房屋加层改造方法
既有房屋的加层与改造是一项高要求有风险的工程,在工作过程中出差错很有可能发生事故甚至毁掉原有建筑,所以在进屋加层与改造时要遵循其工作程序并选择合适的加层与改造方法。
通过理论研究及大量工程实践总结,技术上较成熟,国家现行规范推荐房屋加层宜采用的方法有:直接加层法、改变荷载传递加层法及外套结构加层法等三种。
1、直接加层法
直接加层法是指在原有房屋上不改变结构承重体系和平面布置、直接加层的方法。其适用于原结构和地基基础的承载力和变形满足加层的要求;或经加固处理可直接加层的房屋。该方法加层一般不宜超过3层并且还需按照现行国家有关标准规范对加层后地基基础、墙体结构和混凝土构件等进行承载力和正常使用极限状态的验算。
直接加层法可比较充分的利用原建筑的承载能力,是扩大使用面积经济、方便的手段。
二、改变荷载传递加层法
原房屋的基础及承重体系不能满足加层后承载力的要求或由于房屋使用的功能要求需改变建筑平面的布置,相应需改变结构布置及其荷载传递途径的加层方法。加高的层数不宜超过三层。此方法又可大体分为以下两种加层方法:
(1)改变结构承重方向
原房屋为横墙承重,加层部分改为纵墙承重;相反,原房屋为纵墙承重,加层部分改为横墙承重。还可以在加层的局部房间改变承重方向。
(2)增设新承重墙或柱
当房屋加层部分的建筑平面需要改变或原房屋的承重墙体和基础的承载力或变形条件不能满足加层荷载的设计要求时,可以增设承重墙或柱。
3、外套结构加层法
外套结构加层法是指在原房屋外增设外套结构,如框架、框架-剪力墙等,以支撑加层后的全部荷载。外套框架加层法适用于加层层数较多、荷载较大或加层部分需要大开间时,原承重结构或地基基础难以满足过大的加层荷载。外套框架结构可分为分离式外套框架结构体系和协同式外套受力体系两大类。
三、分离式外套框架结构体系
原建筑结构与新外套加层结构完全脱开,立承担各水平和竖向荷载,这种“高腿柱”外套框架不宜在地震区采用。
(2) 协同式外套受力体系
原建筑结构与新外套加层结构相连接,一起承担加层部分的荷载,提高了结构整体性及横向刚度。
除规范推荐的方法还有其他比较实用和新型的方法。
1、室内加层法
室内加层法分为分离式、整体式、吊挂式和悬挑式。
(1)分离式室内加层是指在室内增加新的承重体系,四周与旧房完全脱开,这种体系不能用于抗震设防地区。
(2)整体式室内加层是指将室内新增承重结构与旧房结构连在一起共同承担荷载。这种体系整体性好有利于抗震,但是需对旧房进行加固,梁柱节点处理较困难。
(3)吊挂式室内加层是采用吊挂式结构把増层荷载传至原建筑上一层楼盖。具有自重轻、工期短、有利于抗震等优点,
(4)悬挑式室内加层是指用悬挑结构把荷载传至原建筑物。与吊挂式一样是在室内不允许立柱、立墙时采用,需要对原建筑物进行大面积加固处理。
唐山市的资料表明, 不少加层改造后的房屋未考虑抗震问题而严重倒塌。产生这种情况, 。一方面是建设单位往往把加层看得很简单, 不像新建设计那样有严格的要求, 另一方面, 不办任何手续就自己施工, 由此造成了严重后果。有些房屋往往原来还可以, 但因加层方案不当, 加层后变成了新的危房, 给国家和带来了很大的损失。下面对房屋加层中的抗震环节提出一些思考, 并望引起重视。
1、多层砌体房屋加层后横墙间距超过抗震规定对多层砌体房屋抗震横墙间距, 抗震规范中有明确的规定。一抗震规范规定了不同的楼屋盖的各种砌体结构的抗震横墙间距现浇和装配整体式钢筋混凝土楼屋盖为, 装配式钢筋混凝土楼屋盖为, 木楼屋盖为。多层砌体房屋加层, 其结构往往是横墙承重体系。加层时常常挖掘其纵墙不承重的潜力, 从而造成将新加层的楼层改为纵墙承重方案, 下部横墙处的上面往往以梁代之, 这样就造成了加层部分横墙间距超规范。另外, 一般建设单位在办公楼上加层也喜欢搞一个大的会议室或活动室, 这样的设计迁就了建筑上功能的要求, 而忽略了抗震上的要求。关于抗震横墙间距超规范的问题还有一种貌似符合规范实则违反规范的情况, 即原有房屋抗震横墙间距小于规定值, 加层部分的横墙间距也小于规定值, 但其上下抗震横墙不对应。实质上, 从上下贯通的角度看, 加层部分抗震横墙的间距远远超过了抗震规范的规定, 这种现象应当加以重视。
2、多层砌体房屋加层后, 房屋高宽比或总高度有可能超过抗震规范的规定多层砌体房屋总高度和房屋高宽比在抗震规范中都有明确规定, 如度区粘土砖砌体结构房屋总高度不超过, 房屋高宽比为对多层砌体的房屋, 特别是外廊式结构的房屋其总宽度不包括走廊宽度, 在加层后, 其高宽比往往变化较大, 稍有疏忽就会超过规范规定的数值。一般外廊式房屋原来的高宽比就较大, 加层时宽度不变而高度增加就容易造成超规范的结果。另外, 多层砌体房屋加层时, 也应注意其总高度不超过抗震规范的规定。
3、地震区房屋加层切忌结构上下混乱在多层砌体房屋加层时, 为减轻对地基的压力, 加层部分容易采用轻质墙框架承重方案, 形成下部砖混结构上部框架结构。抗震规范中对此种处理无明确的计算方法与构造措施, 在抗震上是不宜使用的。反之, 对于框架结构的房屋也不宜在其上加盖砌体结构的房屋, 因为上下刚度差别很大。如果因某种需要一定要在框架结构上采用砌体结构加层, 则应在框架内增设抗震墙, 尽量减少上下刚度的比值, 且应该把它控制在规范规定的数值内, 且抗震墙应用钢筋混凝土。
4、关于抗震外套框架加层近几年, 外套框架房屋加层颇为流行。这是把加层部分的荷载不压在旧房屋上的一种方式, 其加层荷载全部由外框架来承担, 这样, 可以更有效地利用城市土地, 往往由三层加到八层, 或由五层加到十几层, 且加层部分的平面不受旧房平面的限制, 但在抗震上则需采取一定措施, 以克服上刚下柔、头重脚轻的毛病。
浅基础上的地基极限承载力是指使得地基达到完全剪切破坏时的小压力,也就是相应于现场载荷试验所得一曲线中土体从塑性变形阶段转为整体剪切破坏的界限荷载。
地基破坏模式
在长期研究过程中,发现基础下土体发生剪切破坏时有三种主要的模式整体剪切破坏、局部剪切破坏和冲切剪切破坏,每种破坏形式的破坏机理及特点都不相同。基础究竟发生哪一种破坏模式,除了与土的种类有关以外,还与基础的埋深、加荷速率等因素有关。相关研究表明,地基极限承载力的确定在很大程度上取决于所采用的破坏准则,这使得现行规范化的计算模式面临着越来越多的问题,需逐步解决。
地基容许承载力
概念
容许承载力是地基基础设计中的关键性数据,指能够同时满足地基强度要求和地基基础变形要求这两个条件时的土体单位面积的承载力。可见容许承载力的确定不仅要考虑地基土本身的特性,而且涉及建筑物容许变形值的问题,后者与建筑物的结构构造情况和使用要求等一系列因素有关,其复杂性是显而易见的。地基容许承载力的确定目前确定容许承载力的方法有
①搜集已有的测试资料,通过统计分析,总结出各种特性的土在某种条件下适用的容许承载力数值,各相关规范中提供的承载力表,基本属于这一类
②根据土体强度理论,计算出能保证地基强度安全的容许承载力,然后针对具体的建筑物进行地基变形方面的验算,即要求预估的变形值不超过建筑物的容许变形值,其中变形值按理论计算确定,而容许变形值仍是经验统计数据
③通过现场载荷试验或静力触探试验,个别地确定测试地点的地基容许承载力
④借鉴条件相近的已有建筑物的成功经验来确定。诬按塑性区开展深度确定当地基土体中的某一点的剪应力达到该土体的抗剪强度时,这一点就处于极限平衡状态若该土体中某一区域内各点都达到了极限平衡状态,这一区域就称为极限平衡区,也称为塑性区。在现场载荷试验中,地基土体进人局部剪损阶段时,变形的速率随着上部荷载的增加而,在地基土体的局部区域内发生了剪切破坏,形成了塑性区,随着上部荷载的不断增加,塑性区的范围逐渐,向整体剪切破坏发展。
1、检测项目
通过检测房屋的质量现状,按规定的抗震设防要求,对房屋在规定烈度的地震作用下的安全进行评估的过程。
2、适用范围
未抗震设防或设防等级低于现行规定的房屋,尤其是保护建筑、城市生命线工程以及改建加层工程。
3、检测内容及过程
1)主要检测参数有:
倾斜、沉降、裂缝、地基基础、砌体结构构件、木结构构件、混凝土结构构件、钢结构构件等,各参数的检测一般为现场检测。
2)非现场检测项目有:
a.混凝土结构构件检测中,混凝土钻芯法检测混凝土强度;
b.钢结构构件检测中,钢材抗拉强度试验法检测钢材试件抗拉强度,钢材弯曲强度试验方法检测钢材试件弯曲变形能力。
c.木结构构件检测中,木材顺纹抗压、抗拉、抗剪强度试验,木材抗弯强度及弹模量试验,木材横纹抗压强度试验。
3)检测过程:
1、收集房屋的地质勘察报告、竣工图和工程验收文件等原始资料,必要时补充进行工程地质勘察。
2、全面检查和记录房屋基础、承重结构和围护结构的损坏部位、范围和程度。
3、调查分析房屋结构的特点、结构布置、构造等抗震措施,复核抗震承载力。
4、房屋结构材料力学能的检测项目,应根据结构承载力验算的需要确定。
5、一般房屋应按《建筑抗震标准》G023-95,采用相应的逐级方法,进行综合抗震能力分析。
抗震方法分为两级。级以宏观控和构造为主进行综合评价,第二级以抗震验算为主,结合构造影响进屋抗震能力综合评价。
房屋满足级抗震的各项要求时,房屋可评为满足抗震要求,不再进行第二级;否则应由第二级抗震做出判断。
6、对现有房屋整体抗震能力做出评定,对不符合抗震要求的房屋,按有关技术标准提出必要的抗震加固措施建议和抗震减灾对策。