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屋盖整体托换技术在既有建筑 加固改造中的应用


The Application of Roof Underpinning Technology

in Strengthening the Existing Buildings

Ganlin OuyangYang Liu

Qingdao Jingli Engineering Co.,LtD. Qingdao. China 266071

AbstractA mass of concrete structure buildings constructing in the 1990s in China, because of low technical specification requirements and many other factors in the later use process, low concrete strength lead to the structures unable to meet the requirements of bearing capacity and seismic. Demolish rebuild is simple, one waste of resources , another due to legal reasons, cumbersome procedures, procedures strictly, to deal with the difficulty is great. For Existing buildings which need Integral reinforcement after the safety appraisal, the article put forward a Roof Underpinning Technology that could avoid the waste of resources and ensure the building of "advancing with the times" on the premise of legal and simplicity of operator, for the future similar engineering provides a new reinforcement and reconstruction technology.

Key words: existing buildings, integral reinforcement, roof jacking, underpinning technology

 

1项目目的

针对经房屋安全鉴定严重影响整体承载和抗震要求,需进行整体加固的既有框架结构建筑物,提出并成功实施一种新的屋盖整体托换技术,为今后类似工程提供依据和技术方案。 

 

2项目背景

我国混凝土结构房屋大量建设于上世纪90年代前后,距今已使用20-30年,因当时技术规范要求偏低,施工质量、环境侵蚀等多方面原因的影响,部分混凝土结构房屋存在着混凝土强度低而导致结构无法满足基本承载力和抗震要求的现状,继而成为影响住户生命财产安全的严重隐患,需要及时进行整体加固。

根据相关规范规定,经房屋鉴定部门鉴定为D级的房屋结构,安全性严重不符合要求,严重影响整体承载,必须立即采取措施,宜拆除重建。但按照相关法律法规,房屋的所有权是业主的,但土地是归国家所有,自有房屋的重建必须报规划部门、建设管理等部门办理审批手续,旧房拆除后,还需要办理房屋注销登记,即将原房产证上缴注销,重建的建设工程须取得用地许可证、规划许可证、建设许可证等证件,新房建成后,房主应持国土证、建设工程规划许可证、房屋质量合格证明、房产测绘成果报告等材料申办房屋再次登记,否则就是违法建设、建成房屋也属违章建筑。可见要求非常严格、手续相当繁琐,办理难度极大。

根据《物权法》的规定,“在改建、重建建筑物及其附属设施时,应当经专有部分占建筑物总面积三分之二以上的业主且占总人数三分之二以上的业主同意。”如果没有征得大家意见就属于擅自建设,是不合程序的。除此之外,对于小区内的既有建筑,还应向规划部门申请土地“分宗”,即将自己分摊的土地,从小区整块土地中“挖”出来,变成另一块独立的规划用地,获批方能进行后续工作。但这样做,其他业主分摊的土地使用面积就会发生变化,必须征得所有业主同意。办理相关手续时,还要将所有业主的房产证收回。从理论上似乎可行,但在现实上,难度可想而知。基于以上诸多原因,许多明知自有房屋为危房的业主,面对如此繁琐、困难的手续也不得不望而却步。

相比较拆除重建手续的繁琐,房屋原状加固改造的操作就简便多了。原状加固改造工程是指在不拆除原有房屋、不改变原有建(构)筑物的外立面形状、建筑层数、建筑高度、建筑使用功能、不增加建筑面积的情况中对原有建筑进行维修改造的工程。

为简化办事程序,减少审批环节,我国多地均已经取消或简化关于原状维修工程规划审批手续。例如广州市规划局《关于取消原状维修工程规划审批的通知》(穗规〔2009〕623号)《关于取消原状维修工程规划审批的补充通知》(穗规〔20091718号)的要求,“房屋原状维修属自动许可范围,不需要办理规划审批和许可手续。房主可按要求自行对该房屋进行原状维修(排危加固)”。

现阶段,大量既有混凝土结构建筑物,因原设计技术要求偏低,施工质量差、长期环境侵蚀等多方面原因的影响,导致许多工程实测混凝土强度等级低于规范的最小构造要求,无论是承载能力还是耐久性均不能满足要求。针对整层或整楼所有结构构件的混凝土强度均无法满足规范最小要求的既有建筑,如混凝土强度等级小于C10,如若不能进行拆除重建,维修加固中能够采用的较为常见的方法为混凝土置换法。然而对于整层或整楼的混凝土置换施工同样是一个复杂的工作,需要对每个结构构件均进行局部托换卸载,然后剔除原构件的混凝土,再浇筑新的混凝土。施工中要分析计算,正确控制各个构件的施工顺序,否侧有可能产生局部坍塌的危险;同时,梁柱节点的连接如果处理不当,在地震作用下可能产生弱节点弱锚固的破坏形式。这就给施工提出了严格甚至苛刻的技术要求,实施起来并不简单,工期长且不易控制。

3技术方法

为解决上述矛盾,首次提出了一种新的既有建筑加固改造的技术方法——屋盖整体托换技术,该技术化难为简,可行性高,既避免了混凝土置换特别是梁柱节点锚固施工带来的一系列风险和困难,又能大幅度缩短工期,使加固施工更为便捷。

现阶段比较常见的托换技术,多为:增高桥梁下空间的抬升托换、地铁穿越建筑物或邻近建筑物或采空区的托换加固处理、既有建筑地下空间开发的整体托换或局部托换技术等;托换部位主要在建筑物的基础或梁板柱承重结构部位,屋盖整体托换未见报道。

屋盖整体托换技术是利用托换的原理,将整个屋盖的荷载通过特定的体系进行荷载转换,使屋盖结构整体坐落在特设的托换支撑体系上,而这个支撑体系除保持正常竖向承重外,需要对侧向风载及施工可能产生的水平力造成的倾覆进行验算,同时还要保障提供充分的施工空间和便利条件,不会妨碍下部梁板柱的混凝土整体置换施工(包括钢筋节点处理)。这是房屋局部加固或整体改造的一种新的技术方法,是对托换技术的补充和发展。

4项目背景

本工程为青岛某临海小区别墅,地上两层异形柱框架结构,房屋建成于上世纪90年代初期,当时混凝土强度等级为C20。因离海非常近,直线距离不足百米,长期受海风侵蚀,混凝土强度下降明显。经鉴定机构现场检测,一层梁、板、柱混凝土强度等级低于C10,二层及屋面梁、板、柱混凝土强度等级为C15,经鉴定该房屋结构等级为D级,严重影响整体承载,必须立即采取措施,或拆除或整体加固处理。

根据业主要求,不得将整栋别墅拆除重建,维修改造后的房屋应满足技术规范要求和不违反法规政策的规定。业主对于工期的要求非常紧,可谓时间紧任务重。

 

5改造加固特点

根据《混凝土结构加固设计规范》(GB50367)的相关规定,“增大截面加固法要求按现场检测结果确定的原构件混凝土强度等级不应低于C10;粘贴钢板加固法和粘贴纤维复合材加固法要求实测混凝土强度等级不得低于C15。”

因此,本工程二层以上结构可以采用加大截面和楼板粘贴碳纤维进行加固处理的方案。然而一层梁、板、柱构件的混凝土强度等级不满足规范的最低要求,若对逐个构件采用置换加固法,局部托换工作量和施工难度大,危险性高,节点处难以满足施工工作面条件,且无法满足业主对于工期的要求。

针对本工程的特点,拟在原屋盖底标高位置的柱构件上,利用托换牛腿、托换钢构架等装置对原屋盖体系进行整体托换,后对一层梁、板、柱构件和二层部分柱构件拆除后按照原设计图纸对本层进行原状重建处理;待新浇筑的混凝土达到设计强度后,将原屋盖体系落于下部对应的柱构件上并对钢筋进行可靠连接,对接点处采用高强度灌浆料进行加强;完成后,对屋面梁、板以及屋面下的框架柱采用增大截面法、板采用粘贴纤维复合材法等方法进行加固处理,以满足规范要求。

根据原结构布置和屋盖荷载,对托换体系进行设计,托换构件采用格构式钢结构构件,并采用特定的方案将各构件连为一个整体体系,既满足安全又不影响后续施工。下图为屋盖托换体系平面示意图、格构式钢结构构件示意以及屋盖整体托换完成后的现场照片。

      

     Fig1屋盖托换体系平面示意图1                      Fig 2 格构式钢结构构件示意图2

 

     Fig 3 屋盖整体托换完成后现场图3                   Fig4  屋盖整体托换完成后现场图4

                               

6应用价值及意义

现阶段,许多已建建筑物由于受当时经济、技术等条件所限,存在设计标准偏低,抗灾能力弱,能耗高,使用功能差等问题,即使当时设计比较全面的建筑,由于社会经济及科技的日新月异,人们生活水平大幅度提高,对其使用功能、面积也会提出新的更高要求,如果把存在问题的建筑物或认为过时的建筑物全部拆除新建是不现实的,也是不可能的。因此,相应于社会发展、生活提高而对既有建筑物提出如扩大使用面积、改变使用条件、改善使用功能、提高应对灾害能力等等要求,是建筑物“与时俱进”的客观需求,由此产生对既有建筑实施的改造、增层、移位、托换以及改变结构体系或结构构件等相应的整体或局部改造加固处理也在合理之中。

相关数据表明,西方发达国家建筑业总产值内建筑物加固改造占45-60%,其中德国比重最高60%,而我国到2013年约占3%,差距甚远。中国城市地上建筑物存量约600亿m2和地下建筑物存量约15亿m2,且不断增大,很多建筑已经到了加固维修甚至更新改造期限,太多的天灾人祸也相继对既有建筑物造成病害,所有这一切,我们不可能一拆了之,如何有效延长既有建筑使用寿命,创造既有建筑的免拆除改造利用,这是一个巨大的有挑战意义的新市场,也是建筑业转型升级的重要发展方向之一。

针对上述特殊的建筑物加固改造工程,采用屋盖整体托换技术方法进行加固设计和施工,解决了原建筑混凝土梁板柱强度过低需全部置换的施工难度,取得了非常好的效果。屋盖整体托换技术将该工程的改造化难为简,既避免了施工风险和困难,大幅度缩短工期,又避免了拆除重建造成的资源浪费,还保证在不违反国家相关法规的前提下,让建筑“与时俱进”,化隐患为安居,于国于家都有利。具有现实的社会意义和明显的经济价值。

 

 

 

参考文献

[1] 国家标准《混凝土结构加固设计规范》(GB50367)[M].北京:中国建筑工业出版社

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