu)于其它梁構(gòu)件。并使用彈簧單元來模擬外包鋼組合梁中型鋼與混凝土之間的粘結(jié)滑移情況，發(fā)現(xiàn)型鋼中的底板、腹板、上翼緣的滑移量依次減小。最后將外包鋼組合梁現(xiàn)澆混凝土組合樓板和普通組合梁現(xiàn)澆組合樓蓋相比，前者具有更大的剛度和承載力。

2015年，陳道政、羅志遠(yuǎn)、何池和、王偉強(qiáng)[5]等人以6層現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)加一層門式鋼架結(jié)構(gòu)的門診樓為例，通過對原結(jié)構(gòu)的檢測、加層加固方案的設(shè)計(jì)以及利用SP2000軟件進(jìn)行模擬檢測，可知對6層框架結(jié)構(gòu)的加層加固設(shè)計(jì)方案具有安全性和可行性，并且對新舊結(jié)構(gòu)的連接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行外包柱腳加固處理，保證了加層結(jié)構(gòu)的整體性。

3 總結(jié)

雖然各國提出很多鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)理論和計(jì)算方法，但是現(xiàn)有對輕鋼加層結(jié)構(gòu)的研究大多數(shù)集中在對現(xiàn)有的工程實(shí)例進(jìn)行模擬分析?，F(xiàn)存在的問題有：對加層這種下部鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)上部鋼結(jié)構(gòu)體系的阻尼比沒有明確的定義;對加層中混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)連接的節(jié)點(diǎn)的加固研究只做了靜力研究，幾乎沒有涉及到動力試驗(yàn)研究;對于抗震的設(shè)計(jì)無規(guī)范可依，并缺乏完整系統(tǒng)的研究方法，可靠度理論研究不是很完善;増層的研究大多數(shù)針對的是鋼結(jié)構(gòu)，對輕質(zhì)材料的研究有待進(jìn)一步發(fā)展。

【參考文獻(xiàn)】

[1]S.Kabraxnan，A.Saatei，S.Misir，Effects of adding illegal storeys to struetural systems， Sadhana， 2006，V31（5）：515-526.

[2]Thornton Charies H，Hungspruke Udom，DeScenza Robert P.Vertical expansion? to add 235000 sq.ft，Moden Steel Construction，1991，31（6）：38-39.

[3]付麗麗.外包鋼加固鋼筋混凝土框架柱的抗震性能研究[D].青島理工大學(xué)，2006.6.

[4]楊曉明，周東明，李海峰.某高層建筑加層鋼框架柱腳節(jié)點(diǎn)的抗震構(gòu)造[J].工業(yè)建筑，2007，37（9）：113-114.

[5]陳道政，羅志遠(yuǎn)，何池和，王偉強(qiáng).某門診樓加層加固工程的設(shè)計(jì)[J].工程抗震與加固改造，2015，37（2）：136-141.