砖混房屋改扩建的结构设计难点与对策应用.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2024 年 01 月 06 日 作者简介：宫媛媛（1988），女，汉族，山东泰安人，本科，工程师，研究方向为为地铁结构。-21-砖混房屋改扩建的结构设计难点与对策应用 宫媛媛 新疆铁道勘察设计院有限公司，新疆 乌鲁木齐 834000 摘要：摘要：砖混房屋改扩建工程是一种复杂而又特殊的工程，由于改扩建工程对建筑结构提出了更高的要求，所以在进行改扩建工程设计时必须要充分考虑到改扩建工程中可能出现的各种问题，并针对其进行合理结构方案。并应尽量避免因改扩建工程对原有建筑结构造成破坏或局部构件损坏而影响到建筑安全。这样才能使建筑物能够发挥出其原有功能并获得更大的使用空间。在改扩建工程中，一般不会对原有建筑结构造成破坏，但由于原建筑结构损耗或局部构件损坏而影响了扩建部分的正常使用，因此在进行改扩建工程设计时，必须采取相应措施。目前很多建筑都存在问题，这就要求设计者在进行改扩建结构设计时应充分考虑其结构现状，并根据实际情况采取相应措施。关键词：关键词：砖混房屋改扩建；结构设计；对策 中图分类号：中图分类号：TU746 砖混房屋改扩建结构设计是改扩建工程中的一项重要内容，也是一项综合性很强的技术工作。它既要满足结构的承载力和变形要求，又要满足改扩建时对原有建筑结构不改变的要求，还要满足建筑物扩建后新增加建筑功能要求。1 优化砖混房屋改扩建结构设计 砖混房屋的改扩建，一般是指对已有房屋进行加层、改建和扩建，通常是指在原有建筑物的基础上再建造一层或几层结构体系的建筑物。由于砖混房屋建筑形式多样，所以在改扩建时往往需要进行合理的结构设计，以满足建筑物在使用过程中的特殊要求，例如扩建部分与原有部分之间的连接构造、加层后荷载的增加等。如果改扩建时不能对其结构进行合理设计，则会给后续使用中的安全带来严重影响1。2 砖混房屋改扩建的结构设计难点 砖混房屋改扩建工程是指对原有建筑物进行改造或扩建，以满足新的使用功能的要求。但由于改扩建工程设计中对结构布置、新旧结构连接等方面考虑不周到而造成改扩建工程中的结构问题：（1）由于改建后结构承受的荷载较原有建筑物大，原建筑物基础不能满足现有的承载力需求，导致原建筑物破坏或移位。（2）由于改建建筑物与原建筑物连接部位结构设计不合理，在原建筑内部产生附加应力，导致原建筑出现裂缝。（3）由于改建工程使用功能的改变，导致原有建筑物构件承载力不能满足，致使结构构件出现裂缝或局部破坏。3 砖混房屋改扩建的结构设计的对策 3.1 加固前的准备工作 加固设计前应做好以下准备工作：（1）对砖混房屋原结构检测、鉴定。根据相关规范，邀请具有相应资质的检测单位对原建筑进行安全性鉴定和抗震鉴定，并形成鉴定报告。（2）明确加固目的，根据加固目的选用适宜的计算方法。加固目的不同，计算方法也就不同。例如，在增设部分和拆除部分均未达到要求时，采用的计算方法一般都不一样。再如，在扩大基础底面积和不改变基础埋深的前提下，采用加大基础底面面积和增加基础底圈梁的方法进行加固处理。（3）根据所增建筑的平面和立面布置情况确定相应的计算模型。在改建设计中，往往由于建筑平面布置不规则或建筑立面布置有要求而造成设计上的困难，因此，在改建设计中必须确定其平面和立面布置情况，对不满足平面布置要求的要采用调整方案进行计算。（4）根据已确定的计算模型及计算参数进行计算分析。在改建设计中，往往由于各种原因不能直接采用原结构的荷载资料进行结构分析。而必须利用已确定的荷载资料进行结构分析和验算。例如，在砌体结构中采用砖墙作为承重构件时，根据砌体结构的受力特点以及砌体结构设计规范要求，承重墙体只承受竖向荷载作用。而砖混房屋在扩建时，往往将新增墙体中国科技期刊数据库 工业 A-22-作为承重构件并承受水平荷载作用，这就要求新旧墙体之间应采用圈梁连接或设置拉条等措施来保证新老墙体间的连接和共同工作。此外，还应考虑新旧墙体间的连接构造是否合理。（5）确定计算模型并进行静力计算。由于改建工程中新加部分往往会引起原有部分产生附加应力和变形，而这会影响原有建筑结构的正常使用及结构安全。因此在改建设计中应通过静力计算来确定其影响程度和对原有结构产生的附加应力、变形等影响程度。（6）根据施工图审查情况及既有建筑物鉴定结果确定加固方法及方案。在改扩建设计中所采取的加固措施应与既有建筑鉴定结果相一致，并符合国家现行有关建筑抗震设计规范和建筑物鉴定标准的要求。2 3.2 合理设计建筑物基础 改扩建工程中，既有建筑物的基础是改扩建工程的重点，因为它直接关系到建筑物能否正常使用，如果基础设计不当，不仅会影响原有建筑的使用功能，还会带来一定的安全隐患。（1）在设计基础时，应根据地基状况确定地基处理方案。如果地基土质均匀且地基承载力较好，可采用天然地基；如果地基土质不均匀或承载力较差，应进行加固处理；如果既有建筑物基础不均匀沉降较大或需要提高基础承载力，应采用桩基础或桩筏基础。（2）改扩建工程中新旧房屋的荷载差异较大，应考虑新旧结构共同作用。由于新旧建筑荷载的差异，新建筑物会产生附加应力和附加内力，这就需要新旧建筑物共同作用来平衡荷载。因此改扩建工程中要在结构设计中合理分配荷载和正确计算出新、旧建筑物的共同工作荷载。（3）改扩建工程中必须进行基础的抗震设防设计。3.3 增大截面法 增大截面法是在原有建筑物的结构上进行加层扩建。它主要用于不增加原有建筑物的承载能力，或扩建后原结构承载能力不能满足使用要求，同时又不影响原有建筑物正常使用的情况下。增大截面法一般包括增加纵筋或箍筋、增加竖向构件等几种。当扩建部分增加较多的竖向构件时，在原建筑物中增加纵向钢筋，可以大幅度提高承载能力和稳定性。另外，为了增强纵横向结构的整体性，可以在梁、柱等结构上增加纵向钢筋。这种方法适用于房屋加层扩建，但需满足新增部分的变形要求。当扩建部分为砌墙时，还应满足原有墙体的变形要求。当扩建部分为框架结构时，一般不能采用增大截面法来提高建筑物的承载能力，因为当扩建部分为框架结构时，若增设柱、梁等竖向构件后，其刚度将明显降低。因此在进行扩建时，不应采用增大截面法来提高房屋的承载能力。3.4 拆除部分墙体 砖混房屋改扩建中拆除部分墙体，如果不采取适当的措施，将会造成原结构受力体系的破坏，从而影响原有结构的安全使用。在砖混房屋改扩建过程中，拆除部分墙体通常有以下几种情况：（1）由于原设计荷载、建筑功能等方面的限制，使建筑物必须拆除一部分墙体，以满足新增加建筑功能要求。如有些旧建筑改扩建工程中，扩建部分为公共活动用房，而原有建筑设计为两层或两层以上，这样就不能再采用拆除部分墙体的方法进行扩建。如果拆除部分墙体，扩建部分的结构将发生变化，如扩大了原有建筑基础埋深等，这种情况下则必须采用扩建部分结构与原有建筑结构共同工作的方法来解决。（2）由于原设计时计算模型不符合实际情况，或因施工误差等原因造成原设计荷载、结构体系与实际情况不相符而需要拆除部分墙体。如有些旧建筑改扩建工程中，扩建部分为大空间多功能厅，原建筑的上部荷载比较大。在这种情况下若采用拆除部分墙体的方法来增大扩建部分的荷载是不合理的。由于这种扩建部分结构与原有结构相差较大，如果盲目地采用拆除墙体的方法来增大扩建部分荷载是很难做到的。所以在改扩建工程中应充分考虑扩建部分与原有结构之间的连接构造措施以及拆除部分墙体对原有结构可能产生的影响。（3）由于建筑物使用功能或施工质量等方面的限制而需拆除部分墙体。这种情况下可采取增设附加剪力墙、框架柱、圈梁等措施来满足新增建筑功能要求。（4）由于改扩建工程施工现场条件限制而需要拆除部分墙体。如某建筑改扩建工程中，由于改扩建工程施工需要将原有建筑基础挖除一块，在这种情况下如不采取其他措施将会引起地基不均匀沉降等问题。若采用拆除墙体后重新浇筑基础或在基础内设置扩大基础等方法来解决地基不均匀沉降问题是可行的。3.5 调整抗震构造措施 由于改扩建时，原建筑物的抗震构造措施已经不能满足现行抗震设计规范的要求，所以，必须对扩建中国科技期刊数据库 工业 A-23-部分的抗震构造措施进行调整。主要措施有：（1）增设圈梁和构造柱。通过设置圈梁和构造柱来提高建筑物的整体抗震能力，防止墙体出现裂缝而破坏建筑物。（2）改变墙体布置。对于改扩建的砌体房屋，由于其不满足现行规范中对抗震设防烈度 7 度及以下地区房屋的要求，所以应调整墙体布置。（3）提高砌体的抗震等级。为了满足现行规范对砌筑砂浆强度等级和砌筑砂浆厚度的要求，应提高砌体的抗震等级。目前我国砌筑砂浆强度等级一般为 M5、M7.5、M10;砌筑砂浆厚度为 1.5 mm2 mm、3 mm4 mm、5 mm6 mm；砌筑砂浆强度等级为 M5、M10。因此，在改扩建工程中应适当提高砌体的抗震等级，使其满足现行规范中对砌筑砂浆强度等级和砌筑砂浆厚度的要求3。3.6 地基基础加固（1）当地基承载力不足时，可采取地基加固措施，如设置垫层、设置桩基础、加大基础底面积、外包钢等。在改扩建工程中，既有建筑物的基础往往都有一定程度的损坏，对于损坏严重的，应进行加固处理。对局部损坏严重而无法加固处理的，可以进行整体基础的换填换质处理。对于基础变形过大导致不能满足设计要求时，应考虑基础整体下沉对建筑物产生的不利影响，如增大沉降量或减少沉降差等。如果是因为地基有不良地质情况导致建筑物不能正常使用，应采取措施进行地基处理。（2）对于一些采用筏板基础或桩基础的建筑物，如既有建筑物在改扩建过程中造成了上部结构开裂损坏或基础损坏，则应对地基基础进行加固。如地基承载力不足可采用换填碎石、砂砾、灰土、CFG 桩等措施；如结构裂缝过大，可采用锚杆静压桩、灌水桩等措施；如因上部结构与基础不能共同作用而引起的裂缝过大时，可在裂缝部位采用粘钢板、粘贴碳纤维布或粘贴钢板等进行加固处理。3.7 梁和柱的加固 梁和柱是建筑结构中的主要承重构件，其承载能力和变形能力直接关系到建筑结构的安全使用。对这类构件的加固，在改扩建工程中往往是一项复杂的工作。由于在改扩建时，可能会对原有建筑结构造成破坏，因此需要采取相应措施进行加固。1.对于梁，由于基础变形导致梁挠度过大，可以通过增大梁截面、增加配筋量或增大横截面等方法来提高梁的承载能力和刚度。在改扩建工程中，原建筑结构出现裂缝或部分构件损坏是常见的现象，在这种情况下，我们应首先考虑采用增大截面法来加固原建筑结构。增大截面法可以采用钢加固法和碳纤维加固法等方法。目前在这两种方法中，碳纤维加固法的效果较好，可以较好地满足改扩建工程对构件承载能力的要求。为了减少碳纤维加固时因新旧混凝土之间产生裂缝而造成的不利影响，一般应采取在原建筑结构上凿槽植入碳纤维布的措施。2.对于柱，由于扩建时新旧建筑的地基基础可能会产生差异沉降而导致柱纵筋水平位移过大或出现裂缝，在改扩建工程中也经常会发生这种现象。对于这种情况，我们可以通过加大柱截面或增设支撑等方法来提高柱的承载能力。在扩建工程中，当原建筑结构与扩建部分不是一个整体时，我们应先将扩建部分的地基基础处理好并做好沉降观测工作后再对原建筑结构进行加固。对于这种情况下的柱加固设计应注意以下几点：（1）加固前要对原建筑结构进行认真调查和计算分析；（2）要考虑新旧建筑在地基基础上可能出现差异沉降而造成新旧混凝土之间产生裂缝；（3）要对原建筑结构的抗震能力进行验算；（4）要考虑原建筑结构对扩建部分混凝土楼板的约束作用。（5）当扩建部分地基基础不能满足要求时，应对原建筑结构进行处理后再进行加固设计。常用的处理方法有：增加截面法、增设支撑法和改变连接方式法等4。3.8 楼屋盖与基础的加固 原有基础的加固，如果原基础有缺陷，如出现裂缝、鼓胀等，在新建建筑时应考虑采取相应措施对其进行加固，具体做法有：增加圈梁、构造柱或采用锚杆静压桩（或静压桩加钢筋混凝土桩）等方法来提高基础的抗裂性能。采用碳纤维材料进行加固。增设钢筋混凝土柱体，通过对其增加纵筋、箍筋和加密箍筋等方法来提高基础的抗剪强度和抗弯强度。在原有基础的适当部位，采用加大截面法进行加固处理。另外，对于原有基础下有软弱下卧层的房屋，也可将上部结构的荷载直接传递给新基础，新基础就会出现不均匀沉降，这时就应在新基础下加设地基处理后的钢筋混凝土承台。对于既有建筑扩建工程的结构设计，在满足承载力要求的前提下，必须使扩建部分与原有建筑间的变形协调一致。如果扩建部分与原结构间存在较大变形差时，就会引起房屋不均匀沉降和结构裂缝。因此必须根据扩建部分与原有结构间的变中国科技期刊数据库 工业 A-24-形差来确定地基处理方案。地基处理主要采用地基加固法、改变地基条件法、换土加固法、打桩加固法以及桩基础加固法等。其中以桩基础加固法和打桩加固法应用最为广泛，应根据实际情况进行选用5。4 结束语 砖混房屋改扩建结构设计时，应根据改扩建工程的具体情况，合理确定其结构形式、截面尺寸、抗震构造措施和基础方案等。在改扩建工程中，既要考虑扩建部分的受力要求，又要考虑原结构的安全要求，只有这样才能保证改扩建工程的顺利进行。参考文献 1高梦一.在城市规划区内改扩建应当注意哪些事项J.中国土地,2022(12):61.2 万 涛 平,马 洁 烽.西 安 火 车 站 改 扩 建 站 房 屋 盖 大 跨 焊 接 球 网 架 施 工 关 键 技 术 J.建 筑 技术,2022,53(11):1502-1505.3周瑞.农村房屋倒塌风险识别 评估及防范研究D.重庆大学,2022.4梁德光.砖混结构房屋抗震设计存在的问题与对策J.管理观察,2009(23):10.5蒯大海.砖混房屋改扩建的结构设计难点与对策应用研究以上海魔方公寓改造扩建项目为例J.建筑与装饰,2019(7):2.