马杰

（中国中元国际工程有限公司，北京 100089）

1 引言

20世纪80年代，为满足人们住房需求，北京市建设了一大批高层住宅。此类住宅建设标准与现在相比较低、建筑面积偏小、空间布局不合理、配套设施不足、保温节能性能较差，当时结构设计规范安全度偏低等。随着我国经济发展，此类住宅已不能满足人们的居住需求；为避免拆除新建造成资源浪费，可对此建筑进行相应的提升，以改善现状。

低标准高层住宅基本上为剪力墙结构，剪力墙结构又分为长板式和短板式结构两种。本文主要就短板式结构进行讨论研究，长板式研究，参见文献[1]。通过对结构安全性能的模拟计算和分析，可以使人们对低标准住宅受力状态有一个清晰的认识，还可以为建筑改造的可实施性、经济性以及结构安全性提供依据。

2 低标准住宅的基本情况

短板式高层住宅，其建筑物的进深尺寸约为10 m，长度在40 m以内，通常为1~2道内纵墙和多道横墙，现浇，外纵墙和外横墙为预制。

整体抗侧力体系以内墙为主，承担大部分地震力。预制外墙因为采用复合轻质材料，弹性模量和现浇混凝土比相应较小。由于装配节点引起的刚度削弱，且窗洞面积也比内墙大，整体刚度较低，所承受的地震力也较内墙小很多，主要起维护作用。

此类建筑建设于改革开放初期，以1979年发布的JZ 102—79《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规定》[2]为设计和施工依据，符合当时的经济发展和技术水平，并在正常使用年限内，结构安全可靠。

根据GB 50023—2009《建筑抗震鉴定标准》[3]，对20世纪80年代建造的现有建筑进行鉴定并继续使用的，后续使用年限宜采用40年或者更长，本文研究目标拟采用50年，抗震规范应采用国家现行规范GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》（2016年版）的要求进行抗震鉴定及加固。

3 改造前后结构安全性比较

以某短板式剪力墙结构高层住宅为例，建于1982年，地下2层，地上16层；横墙间距3.3 m，进深5.1 m；设2道纵向剪力墙和多道横向剪力墙，厚度140~160 mm，混凝土标号1~10层为300号，可按目前的C30混凝土计算；10层以上为200号混凝土，按C20混凝土计算；混凝土外墙为预制墙板，墙厚280 mm，混凝土标号200号混凝土。

改造前结构平面如图1所示。

图1 改造前结构平面图

加固改造做法为将原有外墙和楼板分批拆除，原楼梯间、电梯间改造为房间，另扩建部分房间、楼梯间和电梯间，如图2所示。

扩建部分采用钢筋混凝土剪力墙，考虑原预制构件与内浇墙板连接处节点钢筋较密且较复杂，接建墙体通过直接植筋与原主体结构连接难以实现；可剔除连接处部分混凝土，保留钢筋；并在连接部分设置暗柱，接建结构构件钢筋锚入暗柱，然后浇筑高强度微膨胀混凝土来加强新建墙体与原主体结构的可靠连接，使其共同作用；接建结构基础可通过植筋与原建筑基础形成整体。新老混凝土界面注意凿毛处理，清洗干净并涂刷结合剂来保证结合可靠。

原建筑楼板为预制楼板，设计允许荷载低于现行规范，有一定安全隐患。为保证使用安全，提高整体可靠性，全部更换为现浇混凝土楼板，与原有结构连接节点可参照墙体连接做法处理，新建的现浇楼板将新老混凝土剪力墙充分结合，形成整体的新抗侧力体系，大大改善了结构安全。

3.1 截面抗震验算比较

经过计算和审核，原结构的整体结构具有良好的抗震性能。 除下部楼层纵剪力墙有少量超筋外，墙体基本不超筋，但连梁超筋情况较多。

根据新的改造加固方案，大楼电梯间封闭，房间扩建，并增加现浇外墙和现浇楼板，整体结构更加均衡。由于新建剪力墙刚度高，结构整体刚度得到大幅提高，结构墙体受力平衡，抗震能力更强，经计算符合现行规范标准的要求。按新的改造加固方案，楼电梯间封闭，扩建房间，增加现浇外墙和现浇楼板，结构整体更加均衡。由于新建剪力墙刚度较高，结构整体刚度得到了较大提高，结构墙体受力均衡，抗震能力更强，经计算满足现行规范标准要求。

3.2 抗震变形验算比较

改造前的周期计算结果如表1所示。

图2 改造后结构平面图

表1 改造前的周期计算结果

改造后的周期计算结果如表2所示。

表2 改造后的周期计算结果

改造前后的位移结果比较如表3所示。

表3 改造前后的位移计算结果

3.3 结果分析

由抗震变形计算结果可以看出，结合建筑改造方案，拆除部分预制结构构件，扩建部分房间、楼梯间和电梯间，新增剪力墙和混凝土楼板，构件截面验算和位移验算都符合现行规范标准，结构安全性完全可以保证。

但是需要注意的是，由于原内墙中间刚度太大，通常会引起整体结构地震下扭转较大。

为解决扭转的问题可采用两个方案：（1）需在原结构中部内墙新开部分结构洞，来降低中部的刚度，使刚度平均分配，来控制整体结构的扭转；但是由于需在原结构墙新开结构洞，施工困难，尚需对洞口进行构造性加固，综合施工费用高，而且易对原结构造成损害，不建议考虑。主要原因分析如下：计算结果里虽然地震作用下扭转系数较大，但层间最大位移角远远低于规范规定的1/1 000，说明结构的抗侧刚度非常大，和结构抗侧刚度相比扭转刚度相对较小，这是造成结构扭转系数较大的原因，而实际结构各方向位移很小，完全满足抗震变形的要求，改造后结构扭转位移同样也符合现行规范的要求。（2）不在原剪力墙布置结构洞，可以配合建筑改造方案中在原墙体上必需新开的门洞，以及新增剪力墙开洞来平衡刚度，尽量减少或者不在原墙体上开凿不必要的结构洞，来控制扭转，既满足改造使用要求，又尽量保护原结构，施工便利，经济可行。

4 存在的问题及解决方法

因为随着经济发展，我国的结构规范要求越来越高，此类建筑剪力墙的最小构造配筋率低于JGJ 3—2010《高层建筑混凝土结构技术规程》[4]的规定。作为一个既有建筑的改造加固工程，没有必要对原结构进行全面的剔凿加固，可通过粘钢或者粘碳纤维等对原结构损伤较小的加固措施来对部分重点部位和重要构件进行适当加固，来确保建筑的结构安全。

5 结论

此类建筑是依据当时的规范进行设计和建造的，已正常使用了30多年，尚在正常使用年限内，结构安全可靠，可继续正常使用。

按照现行标准对其进行改造，增加现浇外墙和楼板。改造后的结构，新建的现浇混凝土楼板将原有结构墙体和新建墙体整合，水平地震作用通过楼板有效地传递给竖向抗侧力体系，结构整体安全可靠。

本文研究的意义在于：根据既有建筑物的实际情况，因地制宜，选择最合适的方式方法进行优化和提升，延长既有建筑的使用寿命，改善居住条件，实现城市建设的可持续发展；推动政府相关部门对此类问题的关注，从而制定相关的公共政策，积极推广，造福民生。