建筑物加層的結構設計之我見

概述

隨著國民經濟的飛速發展，許多建筑物受當時的經濟條件和建筑技術所制約，在建筑功能的完善和建筑結構的形式、裝飾方面已不能滿足時代要求，如果采用房屋加層的方法改造原有房屋中結構質量較好的，就能達到經濟、適用、快捷的建房目的。加層有以下優點：1）原有房屋一般多在地理位置較好、交通方便、生活配套設施較完善的地區，改造這樣的房屋不需征地，建筑面積又能成倍增加，可節約征地費用和配套費；2）如套型變化不大的加層，施工時原使用者不用搬遷，從而解決了無拆遷過渡的難題，節省搬遷費。3）建設周期短、投資小、見效快，對于緩解建房速度跟不上日益增長的需求量具有十分重要的作用。

一、加層改造的對象和可行性分析

1、加層改造的目的主要是節約投資、短期收效。在選擇改造對象時，更應著重于其安全設計，凡滿足下列條件的房屋可進行改造：1）經綜合技術經濟分析，加層改造房屋的造價低于新建房屋造價；2）3~4層磚混結構或混合結構房屋；3）房屋結構狀態良好，未因基礎的不均勻下沉、地震和其他人為因素引起裂縫；4）加層改造后房屋高度、進深加大，應基本滿足房屋對日照的需要（但房屋間距的要求根據實際情況可適當比新建筑物要求放寬）。

2、加層改造的可行性分析在接受一個加層改造的工程項目前，首先要進行可行性分析，它包含專業技術分析和經濟技術分析。

二、建筑物加層的結構設計

1、直接加層方案 1）一般剛性磚混結構（上、下部均為磚混結構）。在對地基基礎及墻體強度進行復核驗算并滿足抗震設防要求后，可采用砌塊或輕質材料（如泰柏板等）來加砌新的上部墻體。當個別墻段或基礎強度不足時，可先進行局部加固處理。加層的承重體系可在原承重墻體上加層，也可采用與體系相反的承重體系，即原房屋為橫墻承重體系，加層部分為縱墻承重體系；原房屋為縱墻承重體系，加層部分為橫墻承重體系，但必須在剛性方案或抗震要求的的間距內布置上下連貫的剛性橫墻。2）多層全框架結構。當加層部分仍采用框架時，上下柱應對齊，將原結構框架柱頂鑿開，接長鋼筋后再澆筑加層部分的框架柱砼。在新舊結構交接處，亦即原屋面高度處宜現澆截面較高的轉換梁，以確保新舊結構在加層處有可靠的傳遞，并增強節點的抵抗能力，對老框架強度的驗算，除了考慮加層后增加的垂直荷載外，還要考慮房屋加高后，由于水平荷載增加而使側移加大的影響。必要時可設剪力墻，控制側移的影響，相對地提高框架的承載能力。3）多層內框架結構。加層部分的結構布置與下層結構相同，內框架鋼筋砼中柱梁、磚壁柱設置至頂。根據抗震要求，層層設置鋼筋混凝土圈梁，房屋四大角設抗震柱，新加層抗震縱橫墻采用砌體。加層的可行性取決于原鋼筋砼內柱及帶有壁柱的磚砌體的承載能力以及補強加固的可能性。4）底部全框架結構。上部加層部分一般采用剛性磚混結構，由于上部加層而增加了底層框架垂直荷載和水平荷載，對于經過復核驗算不能滿足加層強度及抗震要求時，可采用（口）形鋼架與原框架梁柱形成組合梁柱進行加固（此方案適合于非抗震區使用）。5）下部磚混，上部框架結構方案。這種類型主要是為了減少加層荷載，在舊房屋上部分采用填充輕質墻形成的框架結構體系。采用這種方案時，上部框架柱應有可靠的錨固或支承，通常應結合對舊房加固，宜對舊房設構造柱，使其與加層中的框架形成整體，從而使框架柱落地，構造柱應盡可能伸入現有建筑物室外地面下500mm，或錨入基礎圈梁內，以避免上部框架柱未落地，而只是在舊樓層圈梁上連接，造成錨固不可靠的后果。6）下部剛性方案，上部為彈性或剛彈性方案的磚混結構。此類建筑主要用于增設一個較大空間的會議室等。由于此類建筑的抗震性能差，不宜在地震區修建。在非地震區，應考慮新加縱墻有足夠的承受橫向風荷載的能力。此類房屋在加層時，應從外墻底部起，在室外側沿房高增設扶壁磚柱，用以增強加層部分墻體抵抗橫向水平力的能力，扶壁磚柱的斷面應滿足加層部分窗間墻的強度和穩定性要求，或加層部分增設鋼筋砼柱列與舊墻體增設的構造柱相連。

2、外套結構。當在既有建筑物上增加的層數比較多，增加荷載較大，而原有建筑的寬度不大于15m，高度在15m以下且不適于采用直接加層方案時，可采用外套結構加層方案。外套結構可以解決直接加層不能解決的問題：1）加層以后的層數、高度可不受《建筑抗震設計規范》（GB50011-2001）對砌體房屋層數和總高度的限制，而放寬到多層或高層鋼筋砼房屋的適用層數和高度。2）不受原平面設計及結構類型限制，可按新的適用功能要求，重新進行設計。

外套結構可分為兩大類：1）外套框架與舊建筑物完全脫開，外套框架底層柱很高，中間無水平支點，稱為長細腿柱外套框架：2）外套框架與舊建筑物連在一起，在外套框架各層柱中間有水平支點，稱為短腿柱外套框架。

三、地基基礎設計

地基承載力是加層設計中至關重要的問題，其大小決定增加層數和上部結構方案的選擇，所以首先應該弄清楚既有房屋現在的地基承載力。一般認為舊有房屋的地基承載力在既有房屋荷載作用下，地基固結，產生壓密效應而得到提高。故認為建成8年以上的建筑地基承載力都有所提高，當房屋建造時間不太長時，在實際工程中最好在基底下1m范圍內取土樣化驗土的允許承載力和壓縮模量；當房屋建造時間太長，原始資料不全，難以確定原有房屋的原始承載力時，也可以通過原位測試或取樣化驗，按與新建筑物相同的方法確定其承載力。

四、結束語

房屋加層改造涉及面廣，原建筑建造時間長、變化大、情況復雜，要做到適用、經濟、快捷難度很大，目前還沒有專門的加層設計法令性規定，因此設計前要廣泛收集資料，現場調查，認真分析資料，確定合理的結構方案。