房屋改造和增层(史上最全面).ppt

第8 章 既有房屋的改造和增层8.1 概述8.1.1 增层和改造的意义 增加建筑物的使用面积，提高土地利用率；改善旧房的使用功能和条件；增加旧建筑物的抗震能力；节省投资。2021/9/18 28.1.2 既有房屋增层、改造的确定 建 筑 物 是 否 增 层 和 改 造，取 决 于 该 建 筑 物 是 否 具 有增 层 和 改 造 的 潜 力。应 根 据 建 筑 物 的 建 造 年 代、破 损 程度、结构状况、建筑物的重要程度及使用要求做出判断。对 于 建 造 年 限 不 长、结 构 现 状 良 好 的 房 屋 增 加2 3层 是 合 理 经 济 的。对 于 一 些 临 时 性、半 永 久 性 或 严 重 破损、无 利 用 价 值 的 房 屋，应 拆 除 重 建。对 于 某 些 增 层 或改 造 后 会 影 响 城 市 规 划 的 建 筑 物，更 不 应 轻 易 增 层 或 改造。2021/9/18 3增层和改造前做好的工作：o 技术经济评价：评价内容包括：成本、使用功能的完善程度、部件设施的完好程度、工程的寿命期以及建筑面积等；o 对建筑物进行全面的检测鉴定:房屋的工程质量和使用状况，是确定建筑物能否加层的重要依据。o 对主要承重结构构件复核验算:不能满足要求时，必须采取加固补强措施，提高承重结构及构件的承载能力。o 地基与基础的承载力复核：基础计算宽度与实际宽度相差10%以内时，用加强上部结构整体刚度的方法来适应地基基础的变形。相差值超过10%时，设法减少加层结构自重、降低使用荷载，并采取加大基础、加固地基等办法。2021/9/18 48.1.3 增层、改造工作程序 调 查增 层 改 造 可 行 性 研 究质 量 鉴 定设计施工方案施工竣工验收技术鉴定应注意以下几个方面：1)地基基础方面。地基土层分布及土质类别情况；原设计地基的承载力及承载力可能增长的情况；基础类型、尺寸、埋深、材料及现状；地下水位变化情况等。2)建筑物的平面、剖面及结构布置的描述与评述，并对使用情况及现状做出评价。2021/9/18 53)墙、梁、柱等结构构件有无明显损坏或裂缝，主体结构尺寸、材料、砌体、砂浆强度，结构构件连接情况等。4)女儿墙、山墙、内墙、隔墙、楼梯等其他部件的现状及评价。5)邻近建筑物的情况(建筑物高度、基础埋深等)。6)根据作用的实际荷载及构造的实际情况，进行内力分析，并对上部结构及构件以及地基基础进行验算。2021/9/18 68.2 房屋增层的一般规定及方法8.2.1房屋增层设计的一般规定1.建筑设计1)符合城市规划的要求，与小区建筑相协调。2)宜采取增层和改建相结合的方式。在条件许可时，可适当改善原建筑物的使用条件。既有房屋经过长期使用，已产生了一定程度的破损，所以在增层时应对原建筑物进行加固改造和修缮。3)平面设计在满足使用要求和建筑功能的前提下，应考虑结构的合理性。采用直接增层时，宜使新增房屋与原房屋的墙、柱上下对应、卫生间、厨房等房间上下对应。4)立面设计宜保持具有地方特色的建筑风格。2021/9/18 72.结构设计 1)应以材料检验及房屋鉴定结果作为增层结构设计的依据。充分发挥原有结构(包括地基、基础)的承载力，考虑各种不利因素，确保增层后的结构安全。2)增层与改造结构应采用合理的结构体系。力求计算简图符合实际，传力路线明确，刚度和强度分布合理，构造措施可靠，保证增层后新旧结构协调工作。3)增层改造应与抗震加固相结合。协调好新旧结构的抗震能力及关系，保证地震时增层改造后结构的安全。4)应考虑增层、改造施工期间和增层改造后对相邻建筑物的不利影响。尽可能做到增层施工时旧房不间断使用，增层施工期尽量缩短。5)尽量采用轻质高强材料。砖材强度等级应大于MU7.5；砂浆强度等级宜大于M5(组合砖砌体砂浆面层宜大于M10)；混凝土强度等级宜大于C20。2021/9/18 88.2.2 增层结构形式选择的基本原则1)安全可靠。严格执行建筑结构设计规范；尽量减少由于增层改造给承重结构造成的附加应力和变形；地震区应遵循“先抗震加固，后增层改造”的原则。2)经济合理。充分发挥原有建筑物的承载潜力；优先选用轻质高强材料，以减少加层部分的重量；选择经济合理的方案。3)有利抗震。具有合理的地震力作用传递路线，必要的强度，良好的适应变形能力和吸能、耗能的能力。4)施工方便。施工力求简单，工期短；使用中便于养护维修。5)美观实用。重视增层改造房屋的建筑设计，改善使用功能，改进立面造型，采用新的装饰材料，使室内外环境协调舒适。2021/9/18 98.2.3 既有建筑物增层的方法1.直接增层法 对既有房屋进行适当处理后，不改变结构承重体系和平面布置，在上部直接增层的方法。适用于原承重结构与地基基础的承载力和变形能满足要求，或经加固处理后即可直接增层的房屋。增加的层数一般为1 3层。地基承载力有较大的提高。对于砂性土、粘性土，一般情况下，使用时间为510年，地基承载力可提高5%20%；使用时间为1525年，地基承载力可提高15%30%；建成后使用时间为2535年，地基承载力可提高30%45%；建成后使用时间为3550年，地基承载力可提高40%50%。2021/9/18 108.2.3 既有建筑物增层的方法2.改变荷载传递增层法 原建筑物承重结构不能满足增层后承载力的要求，或由于使用功能要求需改变平面布置，需改变结构布置及其荷载传递途径的增层方法。适用于原墙体结构有承载潜力，增设部分墙体、柱子、或经局部加固处理，即可满足增层的房屋。增层数不宜超过三层。3.外套框架结构增层法 增层荷载通过在原建筑物外新增设的(墙、柱等)外套结构传至新设置的基础和地基上。当既有房屋的基础或墙体的承载力不大，或要求增加的层数在3 层或3 层以上时，采用外套框架结构增层法。2021/9/18 118.3 既有房屋增层设计8.3.1 直接增层法的设计1.地基方面 直接增层，不仅要验算在增层荷载作用下地基的容许承载力大小，同时还要考虑地基的沉降变形。(1)地基承载力验算 轴心荷载作用下时：式中：P=(F+G)/A；2021/9/18 12在偏心荷载作用下时：式中：(2)地基承载力的确定1)经验法。2)应力比法。3)空间刚度系数法。承载力提高通过空间刚度系数来考虑。2021/9/18 134)小载荷板试验法。当建筑物基底下地下水位较低时，直接在既有建筑承重墙基础下开挖试验坑，利用建筑物的自重作反力，直接测定地基承载力标准值。试验压板面积宜采用0.250.5m2，基坑宽度不应小于压板宽度或压板直径的三倍。5)规范查表法。建筑物增层前，在原建筑物基础下有效压密区0.5b 1.5b(b 为基础底面宽度)深度范围内取原状土，取土数量及试验要求满足建筑地基基础设计规范规定，确定地基承载力标准值。2021/9/18 14(3)地基变形的计算 建筑物增层后的地基最终沉降量可按下式计算：当原建筑物地基土的固结度达到85%以上时，可认为原地基沉降已经稳定，最终沉降量按下式计算：2021/9/18 152.基础方面 设计时利用了原地基压密后容许承载力的提高值时，应对基础自身的承载力和刚度进行验算。若原基础为砖基础，砖的强度等级不应低于MU7.5，砂浆不应低于M2.5，宽高比不小于1:1.5。若为混凝土基础，除宽高比符合规范限值外，还应注意作抗剪强度验算。若为钢筋混凝土条形基础，则应验算底板及基础梁的配筋，并进行抗冲切和抗剪强度验算。2021/9/18 163.上部结构方面 1)调整结构受力体系及承重方式。如既有房屋为横墙承重，增层部分可改做纵墙承重；若旧房为纵墙承重，增层部分应增设横墙承重；或旧房为纵横墙承重，增层部分仅由横墙或纵墙承重。2)验算墙体承载力和稳定性。由于使用多年，砌体强度下降，如建造年代在30 年以上，增层验算时，上部结构的砌体强度应降低10%20%，作为增层房屋的安全储备；当砌体强度不足时，可采用两面加钢筋网水泥砂浆等法加固。3)减轻上部结构自重。应尽量减轻增层部分结构的自重，如承重墙可采用多孔空心砖，非承重墙可采用石膏板、加气混凝土砌块等轻质材料；屋架结构可采用轻钢屋架承重体系。2021/9/18 174.增层房屋的构造措施 1)增层房屋应层层设置圈梁。以提高其整体性和空间刚度，使增层部分新增荷载均匀传到原建筑物上，防止增层后产生不均匀沉降。2)提高砌体的砂浆标号。以保证砌体牢固连接。增层部分砌体砂浆标号应不低于M5；砌体转角处宜设拉结钢筋。3)承重墙上的门窗洞口，应上下对齐。以利于结构受力明确和建筑立面的协调统一。当在框架结构上直接增层时，梁柱截面是否增大，应由承载力计算和刚度要求确定。同时，还要在新旧柱子接头处和框架梁柱交接处增加附加纵筋和加密箍筋。在顶层框架梁中，梁的上部和下部至少各有2 根钢筋贯通。钢筋搭接长度应满足规范要求，以防止梁柱拉裂。2021/9/18 185.直接增层工程实例【例8.1】南京某中学教学楼为3 层砖混结构，预制空心板平屋顶，现决定将原楼直接增加1 层。经调查，原建筑墙体结构和基础完好。为减轻增层的重量，采用钢筋混凝土柱承重，空心砖墙体，柱子与三层顶的圈梁浇筑成一体，且注意加强圈梁与下层墙体的连接。屋顶采用木屋架和平瓦坡屋面结构。2021/9/18 19平面图2021/9/18 20剖面图2021/9/18 21内纵墙基础加固（抬梁法）构造2021/9/18 22走道柱基础加固（四面加宽）2021/9/18 23山墙基础加固（单面加宽）2021/9/18 245.直接增层工程实例【例8.2】某办公楼为三层砖混结构，长49.8m，宽6.0m，砖砌条形基础，基底埋深为1.1m。因使用需要，拟将该办公楼改造为住宅楼并进行增层和扩建，在原有三层部分增加两层。为扩大使用面积在该楼原有部分增层的同时向该楼北侧扩建一个开间，新扩建部分长49.8m，宽7.8m，基底埋深为1.80m，五层。(1)工程地质情况 设计前，经补充勘察，原建筑场地地貌单元属丹江上游I 级阶地，主要受力层范围内土的物理力学性质指标如表所示。2021/9/18 25(2)既有房屋结构及地基基础现状 原办公楼为小开间的砖混结构，增层改造后对增层部分亦无大开间要求，通过对原结构的现场调查、墙体及结构的抗震验算，确定原结构墙体完全可以满足增层后的强度要求。这样，在增层部分墙体采用轻质材料的情况下，利用原结构的潜力，直接进行增层改建是经济可行的。原房屋地基承载力大小将成为关键。为慎重起见，增层设计前对原房屋基础情况进行了现场开挖检查。结果发现，原房屋基础埋深仅为1.0m，基底下灰土垫层厚度为0.3m，且密实度不够，地基承载力难以满足增层要求，必须进行加固处理。2021/9/18 26(3)地基加固方案 根据工程在增层的同时又进行扩建改造的特点，选用的加固方案应解决两个关键问题：1)增层部分承载力不足问题；2)增层部分与扩建部分基础的差异沉降。因扩建部分地基采用大开挖处理，开挖深度约5.0m，大于旧房屋的基础埋深，这样还存在紧靠基坑一侧原基础的支护问题。经过多种方案的比较和论证，最后选用静压托换桩加固方案。该方案的优点是：施工工期短，施工中不会对原结构造成损害，承载力易于控制。2021/9/18 27(4)增层部分与新建部分关系的处理 设计时，为防止不均匀沉降引起上部结构开裂，增层部分与扩建部分基础相互独立，新旧基础之间采用沉降缝隔开。对于增层部分上部结构的处理，采用横墙承重，为减小作用在原基础上的荷载，增层部分墙体采用轻质材料。(5)使用效果 该增层改造工程于1996 年12 月竣工，经过多次观测，增层部分的基础沉降量，增层部分与扩建部分的差异沉降量均较小，使用情况良好。2021/9/18 288.3.2 改变荷载传递增层法的设计 1 设计要求 o 对增层后地基基础、承重结构及其构件进行承载力和正常使用极限状态的验算；o 采取可靠的连接措施保证新增层结构与原结构的协同工作。o 增层房屋地基的承载力在设计时可适当提高。对新增承重墙，3=0.850.90；对原非承重墙改为承重墙，3=1.1。2021/9/18 29 原屋面板作为增层后的楼面板时，应验算其承载力和挠度；原房屋与增层房屋高差或荷载差异不宜过大；门窗洞宜上下对齐；女儿墙应拆除，不得作为加层房屋的墙体。对于抗震设防区的增层房屋，增层前、后均应进行抗震验算。2 改变荷载传递途径的方法 1)将原房屋的非承重墙改为增层后的承重墙。2)增设新承重墙或柱。3)抗震设防区的房屋增层，对原房屋和加层后的房屋均应按国家标准建筑抗震设计规范进行抗震设计。增层后的总高度和层数、高宽比、抗震横墙间距、局部尺寸限值、构造柱和圈梁的设置均应符合建筑抗震设计规范规定，当不满足要求时，应进行加固设计。2021/9/18 303 构造要求 1)新增设承重墙上的圈梁与原墙体上的圈梁宜采用刚性连接。圈梁主筋与连接钢筋的焊接长度应10d。1.新增圈梁2.原圈梁3.连接钢筋2021/9/18 31 2)新增设的横墙，应沿竖向连续贯通，其穿过楼面的作法见图。当新增设横墙穿过空心楼板时，应每隔500mm 局部凿孔并灌注C20 细石混凝土，且应保证新灌混凝土均匀、密实。2021/9/18 32 3)对于承载力或高厚比验算不满足现行规范要求的墙体，应增设壁柱，或加大墙体截面。4)在抗震设防区，新增设的构造柱应穿过原楼板，沿竖向连续贯通设置；原结构体系改变为内框架且纵向窗间墙宽度小于1.5m 时，应在窗间墙处增设钢筋混凝土构造柱；房屋增层时，新增承重墙体与原墙体交接处应连接可靠。2021/9/18 338.3.3 外套框架结构增层法设计 方案：一是底层较高的多层框架，各层框架梁只承受本层的荷载；二是单层单跨的门式刚架，在门式刚架上砌多层砖房，其框架梁通常截面较高大。地震区作外套框架结构增层设计，要进行抗震计算，要有可靠的构造措施，以保证建筑物的整体性。可在底层增加钢筋混凝土剪力墙，或改底层纯框架结构为框剪结构，外套框架的第一层楼板必须现浇，基础也必须采用桩基础。2021/9/18 341 设计基本要求1)为了防止竖向刚度突变，形成薄弱底层，外套结构应有合理的刚度和承载力分布。抗震设防区不宜采用无筋混凝土剪力墙的外套结构体系。2)对于外套框架增层后属高层建筑的应按高层建筑混凝土结构技术规程进行设计。3)外套框架结构房屋总高度和总层数不宜超过表8.5的规定。4)外套框架结构底层层高，不宜超过表8.6 的规定。5)外套结构应与原有房屋完全脱开，其水平净空距离应满足抗震及增层施工的要求，与原有房屋屋盖间的竖向净空距离应满足外套结构沉降的要求。2021/9/18 356)外套结构基础应与原房屋基础分开，应优先选用在施工中无振动的桩基(如钻孔灌注桩、人工挖孔桩、静压预制钢筋混凝土桩等)，桩的承载力宜通过试验确定。若外套结构荷载较小且为I、II 类场地时，亦可采用天然地基，但应采取措施，防止对原有房屋基础及相邻建筑产生不利影响。7)外套结构底层钢筋混凝土梁、板、柱、墙混凝土强度等级不应小于C25。2.外套结构增层常用结构体系2021/9/18 362.外套结构增层常用结构体系(1)长腿柱外套框架 外套框架与既有建筑物完全脱开，底层柱很高，中间无水平支点，也称为分离式外套框架。有以下几种形式：1)内柱不落地外套框架。将外套框架底层作为大跨度，而在其上部各层加内柱。优点是可减少外套框架上部各层梁的跨度和高度，降低层高。缺点是上部刚度大，底层与二层刚度突变。2)外套组合网架楼盖钢筋混凝土柱。能充分发挥钢材和混凝土两种材料的各自优势，使承重结构与围护功能合二为一。具有跨度大、重量轻、综合经济指标好等特点。2021/9/18 37内柱不落地外套框架 2021/9/18 383)外套多层带斜杆空腹桁架。减少了外套框架结构上部各层梁、柱断面，同时节省工料费用，从而达到在不破坏原结构的情况下，解决大进深房屋增层的结构设计问题。外套多层带斜杆空腹桁架2021/9/18 392.外套结构增层常用结构体系(2)短腿柱型外套框架 外套框架与既有建筑物连在一起，在外套框架的第一层柱的中间设置水平支点。减少了外套框架底层柱的计算长度，结合对旧房功能的改造，采用设拉杆、设纵横连系梁等方式增加外套框架柱在纵横两个方向的刚度。可采用的做法：1)外套框架与旧房砖墙相连。在每层楼板标高处(外套框架上)加纵梁，将原有建筑箍住，用膨胀螺栓或其他措施将旧房的墙与外套框架柱连在一起。优点是减小了外套框架底层柱的计算长度。缺点是外套框架与旧房砖墙连在一起，受力不明确，无明确的计算简图。2021/9/18 402)加拉杆式外套框架。通过在外套框架底层柱与旧房各层楼板标高处增设贯通房屋全宽的钢拉杆，利用拉杆将框架柱与旧房紧紧连在一起。3)壁箍式外套框架。将框架立柱全部布置在原建筑物的外侧(紧贴外墙边)，进深方向为横向框架。与普通平面框架相同，沿外墙边线的每层楼板标高处设横梁与各排立柱相连，组成纵向外框，不同的是把外框横梁改为薄腹梁，梁高为自下层窗楣至本层窗台的高度，梁宽约12cm，紧贴原建筑外壁浇筑，近似于壁式框架。4)外扩连接式或增设剪力墙。具有短腿柱外套框架的优点，同时可避免短腿柱外套框架的底层框架柱与旧房联结支点破坏，而导致整个增层建筑破坏的严重后果。2021/9/18 41【例8.3】东风公司某住宅楼增层改造1.工程概况 公司分厂一幢70 年代建造的住宅楼，为两层单元式住宅，一梯两户，五个单元共二十户，每户建筑面积43.1m2。受当时条件的限制，设计标准很低，楼层共用厕所，独立厨房，无阳台，楼板、屋面板均为槽形板。屋面为无组织排水，外墙为手工制红砖墙。2021/9/18 42平面图2021/9/18 43立面图 原设计为纵墙承重，墙厚240mm，浆砌毛石条形基础，埋深为800mm，基底宽度500mm，地基承载力=150kPa，持力层为亚黏土，建设单位提出在其上增加三层，以解决30户青年职工的过渡性住房，并要求在不搬迁原有住户的前提下完成增层改造。2021/9/18 442.增层改建方案的确定 通过分析计算，如采用直接增层法增层，由于地基承载力不足只能增加一层。若改造地基，加大基础底面积的办法，会对底层住户产生影响。因此确定采用外套框架方案，使增加的上部结构荷载通过框架柱，直接传到新的基础和地基土上。分户墙和外墙均采用240mm 厚砖填充墙，其他内墙用120mm 厚砖填充墙，每户新增一阳台，原二层住户也增设阳台。为了不影响原住户的工作和生活，原屋面仅拆除架空层，另外加三层楼面板，采用120mm 厚预应力圆孔板。2021/9/18 45平面图2021/9/18 46平面图2021/9/18 47立面图2021/9/18 483.设计计算(1)取横向框架为设计计算单元，计算简图如图所示。2021/9/18 493.设计计算(2)原房屋横墙计算 2021/9/18 503.设计计算(3)条形基础下地基承载能力验算基础底面上压力设计值P 必须满足：4.评价分析 住宅增层采用外套框架结构时，其最大的优越性在于横向跨度不大，因此，框架梁的截面也不必做得很大。合理的增层层数。在可能的情况下，最好能一次增至七八层，充分利用外套框架柱下桩基的承载力，降低增层建筑物的单位工程造价。2021/9/18 518.3.4 既有房屋增层抗震设计 传统的抗震设计方法以“抗”为主，即通过加大结构断面，增加配筋来抵抗地震。三方面不足：结构断面越大，刚度就越大，地震作用力也就越大，随之带来所需断面及配筋也就越大。大大增加了抗震所需的工程费用。以既定的“设防烈度”作为设计依据，由于地震发生的随机性，当发生突发性超烈度地震时，增层建筑物就有可能遭受严重破坏和倒塌。允许结构物在地震中出现一定程度的损坏，但它无法保证内部装饰与重要设备不受损害。2021/9/18 521.采用TMD 减震控制体系 TMD（调谐质量阻尼器）减震控制体系是运用反共振原理，把具有一定质量和较大阻尼的隔震支座设计成动力吸震器。地震时，增层部分对下部结构产生作用，减震控制体系使结构在地震作用下的阻尼增大，耗能能力大大提高，地震反应减小，从而使结构的抗震能力得到提高。TMD 控制体系的做法：在原结构的屋顶上设置隔震层，并在隔震层上浇筑钢筋混凝土墙梁然后再施工增层结构，利用增层结构的质量与隔震层组成质量阻尼系统。隔震层常用由橡胶和夹层钢板叠合而成的橡胶垫。2021/9/18 532.新旧结构协同减震 新旧结构间采用耗能减震元件进行连接而构成协同减震结构(如图)，这种方案是采用耗能减震元件连接，通过控制其力学参数而达到较好的减震效果。2021/9/18 542.新旧结构协同减震 外套增层结构协同减震的特点：提高了外套结构底层横向刚度以及稳定性；可通过调整控制耗能元件的屈服刚度，使之先于主体结构进入非弹性状态，而产生较大阻尼，并吸收、消耗输入到结构中的地震能量，衰减结构的地震反应，从而达到提高主结构抗震能力，保护主体结构在强震中免遭破坏；可采用时程分析等动力分析方法来计算协同减震结构的地震反应，从而确定耗能元件的力学参数及设置方式。2021/9/18 553.合理选用承重构件和围护结构 增层结构设计中，尽量采用轻质高强结构构件来有效地减轻地震灾害。承重构件可选用以下材料：1)轻钢结构。具有重量较轻，强度高，弹塑性好，有利于提高抗震性能，同时便于制作、方便施工等优点。设计中应考虑钢架结构的强柱弱梁的要求，使柱的屈服弯矩大于梁的屈服弯矩。2)钢管混凝土。利用钢管对核心混凝土的约束作用，使其处于三向受压状态，从而具有更高的抗压强度和变形能力。在提高延性的同时，还具有减轻结构自重，节的材料方便施工等优点。3)钢纤维混凝土。混凝土中掺入1%2%(体积比)的短钢纤维形成。具有良好的抗震延性，还有较高的抗拉、抗裂和抗剪强度以及优越的抗冲击韧性。围护结构可采用钢丝网架聚苯乙烯夹芯板。具有重量轻、保温性能高，吸音效果好等优点。2021/9/18 568.4 房屋增层中常见问题及对策 8.4.1 增层设计中的问题 1)横墙间距过大。当旧房为弹性方案的多层砖房时，如未增加抗震横墙，会造成横墙间距过大；纵墙承重的砖房，增层后若不加横墙，也会造成横墙间距过大；在顶层设置大会议室等空旷房间，会出现同样的问题。2)增层后房屋的高宽比过大。特别是一些单外廊式办公、教学楼等，增层后高宽比增大，可能超过规范的规定。2021/9/18 57 3)增设的构造柱无可靠锚固。增层房屋构造柱仅与旧房顶层圈梁相连，会造成加而不固。4)增层结构传力不明确。5)外套框架与旧房之间处理不当。外套框架与旧房之间的处理有两种方式，一种是有可靠的连接，使其成为整体；另一种是使它们完全脱开，留出抗震缝。如果增层工程的外套框架与旧房似连非连，则在地震时由于两者自振频率相差较大而造成碰撞，导致旧房损坏或倒塌。6)增层设计时对地基承载力评价不确切。有些旧房因场地排水不畅，土壤软化，承载力不仅没有提高反而降低，若错误地认为地基经过长期压密，按承载力提高进行处理，势必造成房屋开裂、甚至倒塌。2021/9/18 588.4.2 增层工程常见事故及预防措施 1.常见事故类型 1)倒塌事故。建筑物发生整体倒塌或局部倒塌，造成重大人员伤亡和财产损失。2)严重开裂事故。由于房屋增层造成结构构件如梁、柱、墙体严重开裂。3)增层施工超载。由于施工过程中超载引起楼板或大梁等构件挠度过大，在跨中部位开裂。2021/9/18 592.造成事故的原因 1)盲目进行增层设计。一是无证设计；二是不懂增层技术的人员搞设计；三是增层设计时未对旧房的设计、施工、使用情况及现状调查清楚就进行增层设计。2)只增层不加固。为了节省投资，或为了不破坏旧房的高级装修，或不影响旧房的使用，对经鉴定需要进行抗震加固或强度加固的旧房不进行加固而直接增层。3)选错增层结构方案。在地震区增层后已属高层建筑但仍采用砖混结构体系；有的采用下部多层框架、上部砖混结构对抗震不利的增层形式；有的采用受力不明确的结构方案。2021/9/18 602.造成事故的原因 4)增层施工超载。现浇梁板直接将模板顶柱支撑在旧房屋顶上而不采取措施；拆除的建筑垃圾堆放在屋顶上，造成施工超载。增层工程在施工期间旧房还在使用，有更大的危险性。5)施工质量存在严重问题。增层施工质量要求高、难度大，必须引起高度重视，认真对待。否则极易发生质量事故，而不能保证增层房屋的安全使用。3.增层工程事故的预防措施 1)杜绝增层工程无证设计、无证施工。2)设计时遵循“安全可靠、经济合理、有利抗震、方便施工、切实可行”的设计原则，计算简图明确、构造措施可靠。2021/9/18 61 3.增层工程事故的预防措施 3)增层设计时必须做到心中有数，对旧房现状调查清楚。结构计算书必须认真校对、审核，严防错算和漏算。4)抗震区房屋增层，应按抗震设计规范要求进行抗震鉴定和抗震设计，该加固的必须进行加固，遵守增层施工程序，先加固后增层。5)严禁施工超载。不得在旧房顶集中堆料，不得将模板支柱直接支撑在旧房梁板上。6)增层施工期间旧房不停止使用的要特别注意采取施工安全措施。如在旧房出口搭设安全棚、安全走廊，对旧房外墙门窗采取防护措施。2021/9/18 628.5 既有房屋改造方法与对策8.5.1 既有房屋改造的荷载变化 1.荷载的增加 1）既有房屋的增层。2）既有房屋增加厨房、厕所、客厅，或者是增加隔墙和设备等。3）增加原建筑物高度或宽度，需增加柱、墙高度，以扩大建筑物空间。4）工业建筑增加吊车荷载。5）室内外装修改造。2.位置和方向的变化2021/9/18 638.5.2 既有建筑物改造的技术措施 1.深基坑的支护 基坑开挖前，应对坑壁周围的各种荷载进行检查、分析和判断。对临时性挖方，可采用450应力扩散角估算法进行判断，斜坡边线不得超过应力扩散角。靠近已有建筑物开挖基坑，基坑不低于邻近建筑物基础底面时，采用一般的支护措施即可；若新基坑深度大于邻近建筑物基础时，新旧基础应保持一定距离B 及基底高差H，且应满足H/B 0.5 1.0。2021/9/18 64基坑开挖2021/9/18 652.托梁拔柱、换柱 在不拆除或少拆上部结构的情况下实施拆除、更换、接长、改造柱子的综合性技术。按施工方法的不同分为：有支撑托梁拔柱。在待拔柱墙旁另设临时性支柱，利用此柱顶升上部结构，制作安装托架或托梁，然后将上部结构支承关系转换到托架或托梁，拆掉柱子或墙，施工较为安全，但增设临时支撑结构费用较高。无支撑托梁拔柱。不另设支托上部结构的临时支撑结构，直接浇制安装永久性托梁，然后拆除下部柱或墙。无支撑托梁拔柱较为经济，但技术难度较大。2021/9/18 66(1)托梁拔柱的计算步骤：1)计算拔柱前原结构内力。2)根据被拔柱所受外力大小及新的使用要求，确定拔柱后的传力方案。对于静定排架结构，应采用托架及侧向支撑传力体系，被拔柱所受竖向力及水平力全部转由托架及侧向支撑承受，并以此设计托架及侧向支撑。对于被拔柱为超静定结构，可考虑内力重分布，采用对原结构进行加固处理方案。3)按托梁拔柱后新的荷载传力途径计算结构内力。4)根据托梁拔柱后计算所得内力，对梁柱及地基基础进行加固设计。5)根据实际受力情况，对施工阶段结构的强度和稳定性进行验算。2021/9/18 67(2)托梁拔柱前要做好的工作：1)对原有屋盖结构构件的状况及连接进行全面检查，如有缺损或不良处，应予以加固补强。2)核算由于拔柱而引起各柱子和基础的应力变化，如有不满足要求的，均应进行加固。3)新增托梁的设计、制作工作。(3)施工程序及要点 1)按设计要求加固旁柱、柱基及相关结构，增设支承托架的牛腿，加工制作托梁。2)对于有支撑托梁拔柱，应从地面设置支顶上部结构的临时支柱。2021/9/18 68 3)对于无支撑托梁拔柱，可利用原吊车梁、吊车端架或原柱牛腿等，设置支顶屋盖系统的临时支架。4)安装托架。先顶升屋架或上部结构，并安放于临时支柱或支架，拆除上柱，然后安装托架。顶升时，千斤顶应同步进行，顶起后，千斤顶两旁应有防回落装置。5)顶升屋架，转换安放固定于托架。6)拆除待拔柱及连带吊车梁、临时支柱、支架等。2021/9/18 693.基础的托换 在下列情况下应对基础进行加固和托换：1）房屋结构和基础完好，而基础承载力不足的。2）建筑物使用性质改变，致使建筑物荷载增大。3）提高既有建筑物的抗震能力。4）在既有建筑物下方或邻近新建地下结构物。5）重要的结构物需要移动或抬高时。基础托换的方法有基础加宽、墩式托换、桩式托换、灌浆托换等，可根据建（构）筑物结构形式、荷载大小、地基承载力和现有结构安全储备的不同以及施工条件选用。2021/9/18 704.纠偏技术 对于发生倾斜，但整体性很好的建(构)筑物，对其进行纠偏，并稳定其沉降，是一种经济、合理的方法。建(构)筑物的纠偏工程技术难度高，不仅要求技术人员有比较深厚的力学知识、较强的综合能力，还要有丰富的纠偏与加固经验。纠偏方法有迫降纠偏和促沉纠偏等，主要根据地基土质情况和施工技术条件加以选择。2021/9/18 715.移位技术 建筑物移位是将整栋建筑物(不包括基础)，从原址移至规划新址，它包括纵、横向平移、转向或者移动加转向。移位工程是一项技术要求较高，具有一定风险性的工程，要求通过平移或转动，不仅使移位后的建筑物能满足规划、市政等方面的要求，而且还不能对建筑结构造成损坏，同时要降低工程造价。2021/9/18 72建筑物的移位2021/9/18 735.移位技术 建筑物移位分为滚动移位和滑动移位两种形式。滚动移位又包括上下轨道间设置滚轴的滚动移位和上下轨道间设置转轮的滚动移位。上轨道就是移位建筑物在地坪上部新设置的托换底盘体系，上部结构通过托换底盘，把荷载传到滚动轴或转轮上，底盘下设置钢板，以便于光滑移位。下轨道是在原基础或基础梁顶面，高于地坪(或低于室外地面不深处)将原结构整平、浇筑混凝土予以加固并设置钢板以利滑动或移动，作为滚轴或转轮滚动的支撑体。2021/9/18 74建筑物滚动移位和滑动移位装置图2021/9/18 75（1）移位设计应具备的条件1）场地及移位路线的岩土工程勘察资料；2）既有建筑的设计图纸、计算书和施工资料；3）既有建筑的结构、构造、受力特性和现状分析；4）既有建筑地基基础重新验算书；5）移位施工可能对邻近建筑及管线的影响分析。（2）移位工程设计内容结构设计：a.荷载计算。计算承重结构作用于托换底盘梁系结构上墙体的线荷载或柱子的集中荷载值；b.结构托换梁系截面及配筋设计；c.移位过程中基础的受力验算及补强设计；d.新旧基础的承载力和变形验算及补强设计。2021/9/18 76地基设计：a.移位路线的地基，按永久性进行设计，安全系数可取永久性设计时的80%；b.移位后的地基基础设计，若出现新旧基础的交错，应考虑既有建筑地基承载力的提高，造成新旧基础间地基变形的差异，必要时应作加固处理。滚动支座设计：a.滚动支座可采用不小于的实心钢棒或的钢管混凝土，并应通过试压确定，支座上下采用20mm 厚的钢板作为上下轨道面，或采用工具式轨道梁，以利应力扩散及减少滚动摩擦力。b.滚动支座的间距及数量应根据支承力的大小设计。c.滚动支座要设有限位卡。2021/9/18 77移动装置设计：a.移动装置有牵引式及推顶式两种，牵引式宜用于荷载较小的建筑物，推顶式用于较大型建筑物。b.托换梁系作为移动的上轨道梁，基础作为下轨道梁，移位前下轨道梁应进行验算、加固、修整和找平。c.上下轨道梁系的设计应同时考虑移位荷载的移动及滚动过程局部压力的位置改变。2021/9/18 78（3)施工要点a.托换梁系施工时应分段置入上下钢板及滚动支座，应控制施工的准确度，保证钢板的水平。b.应严格按设计要求进行上下轨道梁的钢筋混凝土施工，并建立严格的施工管理及质量检测体系。c.移位应待结构托换梁系及移动路线施工完毕，经验收达到设计承载力后方可进行。d.移位施工应编制施工组织设计、完善指挥及监测系统，做好水平及竖向变位的观测。e.推顶或牵引时应设有测力装置，严格按设计要求施工。f.移位时应控制滚动速率不大于50mm/min，保持匀速移动，并设置限制滚动装置。g.移位到达设计位置，经检测合格后，应立即进行结构的连接并分段浇捣混凝土。2021/9/18 79【例8.4】临沂市国家安全局8 层办公楼整体平移1.工程概况 办公楼为8 层框架结构，钢筋混凝土独立基础，建筑面积约3500m2，总重52243kN，总高34.5m，楼顶有35.5m 高的通讯塔，1999 年4 月建成并投入使用。因该楼位于临沂市新规划的临沂市人民广场内，必须先将该建筑向西平移96.9m，再向南平移74.5m，总移动距离为171.4m。2021/9/18 802.结构内力分析 依据每个柱子底部的内力值，对上下轨道梁和基础进行设计。柱子最大轴力N=5300kN，M=87kN.m，建筑物总重G=52243kN。2021/9/18 813.地基基础及下轨道梁的设计 原建筑物基础以中等风化的岩石为持力层，承载力在2200kN/m2以上。由于平移场地范围内岩石的埋深在-3.5-5.2m 之间，因此设计时直接将岩石层作为下轨道基础及新基础的持力层，并采用条形基础型式，最大基础宽度为2200mm,底板厚度为400mm，为了避免楼房在平移过程中产生过大的不均匀沉降，设计时通过调整下轨道梁高度来满足设计标高的要求。由于上轨道梁采用柱下双梁形式，下轨道梁亦对应采用条形基础上的双梁形式。2021/9/18 824.上轨道梁设计 1)计算模型应力求受力明确、计算简单。可按放置在下轨道梁上的弹性地基梁或按倒置的牛腿进行受力计算。本工程最大柱网尺寸为8.1m7.2m，柱子最大轴力N=5300kN，若按弹性地基梁设计上轨道梁，截面高度至少在1800mm 以上，且配筋很大，还会在框架柱(尤其边柱)内产生较大的附加应力，这样对框架柱受力不利而且也不经济。按倒置牛腿设计既合理又经济，且受力较明确。相邻柱间的上轨道梁通过一个截面相对较小的连梁连接，连梁可以承担一定的水平力，保证每个柱子位移同步，又可起到增加上轨道梁稳定性的作用。2)根据框架柱内力大小的不同，分别对上轨道梁进行抗剪强度和抗弯强度计算。2021/9/18 834.上轨道梁设计 3)上轨道梁除了承担楼房正常的荷载以外，还要承担楼房平移过程中的水平牵引力、摩擦力和因轨道不平而产生的附加力等，要保证上部结构的安全，必须保证柱内纵筋在上轨道梁中有足够的锚固长度。4)牵引力或平移过程中的摩擦力对上轨道梁受力的不利影响。由于建筑物要沿两个方向平移，所以设置纵横双向的上轨道梁，在原址处一次施工完毕，在上轨道梁之间还加设了斜梁，形成一个水平放置的桁架。2021/9/18 84上轨道梁与斜梁形成桁架 2021/9/18 855.顶升方案及顶升点的设计 该 楼 先 向 西 平 移96.9m，然 后 再 向 南 平 移74.5m，转 角处 需 要 转 换 行 走 机 构(滚 轴)的 方 向，因 此 必 须 在 转 角 处 将楼 房 顶 升，将 向 西 行 走 的 滚 轴 抽 出，并 在 横 向 上 轨 道 梁 下放入向南(横向)行走的滚轴。顶 升 采 用 分 批 局 部 顶 升 方 案，顶 升 过 程 中 楼 房 的 一 部 分支 撑 在 千 斤 顶 上，一 部 分 通 过 滚 轴 支 撑 在 下 轨 道 梁 上，顶升 时 楼 房 的 稳 定 性 较 好。具 体 实 施 过 程，第 一 次 顶 升、两 个 轴 线，顶 升 前 根 据 每 个 柱 子 的 竖 向 荷 载 合 理 布 置 千斤 顶 数 量，并 根 据 计 算 严 格 控 制 每 个 高 压 泵 站 的 油 压。同时，在 每 个 柱 子 的 根 部 安 装 两 个 百 分 表，以 控 制 每 个 柱 子的 顶 升 速 度 和 最 大 顶 升 量。千 斤 顶 均 采 用 带 自 锁 装 置 油 压千斤顶。2021/9/18 86上下轨道梁的顶升点布置2021/9/18 876.牵引装置及行走机构设计 牵引力确定时考虑的因素有：楼房的总重量、轨道板的平整度、滚轴的直径、轨道是否涂润滑油、单个滚轴承担的压力等。正常施工条件下，平移时牵引力一般为楼