历史建筑的抗震加固实例

[摘要]随着我国社会经济的发展，大量超过设计使用年限的历史建筑物面临着更新赋予新的功能还是拆除重建的选择。本文结合北京市技术交流中心改扩建抗震加固的工程实例，在分析工程特点和改造要求的基础上，对其采取有针对性的有效加固措施，使其经过加固装修后能很好满足安全性和使用性要求，为同类工程的加固改造提供了有益参考。

[关键词]历史建筑；空旷；砖混；加固

中图分类号： TU-092 文献标识码：A

悠久的历史建筑反映出不同时期的建筑风格和形式，折射出城市的文化底蕴。然而，大多数的历史建筑随着时间的流失和社会的发展，因老化或损坏造成其使用功能下降或倒塌。为了继承这些优秀的历史文化遗产，有必要对其进行很好的维护并对其进行必要加固。

北京市职工服务中心（北京市技术交流中心）是北京市总工会的事业单位，担负着北京市职工技术交流和技术培训活动的工作，位于北京市宣武区虎坊路13号。其主楼是北京市政府确定的重点保护的建筑之一，始建于1955年，是建筑大师戴念慈的作品。它的外立面设计既继承了中国古代建筑的元素，又有苏式建筑的特点，具有很高的艺术价值和纪念价值。技术中心落成于上世纪五十年代，至今已有近六十多年，期间经历了邢台地震、唐山地震及自然侵蚀等影响，存在较多安全隐患。加固改造的基本思想是保护历史建筑文化，延长30年使用年限，赋予其新功能，挖掘其潜力和价值，用最小的改动，创造最大的使用效益和社会效益。在设计中，针对本建筑的不同特点，采取了多种不同的设计方法，很好地解决了历史建筑功能翻新与既有特色保护的难题。

一、工程概况

工程总建筑面积18585.85O，由六部分组成，分别为：主楼、南北翼楼、西段后接部分、2004年后建部分及北侧车库组成。

主楼即原北京市总工会劳保展览馆，建筑面积6300O，平面呈U字形布置，由六部分组成，各分区之间设置了20mm宽伸缩缝。

二、鉴定情况

因该工程已经超过设计使用年限，根据《建设工程质量管理条例》第六十六条的规定： 建设工程超过设计规定的合理使用年限的，应当进行结构安全性鉴定。

本工程由北京市建设工程质量第二检测所进行鉴定及安全性评估，主楼鉴定报告的主要结论如下：

1. 结构现状良好，符合原图纸，未见基础出现不均匀沉降以及由于基础不均匀沉降引起的上部结构开裂和倾斜现象，基础不存在明显静载缺陷；未发现承重墙体存在开裂现象。

2.部分区域砂浆强度等级低于原设计。混凝土强度符合原设计强度。构件钢筋配置数量基本符合原设计。

3.楼板混凝土推定强度为C15，跨度普遍在4-5米之间，均为80-90厚双向板。楼板破坏严重，钢筋保护层脱落，钢筋外露，锈蚀严重，个别混凝土梁梁底钢筋保护层脱落，钢筋锈蚀严重。为保证结构正常使用，须立即进行处理。

4.多数墙体砌筑质量较好，个别墙体砌筑混乱，不满足规范要求。

5.对结构进行抗震鉴定，存在抗震墙间距超限，墙体中未设置构造柱，圈梁设置不合要求等多项抗震构造措施不满足规范要求。该建筑评为综合抗震能力不满足抗震鉴定要求。为保证该建筑的继续安全使用，需对房屋采取加固或其他相应措施，从而保证结构的安全使用。

三、结构加固

（一） 现有结构存在的主要问题

1、主楼是砖混结构的展览性建筑，非常空旷，横墙间距普遍较大、层高较高，如横墙最大间距36米、层高8.7米；由于建造年代太早，原设计未考虑还抗震设防，因此存在墙体中未设置构造柱及圈梁设置不足等问题。

2、主楼各分区之间设置的是20mm宽伸缩缝，不满足现行规范防震缝宽的要求。

3、原有基础埋置较深，使新增板墙基础及原有基础加固的施工难度加大。

4、楼板破坏非常严重，钢筋保护层脱落，钢筋外露，锈蚀严重。

（二） 主要加固措施

在确定加固方案时遵循以下几个原则：在确保结构安全、满足现行标准的前提下，尽可能满足建筑使用功能要求，不改变建筑外观，保存原历史风貌。

1. 因主楼横墙间距、层高及构造措施远远超过规范限值，墙体抗震承载力严重不足，为大幅提高墙体承载力和变形能力，使结构具备良好的抗震性能及整体性，对原结构采取改变结构体系的方案，在原有主要砖墙处均匀增设厚度不小于120mm的钢筋混凝土板墙，内墙采用双面混凝土板墙加固。为不改变外立面效果，外墙采用内侧单面混凝土板墙加固，在板墙的阴角处及楼层梁下方采取集中配筋的形式设置加强带，以1-6区为例，见图1、表1。

原有横墙间距过大，不利于水平地震剪力的传递，在不影响建筑功能的同时增加1-2道钢筋混凝土抗震横墙，以解决房屋空旷、横墙间距过大的问题。同时为避免新增抗震横墙的承载力过高，造成地震力集中，在新增墙的适当部位进行开洞处理，保证各墙段受力均匀。为加强新增墙与原有结构的连接，在交接部位增加钢筋混凝土壁柱，与板墙、原有砖墙进行可靠连接，形成整体，提高结构刚度及抗震能力。

在板墙加固前，应先封闭原有砖墙裂缝，采用环氧树脂胶液灌注处理，对于风化严重或松动的墙砖应进行置换。因本工程砖墙有近60年历史，非常干燥，为保证喷射质量，在喷射之前一定要充分闷湿之后再进行混凝土喷射。

图1 1#-6区墙体加固平面图

表1 1#-6区首层墙体加固断面及配筋

2、原有各分区之间防震缝宽20mm，不满足现行抗震规范70mm～100mm缝宽要求。若想满足规范要求的缝宽，只能将缝两侧的墙体分别进行内移，由此将给缝两侧的基础及楼板带来一系列的问题，不仅造成加固成本的上升，而且带来施工难度的增加和施工周期的延长。防震缝设置的目的是为减轻或防止相邻结构单元由地震作用引起的碰撞而预先设置的间隙。相邻建筑物在地震作用下发生碰撞是因为其间距无法满足相对位移要求时造成的侧向撞击，常常导致或加剧结构破坏。但本工程建筑高度很低，而且改变结构体系后结构的刚度和整体性有了很大地提高，根据计算分析结果可知，节点最大位移值0.39mm，最大层间位移角1/9999，远小于规范容许值，因此原有20mm缝宽虽然不满足现有规范限值，但缝两侧建筑物在地震作用下也不会发生碰撞问题。为了进一步增加安全性，缝两侧的墙体沿全高在板墙加固的基础上，均匀布置边框柱，即便两侧墙体发生碰撞，也不会导致结构的倒塌。

3、根据原建筑地基勘察报告（56技033）及验槽报告，土层依次为人工堆积之房渣土、碎石填土①层及粉质粘土素填土、粘质粉土素填土①1层，第四纪沉积的粉质粘土、粘质粉土②层及砂质粉土、粘质粉土②1层，细砂、粉砂③层；细砂、中砂④层，粘质粉土、砂质粉土④1层及粉质粘土、重粉质粘土④2层，卵石、圆砾⑤层、卵石⑥层。人工堆积层分布较厚，大多为地面下6米左右，原有建筑采用了埋深较深的天然地基方案，持力层为第四纪沉积的粉质粘土、粘质粉土，基底绝对标高在37.50～38.00m左右，基础埋深为-6.2m～-6.7m。

经计算，增加钢筋混凝土板墙之后，基底反力超过地基承载力15%-25%。按照常规做法，应对原有基础宽度进行加宽处理。但原基础埋置较深，如果进行基础加固，势必产生大量挖方工作，延长工期，而且场地范围内还分布有许多地下设施，施工难度非常大。

依据《建筑抗震鉴定标准》GB50023-2009，地基土在长期荷载作用下固结压密，孔隙比和含水量减少，物理力学特性得到改善，根据使用年限及实际基底压力的不同，承载力最多提高20%。经复核，本工程在加固前实际基底反力接近地基容许承载力，在此基础上又经过50多年的固结压密，承载力可以提高20%。上部结构、基础、地基土之间是相互影响和共同工作的，因此，板墙加固不仅使上部结构刚度和整体性得到增强，同时改善了抵抗不均匀沉降的能力。综合以上因素，地基基础承载力不足的问题得到有效解决，原有基础可不做加固，在满足冻深的标高处设置基础圈梁，板墙纵筋锚入基础圈梁内即可。并要求在施工及使用期间做严密的沉降观测、记录。

4、本工程距改造时已经超过50年设计使用年限，在使用过程中功能发生多次改变，楼板破坏严重，钢筋保护层脱落，钢筋外露锈蚀严重。对原结构混凝土表层出现剥落、疏松、空鼓、蜂窝、严重碳化等缺陷部位进行剔除，清理至坚实基层，并用钢丝刷刷毛，清理干净；在基层洒水浸润，不可有积水，然后涂刷界面剂，用聚合物砂浆进行修复；对露筋、钢筋锈蚀的部位，先清除钢筋周边破损混凝土，对钢筋进行除锈和清洁后采用聚合物砂浆进行修补，再涂刷阻锈剂。对混凝土保护层不足的部位采用聚合物砂浆保护层进行修复。对承载力不足的楼板采用粘贴碳纤维布加固的方法，在粘碳纤维布之前按上述做法先将基层处理干净，最后在碳布表面进行粘沙防护处理。

对部分存在裂缝的楼板，当缝宽小于0.2mm时，先用钢丝刷将混凝土表面凿毛，清除表面附着污物，用水冲洗干净，干燥后先用环氧胶泥、乳胶水泥等嵌补混凝土表面缺损，最后用改性环氧树脂胶液进行表面涂抹封闭；当缝宽大于0.2mm时，宜沿缝凿开V形槽，然后骑槽粘埋灌浆嘴，在槽面上涂刷一层环氧树脂浆液，嵌填水泥砂浆，待水泥砂浆固化后进行密封检查，最后用改性环氧树脂胶液进行灌缝。

（三） 整体计算

依据原结构竣工资料、鉴定报告和现行规范，进行8度设防抗震计算，因后续使用年限为30年，所以计算时地震影响系数最大值取50年地震影响系数最大值的0.75倍即0.12，按新增板墙及钢筋混凝土墙承担全部地震作用进行整体计算，如表2所示。计算软件采用中国建筑科学研究院开发的PMCAD，SATWE软件。计算分析表明：经过抗震加固后，大大提高了结构的承载力及延性。

表2 SATWE计算结果

四、结语

历史建筑是一种特殊的建筑群体，它独特的历史价值决定了它不能以一般性建筑的标准来进行加固。在确定方案时应同时满足建筑功能翻新与既有特色保护的问题。北京市技术交流中心改扩建工程于2012年9月份竣工验收至今已经两年多，产生了较好的社会效益，它的建筑效果也受到全国工会系统的好评。

参考文献

[1] GB50023-2009建筑抗震鉴定标准[S].北京：中国建筑工业出版社，2009

[2] JGJ 116-2009建筑抗震加固技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2009

[3]GB 50011-2010建筑抗震设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010

[4] DB 11/T689-2009建筑抗震鉴定与加固技术规程[S].北京： 2010