張世杰 薛學(xué)濤
河南省建筑科學(xué)研究院有限公司(450053)
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和人們生活水平不斷提高,我國(guó)對(duì)教育資源的投入越來(lái)越大,眾多中小學(xué)也擴(kuò)大生源來(lái)滿(mǎn)足人們對(duì)教育資源日益增長(zhǎng)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(zhǎng)、造價(jià)費(fèi)用很高,因此對(duì)原有舊房進(jìn)行增層改造已經(jīng)越來(lái)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(guò)程。
我國(guó)目前增層形式種類(lèi)繁多,日常比較多見(jiàn)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(guò)加固手段解決增層對(duì)原結(jié)構(gòu)承載力和抗震性能所帶來(lái)的問(wèn)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(duì)于建造年限不長(zhǎng)、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(duì)于臨時(shí)性、半永久或嚴(yán)重破損、無(wú)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。
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(zhǎng)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。現(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
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(guò)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(duì)所需改造加固的兩翼砌體部分進(jìn)行結(jié)構(gòu)檢測(cè),并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行下一步加固方案的制訂。檢測(cè)重點(diǎn)包括:對(duì)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(cè)量,磚、砂漿、混凝土強(qiáng)度的檢測(cè),有無(wú)混凝土構(gòu)造柱圈梁及對(duì)基礎(chǔ)形式和完整性的判定。檢測(cè)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(duì)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(wú)法通過(guò)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(mǎn)足增層改造后的要求,地基無(wú)需進(jìn)行加固。
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(mǎn)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(lèi)標(biāo)準(zhǔn)》第6.0.8條,中小學(xué)教學(xué)用房抗震設(shè)防類(lèi)別不低于重點(diǎn)設(shè)防類(lèi);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(guò)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(guò)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(lái)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(mǎn)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(wèn)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)原房間的凈尺寸有所影響、增加疊合板對(duì)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(duì)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(kāi)敞式明廊時(shí),其凈寬度不得小于1800mm,因此加固后依舊滿(mǎn)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
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(duì)原建筑物做全面細(xì)致的調(diào)查研究,出具詳細(xì)的檢測(cè)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(guò)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(duì)原建筑功能、設(shè)備的安裝、預(yù)留的管線(xiàn)造成影響,因此需要建筑、水、電、暖等專(zhuān)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。