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屋蓋整體托換技術在既有建筑 加固改造中的應用


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項目目的

針對經房屋安全鑒定嚴重影響整體承載和抗震要求,需進行整體加固的既有框架結構建筑物,提出并成功實施一種新的屋蓋整體托換技術,為今后類似工程提供依據和技術方案。 

 

2項目背景

我國混凝土結構房屋大量建設于上世紀90年代前后,距今已使用20-30年,因當時技術規范要求偏低,施工質量、環境侵蝕等多方面原因的影響,部分混凝土結構房屋存在著混凝土強度低而導致結構無法滿足基本承載力和抗震要求的現狀,繼而成為影響住戶生命財產安全的嚴重隱患,需要及時進行整體加固。

根據相關規范規定,經房屋鑒定部門鑒定為D級的房屋結構,安全性嚴重不符合要求,嚴重影響整體承載,必須立即采取措施,宜拆除重建。但按照相關法律法規,房屋的所有權是業主的,但土地是歸國家所有,自有房屋的重建必須報規劃部門、建設管理等部門辦理審批手續,舊房拆除后,還需要辦理房屋注銷登記,即將原房產證上繳注銷,重建的建設工程須取得用地許可證、規劃許可證、建設許可證等證件,新房建成后,房主應持國土證、建設工程規劃許可證、房屋質量合格證明、房產測繪成果報告等材料申辦房屋再次登記,否則就是違法建設、建成房屋也屬違章建筑。可見要求非常嚴格、手續相當繁瑣,辦理難度極大。

根據《物權法》的規定,“在改建、重建建筑物及其附屬設施時,應當經專有部分占建筑物總面積三分之二以上的業主且占總人數三分之二以上的業主同意。”如果沒有征得大家意見就屬于擅自建設,是不合程序的。除此之外,對于小區內的既有建筑,還應向規劃部門申請土地“分宗”,即將自己分攤的土地,從小區整塊土地中“挖”出來,變成另一塊獨立的規劃用地,獲批方能進行后續工作。但這樣做,其他業主分攤的土地使用面積就會發生變化,必須征得所有業主同意。辦理相關手續時,還要將所有業主的房產證收回。從理論上似乎可行,但在現實上,難度可想而知。基于以上諸多原因,許多明知自有房屋為危房的業主,面對如此繁瑣、困難的手續也不得不望而卻步。

相比較拆除重建手續的繁瑣,房屋原狀加固改造的操作就簡便多了。原狀加固改造工程是指在不拆除原有房屋、不改變原有建(構)筑物的外立面形狀、建筑層數、建筑高度、建筑使用功能、不增加建筑面積的情況中對原有建筑進行維修改造的工程。

為簡化辦事程序,減少審批環節,我國多地均已經取消或簡化關于原狀維修工程規劃審批手續。例如廣州市規劃局《關于取消原狀維修工程規劃審批的通知》(穗規〔2009〕623號)《關于取消原狀維修工程規劃審批的補充通知》(穗規〔20091718號)的要求,“房屋原狀維修屬自動許可范圍,不需要辦理規劃審批和許可手續。房主可按要求自行對該房屋進行原狀維修(排危加固)”。

現階段,大量既有混凝土結構建筑物,因原設計技術要求偏低,施工質量差、長期環境侵蝕等多方面原因的影響,導致許多工程實測混凝土強度等級低于規范的最小構造要求,無論是承載能力還是耐久性均不能滿足要求。針對整層或整樓所有結構構件的混凝土強度均無法滿足規范最小要求的既有建筑,如混凝土強度等級小于C10,如若不能進行拆除重建,維修加固中能夠采用的較為常見的方法為混凝土置換法。然而對于整層或整樓的混凝土置換施工同樣是一個復雜的工作,需要對每個結構構件均進行局部托換卸載,然后剔除原構件的混凝土,再澆筑新的混凝土。施工中要分析計算,正確控制各個構件的施工順序,否側有可能產生局部坍塌的危險;同時,梁柱節點的連接如果處理不當,在地震作用下可能產生弱節點弱錨固的破壞形式。這就給施工提出了嚴格甚至苛刻的技術要求,實施起來并不簡單,工期長且不易控制。

3技術方法

為解決上述矛盾,首次提出了一種新的既有建筑加固改造的技術方法——屋蓋整體托換技術,該技術化難為簡,可行性高,既避免了混凝土置換特別是梁柱節點錨固施工帶來的一系列風險和困難,又能大幅度縮短工期,使加固施工更為便捷。

現階段比較常見的托換技術,多為:增高橋梁下空間的抬升托換、地鐵穿越建筑物或鄰近建筑物或采空區的托換加固處理、既有建筑地下空間開發的整體托換或局部托換技術等;托換部位主要在建筑物的基礎或梁板柱承重結構部位,屋蓋整體托換未見報道。

屋蓋整體托換技術是利用托換的原理,將整個屋蓋的荷載通過特定的體系進行荷載轉換,使屋蓋結構整體坐落在特設的托換支撐體系上,而這個支撐體系除保持正常豎向承重外,需要對側向風載及施工可能產生的水平力造成的傾覆進行驗算,同時還要保障提供充分的施工空間和便利條件,不會妨礙下部梁板柱的混凝土整體置換施工(包括鋼筋節點處理)。這是房屋局部加固或整體改造的一種新的技術方法,是對托換技術的補充和發展。

4項目背景

本工程為青島某臨海小區別墅,地上兩層異形柱框架結構,房屋建成于上世紀90年代初期,當時混凝土強度等級為C20。因離海非常近,直線距離不足百米,長期受海風侵蝕,混凝土強度下降明顯。經鑒定機構現場檢測,一層梁、板、柱混凝土強度等級低于C10,二層及屋面梁、板、柱混凝土強度等級為C15,經鑒定該房屋結構等級為D級,嚴重影響整體承載,必須立即采取措施,或拆除或整體加固處理。

根據業主要求,不得將整棟別墅拆除重建,維修改造后的房屋應滿足技術規范要求和不違反法規政策的規定。業主對于工期的要求非常緊,可謂時間緊任務重。

 

5改造加固特點

根據《混凝土結構加固設計規范》(GB50367)的相關規定,“增大截面加固法要求按現場檢測結果確定的原構件混凝土強度等級不應低于C10;粘貼鋼板加固法和粘貼纖維復合材加固法要求實測混凝土強度等級不得低于C15。”

因此,本工程二層以上結構可以采用加大截面和樓板粘貼碳纖維進行加固處理的方案。然而一層梁、板、柱構件的混凝土強度等級不滿足規范的最低要求,若對逐個構件采用置換加固法,局部托換工作量和施工難度大,危險性高,節點處難以滿足施工工作面條件,且無法滿足業主對于工期的要求。

針對本工程的特點,擬在原屋蓋底標高位置的柱構件上,利用托換牛腿、托換鋼構架等裝置對原屋蓋體系進行整體托換,后對一層梁、板、柱構件和二層部分柱構件拆除后按照原設計圖紙對本層進行原狀重建處理;待新澆筑的混凝土達到設計強度后,將原屋蓋體系落于下部對應的柱構件上并對鋼筋進行可靠連接,對接點處采用高強度灌漿料進行加強;完成后,對屋面梁、板以及屋面下的框架柱采用增大截面法、板采用粘貼纖維復合材法等方法進行加固處理,以滿足規范要求。

根據原結構布置和屋蓋荷載,對托換體系進行設計,托換構件采用格構式鋼結構構件,并采用特定的方案將各構件連為一個整體體系,既滿足安全又不影響后續施工。下圖為屋蓋托換體系平面示意圖、格構式鋼結構構件示意以及屋蓋整體托換完成后的現場照片。

      

     Fig1屋蓋托換體系平面示意圖1                      Fig 2 格構式鋼結構構件示意圖2

 

     Fig 3 屋蓋整體托換完成后現場圖3                   Fig4  屋蓋整體托換完成后現場圖4

                               

6應用價值及意義

現階段,許多已建建筑物由于受當時經濟、技術等條件所限,存在設計標準偏低,抗災能力弱,能耗高,使用功能差等問題,即使當時設計比較全面的建筑,由于社會經濟及科技的日新月異,人們生活水平大幅度提高,對其使用功能、面積也會提出新的更高要求,如果把存在問題的建筑物或認為過時的建筑物全部拆除新建是不現實的,也是不可能的。因此,相應于社會發展、生活提高而對既有建筑物提出如擴大使用面積、改變使用條件、改善使用功能、提高應對災害能力等等要求,是建筑物“與時俱進”的客觀需求,由此產生對既有建筑實施的改造、增層、移位、托換以及改變結構體系或結構構件等相應的整體或局部改造加固處理也在合理之中。

相關數據表明,西方發達國家建筑業總產值內建筑物加固改造占45-60%,其中德國比重最高60%,而我國到2013年約占3%,差距甚遠。中國城市地上建筑物存量約600億m2和地下建筑物存量約15億m2,且不斷增大,很多建筑已經到了加固維修甚至更新改造期限,太多的天災人禍也相繼對既有建筑物造成病害,所有這一切,我們不可能一拆了之,如何有效延長既有建筑使用壽命,創造既有建筑的免拆除改造利用,這是一個巨大的有挑戰意義的新市場,也是建筑業轉型升級的重要發展方向之一。

針對上述特殊的建筑物加固改造工程,采用屋蓋整體托換技術方法進行加固設計和施工,解決了原建筑混凝土梁板柱強度過低需全部置換的施工難度,取得了非常好的效果。屋蓋整體托換技術將該工程的改造化難為簡,既避免了施工風險和困難,大幅度縮短工期,又避免了拆除重建造成的資源浪費,還保證在不違反國家相關法規的前提下,讓建筑“與時俱進”,化隱患為安居,于國于家都有利。具有現實的社會意義和明顯的經濟價值。

 

 

 

參考文獻

[1] 國家標準《混凝土結構加固設計規范》(GB50367)[M].北京:中國建筑工業出版社

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