增層加固改造在中小學(xué)建筑中的應(yīng)用

張世杰 薛學(xué)濤

河南省建筑科學(xué)研究院有限公司（450053）

0 前言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和人們生活水平不斷提高，我國對教育資源的投入越來越大，眾多中小學(xué)也擴(kuò)大生源來滿足人們對教育資源日益增長的需求。生源的擴(kuò)大也意味著學(xué)校教學(xué)面積需求的增大，但原本位于市中心繁華地段的學(xué)校，其周邊建設(shè)用地緊張，很難擴(kuò)大教學(xué)面積。加之舊房拆除、改建的工程量大、周期長、造價(jià)費(fèi)用很高，因此對原有舊房進(jìn)行增層改造已經(jīng)越來越引起社會(huì)的重視，它的最大優(yōu)點(diǎn)就是不占用建筑用地，可以直接提高建筑使用面積，且可以大幅縮短建設(shè)周期，甚至可以利用暑假時(shí)間完成改造過程。

我國目前增層形式種類繁多，日常比較多見的增層形式有直接增層、外套結(jié)構(gòu)增層、室內(nèi)增層、地下增層。在增層的同時(shí)，通過加固手段解決增層對原結(jié)構(gòu)承載力和抗震性能所帶來的問題。當(dāng)然，并不是所有建筑物都適合增層改造，這取決于該建筑物是否具有增層和改造的潛力。應(yīng)根據(jù)建筑物的建造年代、破損程度、結(jié)構(gòu)狀況、重要程度及使用要求等綜合做出判斷。對于建造年限不長、結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀良好的房屋，增加2～3層是經(jīng)濟(jì)合理的，而對于臨時(shí)性、半永久或嚴(yán)重破損、無利用價(jià)值的房屋則不宜進(jìn)行加層改造。

文章以河南某中學(xué)教學(xué)樓的增層加固改造為例進(jìn)行這方面的探討。

1 工程概況

河南（7度0.15g）某中學(xué)教學(xué)樓于1998年9月1日完工，東西長約為128m，總建筑面積約為6676m2。平面布置總體呈一體兩翼，中間一體部分為框架結(jié)構(gòu)，地上6層。兩翼部分為磚混結(jié)構(gòu)，該部位主體為地下1層，地上3層，一體與兩翼之間均設(shè)有沉降縫。整體平面圖（如圖1所示）。目前該建筑正在使用中?，F(xiàn)校方需在西側(cè)磚混部分頂部增加1層共4間教室，在東側(cè)磚混部分頂局部增加1層作為會(huì)議室，增層結(jié)構(gòu)形式擬采用鋼結(jié)構(gòu)形式[1]。

圖1 平面圖

2 加固方案設(shè)計(jì)前分析

建筑物增層改造前，首先需報(bào)規(guī)劃審批，并進(jìn)行綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析及可行性論證。審批論證通過后方可進(jìn)行具體的方案設(shè)計(jì)。

因原建筑建設(shè)年代較久，設(shè)計(jì)圖紙缺失，需對所需改造加固的兩翼砌體部分進(jìn)行結(jié)構(gòu)檢測，并根據(jù)檢測結(jié)果進(jìn)行下一步加固方案的制訂。檢測重點(diǎn)包括:對原結(jié)構(gòu)的平面圖進(jìn)行復(fù)原，結(jié)構(gòu)形式的判定，層高的測量，磚、砂漿、混凝土強(qiáng)度的檢測，有無混凝土構(gòu)造柱圈梁及對基礎(chǔ)形式和完整性的判定。檢測報(bào)告顯示，所檢砌體部分砂漿強(qiáng)度均在M4.0以上，磚強(qiáng)度均在MU15以上，混凝土強(qiáng)度在C25以上，材料強(qiáng)度較好。存在圈梁和磚壁柱，地基基礎(chǔ)為混凝土條形基礎(chǔ)。但需要注意的是原結(jié)構(gòu)形式為單邊走廊，且樓梯間位于結(jié)構(gòu)兩端，對抗震不利，加固設(shè)計(jì)時(shí)需重點(diǎn)考慮[2]。

因原建筑地勘資料已經(jīng)缺失，建筑地基承載力設(shè)計(jì)值未知，無法通過地區(qū)經(jīng)驗(yàn)法得出建筑增層改造時(shí)的地基承載力設(shè)計(jì)值，因此本次增層改造前在基礎(chǔ)下取了原狀土進(jìn)行室內(nèi)物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)。經(jīng)復(fù)核，原驗(yàn)算結(jié)構(gòu)地基承載力滿足增層改造后的要求，地基無需進(jìn)行加固。

3 加固方案設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1）本次增層改造只增加一層。原結(jié)構(gòu)布置形式較為合理，可在不改變結(jié)構(gòu)承重體系和平面布置的前提下完成增層改造，且原房屋承重結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)的承載力和變形滿足增層的要求，因此可采用直接增層的方法。

2）原有建筑為地上3層加半地下室，地下室出屋面高度約為1.2m，小于1.5m，因此地下室可不計(jì)入建筑層數(shù)，原結(jié)構(gòu)確定可作為3層進(jìn)行考慮。根據(jù)《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》第6.0.8條，中小學(xué)教學(xué)用房抗震設(shè)防類別不低于重點(diǎn)設(shè)防類；根據(jù)《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》第10.1.2條，原結(jié)構(gòu)磚為普通磚，7度0.15g，層數(shù)不得超過7層；根據(jù)《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》第10.1.2.2條注，該砌體部分為橫墻很少的砌體房屋，7層-1層-1層-1層，因此原建筑層數(shù)設(shè)計(jì)不得超過4層。綜上，本次加1層的增層改造符合現(xiàn)行規(guī)范要求[3]。

3）校方擬在西側(cè)砌體頂層新增4間教室，每間可容納60人；東側(cè)砌體頂層新增會(huì)議室1間，容納人數(shù)為200人。原建筑每層有教室11間，每間可容納60人；教師辦公室5間，每間可容納12人。根據(jù)《民用建筑設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB50352—2019、《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范（2018年版）》GB50016—2014、《中小學(xué)建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50099—2011，按照每股人流0.55m（0～0.15m）且不少于兩股人流來計(jì)算，在增加4間教室和會(huì)議室后，原有樓梯的疏散寬度已不能滿足規(guī)范要求，因此在考慮到不破壞現(xiàn)有建筑整體外立面及內(nèi)部使用功能的前提下，在緊鄰教學(xué)樓南側(cè)花壇位置增加一部4層的鋼樓梯，以解決疏散寬度不足的問題[4-6]。

4）加固方法中，梁主要采用粘貼鋼板加固法，以減少對原結(jié)構(gòu)凈高的影響。墻體采用水泥砂漿面層鋼筋網(wǎng)片加固法（如圖2所示）。原結(jié)構(gòu)樓板為預(yù)制板，預(yù)制板采用增加疊合層的加固方法，以提高其整體性（如圖3所示）。鋼結(jié)構(gòu)增層根部需做預(yù)埋螺栓與原結(jié)構(gòu)連接，而在原結(jié)構(gòu)磚壁柱上后植地腳螺栓難以保證可靠連接，因此對磚壁柱采用加混凝土套的加固方法，這樣可以保證在3層磚壁柱出屋面位置增設(shè)600mm高混凝土墩，從而設(shè)置預(yù)埋螺栓，如圖4、圖5所示[7]。

5）具體加固方案敲定的同時(shí)，需考慮加固措施對原建筑功能的影響，如墻體水泥砂漿面層鋼筋網(wǎng)片加固會(huì)對原房間的凈尺寸有所影響、增加疊合板對原建筑凈高會(huì)產(chǎn)生影響以及磚壁柱加混凝土套加固一側(cè)需對走廊疏散寬度進(jìn)行復(fù)核等。以磚壁柱加混凝土套加固為例，原建筑單邊外走廊寬度為2 100mm，加固后疏散寬度縮減為2000mm，根據(jù)《中小學(xué)建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50099-2011，當(dāng)走道為外廊，也就是單側(cè)連接使用房間并為開敞式明廊時(shí)，其凈寬度不得小于1800mm，因此加固后依舊滿足規(guī)范要求。

圖2 水泥砂漿面層鋼筋網(wǎng)片加固

圖3 預(yù)制板增加疊合層

圖4 混凝土套加固

圖5 增層根部連接

4 結(jié)論

綜上所述，中小學(xué)建筑增層改造是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，要對原建筑物做全面細(xì)致的調(diào)查研究，出具詳細(xì)的檢測報(bào)告，報(bào)規(guī)劃審批并進(jìn)行綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析及可行性論證，以確定其可行性和加固改造的意義及價(jià)值所在。同時(shí)，增層改造也是一個(gè)系統(tǒng)的過程，不僅是結(jié)構(gòu)本身，所采取的加固措施不可避免地會(huì)對原建筑功能、設(shè)備的安裝、預(yù)留的管線造成影響，因此需要建筑、水、電、暖等專業(yè)人員相互協(xié)調(diào)、綜合考慮，制訂出切實(shí)可行、經(jīng)濟(jì)合理的加固方案。