张 凯 曹双寅

(东南大学土木工程学院，江苏南京 210096)

0 引言

近代历史建筑广泛分布在我国南京、上海、哈尔滨、天津等城市。这一时期的建筑，在保留我国古建筑风格特点的同时，通过逐步接纳西方的建筑方式，采用新的建筑材料、设计理论和施工技术，是中国传统建筑走向现代建筑的尝试。这些建筑风格多样，类型齐全，它们既是中西文化碰撞的智慧结晶，也是中国传统建筑走向现代建筑的尝试。保护好这些建筑，既是历史赋予的责任，也是彰显城市文化底蕴的重要途径。

然而，由于近代历史建筑设计建造于20世纪初期，在结构设计、构造、建筑材料等方面均存在不同程度的“先天缺陷”;其次，经过近100年的使用，结构大多出现了不同程度的老化和损伤;另外，战争创伤，以及产权所有者的恣意改造也使得这些建筑的安全性受到威胁。

对历史建筑进行加固改造时必须遵循相应的保护原则(包括原真性、可逆性、可识别性、最小干预性等)，在提高其抗震性能、承载能力的同时，保留其原有的建筑风貌。

本文通过鉴定、加固工程实例，探讨近代历史建筑的结构特点以及加固保护方法。

1 工程概况

某公司21号楼位于南京长江大桥南桥头堡南侧，始建于1916年。该楼原为解放前南京最大的外资企业——和记洋行的冷库，是南京重要的工业建筑遗存。该建筑由英国人设计，姚新记营造厂施工。建筑平面呈矩形，长约77.1m，宽约32.3 m，原来5层，解放后增加一层，总建筑面积14 000余平方米。建筑立面如图1所示。

图1 和记洋行21号楼外观

该建筑主体结构采用现浇钢筋混凝土框架结构，楼、屋面均为现浇钢筋混凝土梁板结构，基础采用(木桩)筏板基础，外墙为砖砌体围护。根据原设计资料显示，该建筑建造时对地基采用木桩进行了加固处理。在该建筑的正面和侧面都有独立的现浇钢筋混凝土楼梯与其相连。

该建筑原设计为仓库，后作为生产车间使用至今。根据公司总体发展规划，拟将该楼1层～5层改造为冷藏库。因使用荷载大幅增大(增至20.0 kN/m2)，需要对该楼进行加固处理。鉴于该建筑建造年代久远，原设计标准不详，有关建造资料大部分缺失，为了改造工程的顺利实施，确保改造后主体结构的安全使用，需要对该楼使用功能变更的结构可行性及变更后主体结构的安全性进行鉴定分析，为改造加固提供科学依据。

2 现场检测

2.1 结构布置

柱网为 5.486 m ×5.385 m(18’×17’8”)，横向为 6 跨，纵向14跨，纵向的中间有304mm(1’)的伸缩缝，结构以纵向框架承重为主。1层～4层楼面为每跨均布横向3根次梁，5层楼面为每跨均布纵向2根次梁。在B—C跨和E—F跨有沿纵向全长的水槽(已不使用)各一个。

根据原设计图纸，该建筑的基础为桩筏基础。其中，筏板基础为梁板式，每个柱网内又有上肋式井字次梁。主梁高为1.26 m，次梁高1.0 m，筏板厚200 mm。每个中柱基础下有9个木桩，边柱基础下有7个木桩。木桩的直径和桩长不详。

各层层高为:一层 5.47 m(18’);二层 5.168 m(17’);三层5.168 m(17’);四层6.0 m(20’);五层 5.168 m(17’)。楼板为现浇板，板厚76 mm。柱截面为矩形，主要尺寸有760×760，660×660，558×558和300×300。截面由下层至上层逐渐减小。

2.2 结构构件损伤

现场勘察发现，由于建造年代距今已有90年，该建筑主体结构存在明显的耐久性损伤迹象，多数接近地面或楼面的柱身由于人为碰撞和自然腐蚀等都有不同程度的混凝土剥落，有些已经外包了一圈新混凝土来保护。一些板、主梁和次梁也有不同程度的混凝土剥落，有的区域已经能看到混凝土的骨料。靠近卫生间等长期潮湿区域的梁板腐蚀情况更为严重，有些由于钢筋锈胀已经出现大面积混凝土崩落和露筋现象。

2.3 建筑倾斜情况

现场对建筑的总体倾斜情况进行了测量，初步测量结果表明，结构沿横向(东西向)总倾斜量为7.2 cm，沿纵向(南北向)总倾斜量为15.4 cm，按照测量区域高度27 m计算，主体建筑横向(东西向)的倾斜率为2.6‰，纵向(南北向)倾斜率为5.7‰。

2.4 主体结构材料检测

现场对混凝土强度、钢筋等进行了材料检测。基础混凝土立方体抗压强度为18.3 MPa，框架柱的混凝土立方体抗压强度在8.7 MPa～18.6 MPa之间，混凝土梁的混凝土立方体抗压强度在10.2 MPa～18.4 MPa之间，混凝土楼板的混凝土立方体抗压强度在19.8 MPa～27.0 MPa之间，强度离散性很大。

现场随机截取钢筋3根(分别位于梁、板、柱等构件)进行力学性能试验，测得钢筋抗拉强度平均值为495 MPa。

2.5 场地、地质条件

根据南京市区工程地质图，该场地位于长江近岸漫滩之上，并且处于市区故道入江口地带，属于不均匀松软土地基建筑场地。场地附近无影响建筑物安全的断裂带通过，也无不良地质作用分布，应属于稳定场地。场内20 m深度以上，经判别为不液化土层。由勘察揭示，场地表层填土厚度为1.1 m～2.4 m之间，其下至12 m左右深度范围内为具有“千层饼”结构的粉质粘土，中部为薄层状的粉质粘土和粉砂互层，下部为稍密～中密的粉细砂。地下水位年变幅地区经验值为0.5 m～1.0 m。

2.6 附属结构情况

除了与该建筑悬挑部分相接的独立钢筋混凝土楼梯外，还在该建筑物中外加了一个电梯构筑物。此外，在该建筑物的后面还有一个新建的3层钢筋混凝土框架结构与其相邻。这个房屋的第3层曾经遭到火灾，并殃及主体结构的第3层，部分梁的端部可看见弯剪斜裂缝。

3 主体结构计算复核

3.1 结构信息、荷载取值与计算依据

结构布置、构件几何尺寸按照结构现状调查图取值;材料强度根据检测报告，按照下列等级取值:混凝土:柱C10、梁C15、板C15;钢筋:楼板、梁、柱均取为Ⅰ级。

Ⅲ类场地，7度抗震，抗震等级为二级。

风荷载标准值按0.4 kN/m2考虑。

外墙荷载按照240mm厚砖墙考虑，内墙荷载按照轻质墙考虑。

根据业主提出的变更后使用功能要求，楼面、屋面恒载根据测得的建筑做法，分别取3.5 kN/m2和4.5 kN/m2;楼面活载:1层 ～5层(冷库)取 20.0 kN/m2，6 层(后加，一般生产车间)取3.5 kN/m2;屋面活载按上人屋面取为2.0 kN/m2。

结构计算依据以下设计标准:

1)GB 50011-2010，建筑抗震设计规范;

2)GB 50010-2010，混凝土结构设计规范;

3)GB 50009-2011，建筑结构荷载规范;

4)JGJ 3-2010，高层建筑混凝土结构技术规程。

采用中国建筑科学研究院PKPM系列结构计算软件进行计算复核。

3.2 计算复核结果

经全面核查原设计资料和计算结果，按照新的使用功能要求，结构的规范符合性概括如下:

1)地基基础。经计算，基础梁的正截面承载力不满足规范要求，部分主梁存在超筋现象。

2)框架柱。框架柱的正截面、斜截面承载力全部不满足现行规范要求。各层边柱正承载力缺口普遍在100%以上，最大甚至达到656%;各层中柱承载力缺口更大，最大者达到990%。斜截面承载力缺口:边柱普遍在150%以上，最大达241%;中柱普遍在200%以上，最大达321%。框架柱的轴压比，除角部柱满足规范要求外，其余各层的轴压比全部超标。由于第5层柱截面偏小，该层出现了超筋现象。

3)框架梁。框架柱的正截面、斜截面承载力全部不满足现行规范要求。3层、4层的部分主梁出现超筋。

4)次梁。次梁正截面、斜截面承载力除第5层满足规范要求外，其余4层全部不满足现行规范要求。

5)楼板。楼板的承载力，除第5层基本满足规范要求外，其余楼板均不满足现行规范要求。

4 鉴定结论

根据现场检测及结构复核结果可见:

1)该房屋主体结构的竖向布置比较均匀、规则，平面布置规则，构件类型单一，除由于年代较久出现的耐久性损伤外，主体结构现状尚好，具有直接进行加固升级的可能性。

2)按照改造要求，1层～5层楼面活荷载将增至20.0 kN/m2，增幅很大，目前主体结构构件的承载能力远不能满足现行规范的要求。

综上所述，应采取必要的措施对该建筑主体结构(构件)进行全面加固，以提高结构的承载能力，满足改造后的使用要求。

5 结构加固方案

从提高结构整体性的角度，在保持结构体系、建筑立面不变的前提下，综合考虑加固成本、加固效果等因素，选用加大截面法作为最终的加固方案，具体如下:

1)地基基础。采用钻孔灌注桩进行加固。原有木桩按照9根，直径200的圆木估算;新加钢筋混凝土桩按照摩擦桩，以弥补原有基础的不足，如图2所示。

图2 基础加固示意图

2)次梁和楼板。由于改造后楼面荷载增加很大，采用卸载和叠合板的方法:在现有次梁间增加次梁，并考虑在叠合层适当增加负钢筋;在现有板面增加50厚叠合层。

3)框架梁、柱。采用钢筋混凝土加大截面法进行加固，解决材料强度等级不足、抗震构造缺陷和承载能力不足等缺陷。梁顶面(结合50厚叠合板)、侧面各加大50 mm，底面加大100 mm;柱截面加大厚度100 mm～408 mm，如图3～图5所示。

图3 梁加固示意图

图4 中柱加固示意图

图5 边柱加固示意图

该加固方案能够很好地保护原有的结构体系不变，并能够有效地提高结构的整体性能以及构件的刚度和承载能力。虽然加大截面法用于历史建筑有“不可逆”的缺陷，但在截面增加不多的前提下，还是可以接受的。

采用PKPM软件对加固后的结构进行了验算，结果表明，加固后的结构整体性和构件的承载能力有了明显提高。轴压比等指标满足现行规范的要求。

6 结语

1)目前我国在古建筑的维修方面，已经取得了丰硕的成果，相关的加固方法已经日趋成熟。而对于近代历史建筑的加固修复目前尚无全面完整的技术规范可循。由于保护修复的技术策略长期以来一直未能得到应有的重视，近代建筑遗产保护的实际情况不容乐观。

2)历史建筑由于建造年代久远，历经沧桑，其原始的建筑、结构图纸及相关资料往往不全甚至无从查起。因此，加固前对建筑进行详细的调查(包括结构图的测绘、结构历次加固、改造情况的调查等)以及必要的实测(包括材料强度、变形的测量以及损伤的检查等)是必要的。

3)近代历史建筑大多未考虑抗震设防，存在抗震构造上的不足;且经过近百年的使用，混凝土碳化、钢筋锈蚀等结构劣化现象严重。对这类结构的加固应从增加结构整体性的角度，提高结构的抗震性能。

4)不同的加固方法用于历史建筑有其各自的优缺点，必须根据具体的工程实际、按照历史建筑的特点和保护原则做出合理的选择，而不能迷信某一种加固方案。

［1］ 卢海鸣，杨新华.南京民国建筑［M］.南京:南京大学出版社，2001.

［2］ 卜良桃.建筑结构加固工程设计与施工质量验收手册［M］.北京:建筑工业出版社，2008.

［3］ 陈 瑜，陆伟东，刘伟庆.某民国老文物库房建筑的抗震鉴定［J］.结构工程师，2009，10(25):115-119.

［4］ 蔡春雷.某框架结构加固改造工程分析［J］.山西建筑，2010，36(34):73-75.