建筑物加层的结构设计之我见

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  概述
  
  随着国民经济的飞速发展,许多建筑物受当时的经济条件和建筑技术所制约,在建筑功能的完善和建筑结构的形式、装饰方面已不能满足时代要求,如果采用房屋加层的方法改造原有房屋中结构质量较好的,就能达到经济、适用、快捷的建房目的。加层有以下优点:1)原有房屋一般多在地理位置较好、交通方便、生活配套设施较完善的地区,改造这样的房屋不需征地,建筑面积又能成倍增加,可节约征地费用和配套费;2)如套型变化不大的加层,施工时原使用者不用搬迁,从而解决了无拆迁过渡的难题,节省搬迁费。3)建设周期短、投资小、见效快,对于缓解建房速度跟不上日益增长的需求量具有十分重要的作用。
  
  一、加层改造的对象和可行性分析
  
  1、加层改造的目的主要是节约投资、短期收效。在选择改造对象时,更应着重于其安全设计,凡满足下列条件的房屋可进行改造:1)经综合技术经济分析,加层改造房屋的造价低于新建房屋造价;2)3~4层砖混结构或混合结构房屋;3)房屋结构状态良好,未因基础的不均匀下沉、地震和其他人为因素引起裂缝;4)加层改造后房屋高度、进深加大,应基本满足房屋对日照的需要(但房屋间距的要求根据实际情况可适当比新建筑物要求放宽)。
  2、加层改造的可行性分析在接受一个加层改造的工程项目前,首先要进行可行性分析,它包含专业技术分析和经济技术分析。
  
  二、建筑物加层的结构设计
  
  1、直接加层方案 1)一般刚性砖混结构(上、下部均为砖混结构)。在对地基基础及墙体强度进行复核验算并满足抗震设防要求后,可采用砌块或轻质材料(如泰柏板等)来加砌新的上部墙体。当个别墙段或基础强度不足时,可先进行局部加固处理。加层的承重体系可在原承重墙体上加层,也可采用与体系相反的承重体系,即原房屋为横墙承重体系,加层部分为纵墙承重体系;原房屋为纵墙承重体系,加层部分为横墙承重体系,但必须在刚性方案或抗震要求的的间距内布置上下连贯的刚性横墙。2)多层全框架结构。当加层部分仍采用框架时,上下柱应对齐,将原结构框架柱顶凿开,接长钢筋后再浇筑加层部分的框架柱砼。在新旧结构交接处,亦即原屋面高度处宜现浇截面较高的转换梁,以确保新旧结构在加层处有可靠的传递,并增强节点的抵抗能力,对老框架强度的验算,除了考虑加层后增加的垂直荷载外,还要考虑房屋加高后,由于水平荷载增加而使侧移加大的影响。必要时可设剪力墙,控制侧移的影响,相对地提高框架的承载能力。3)多层内框架结构。加层部分的结构布置与下层结构相同,内框架钢筋砼中柱梁、砖壁柱设置至顶。根据抗震要求,层层设置钢筋混凝土圈梁,房屋四大角设抗震柱,新加层抗震纵横墙采用砌体。加层的可行性取决于原钢筋砼内柱及带有壁柱的砖砌体的承载能力以及补强加固的可能性。4)底部全框架结构。上部加层部分一般采用刚性砖混结构,由于上部加层而增加了底层框架垂直荷载和水平荷载,对于经过复核验算不能满足加层强度及抗震要求时,可采用(口)形钢架与原框架梁柱形成组合梁柱进行加固(此方案适合于非抗震区使用)。5)下部砖混,上部框架结构方案。这种类型主要是为了减少加层荷载,在旧房屋上部分采用填充轻质墙形成的框架结构体系。采用这种方案时,上部框架柱应有可靠的锚固或支承,通常应结合对旧房加固,宜对旧房设构造柱,使其与加层中的框架形成整体,从而使框架柱落地,构造柱应尽可能伸入现有建筑物室外地面下500mm,或锚入基础圈梁内,以避免上部框架柱未落地,而只是在旧楼层圈梁上连接,造成锚固不可靠的后果。6)下部刚性方案,上部为弹性或刚弹性方案的砖混结构。此类建筑主要用于增设一个较大空间的会议室等。由于此类建筑的抗震性能差,不宜在地震区修建。在非地震区,应考虑新加纵墙有足够的承受横向风荷载的能力。此类房屋在加层时,应从外墙底部起,在室外侧沿房高增设扶壁砖柱,用以增强加层部分墙体抵抗横向水平力的能力,扶壁砖柱的断面应满足加层部分窗间墙的强度和稳定性要求,或加层部分增设钢筋砼柱列与旧墙体增设的构造柱相连。
  2、外套结构。当在既有建筑物上增加的层数比较多,增加荷载较大,而原有建筑的宽度不大于15m,高度在15m以下且不适于采用直接加层方案时,可采用外套结构加层方案。外套结构可以解决直接加层不能解决的问题:1)加层以后的层数、高度可不受《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)对砌体房屋层数和总高度的限制,而放宽到多层或高层钢筋砼房屋的适用层数和高度。2)不受原平面设计及结构类型限制,可按新的适用功能要求,重新进行设计。
  外套结构可分为两大类:1)外套框架与旧建筑物完全脱开,外套框架底层柱很高,中间无水平支点,称为长细腿柱外套框架:2)外套框架与旧建筑物连在一起,在外套框架各层柱中间有水平支点,称为短腿柱外套框架。
  
  三、地基基础设计
  
  地基承载力是加层设计中至关重要的问题,其大小决定增加层数和上部结构方案的选择,所以首先应该弄清楚既有房屋现在的地基承载力。一般认为旧有房屋的地基承载力在既有房屋荷载作用下,地基固结,产生压密效应而得到提高。故认为建成8年以上的建筑地基承载力都有所提高,当房屋建造时间不太长时,在实际工程中最好在基底下1m范围内取土样化验土的允许承载力和压缩模量;当房屋建造时间太长,原始资料不全,难以确定原有房屋的原始承载力时,也可以通过原位测试或取样化验,按与新建筑物相同的方法确定其承载力。
  
  四、结束语
  
  房屋加层改造涉及面广,原建筑建造时间长、变化大、情况复杂,要做到适用、经济、快捷难度很大,目前还没有专门的加层设计法令性规定,因此设计前要广泛收集资料,现场调查,认真分析资料,确定合理的结构方案。
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