王琦
中国航空规划设计研究总院有限公司
摘要：本文以上海思南路历史保护建筑的保护修缮为背景，介绍抗震鉴定加固的全过程，重点介绍了楼板置换和砌体墙加固的方法。针对完整保留建筑历史风貌的要求，提出一种对建筑物风貌改动较少的增设圈梁构造柱的新方法，对其抗震性能进行了彻底的改造与加强，使老旧建筑物焕发新的生命力。
关键词：历史建筑；抗震鉴定加固；圈梁；构造柱
1工程概况及修缮要求
1.1建筑结构概况
思南路某别墅是一幢三层独立式花园别墅住宅，约建于1926年，位于卢湾区思南路、复兴中路的路口，与思南路著名的周公馆和中国共产党代表团驻沪办事处旧址一街之隔，属上海市第四批保护建筑。建筑风格为近代法式花园住宅，其中含有部分中国建筑风格的元素，红色平瓦屋面、特色纹饰窗户、外露台、木质楼梯以及素色水泥拉毛墙面与独立的花园共同形成了特有的居住氛围。
别墅为3层砖木混合结构，主要采用砖墙、砖柱、楼面木格栅，局部混凝土梁、板承重；屋面主要采用木梁、木檩条承重；砖墙下为大方脚条形基础。无圈梁与构造柱等抗震构造措施。历经近百年变迁，别墅已有较为严重的损坏，且有多处修缮痕迹。
1.2保护修缮要求和目标
要求不得改动建筑原有外貌、结构体系、基本平面布局和有特色的室内装修，建筑内部和其他部分允许做适当地变动。根据抗震鉴定结果和新荷载条件，按照规范要求进行抗震验算，加固基础、墙体、楼板和屋面，增设抗震构造措施，目标是满足使用要求，提升抗震性能。
2结构整体抗震验算
2.1结构鉴定结果
墙体砌筑材料基本饱满、无明显砌筑缺陷，用贯入法对砌筑材料强度抽样检测，结果显示，材料强度分布于1.8~2.4MPa范围内，平均值为2.1MPa，强度等级评定为M2.0。墙体实心粘土砖块无明显缺损，用回弹法对其强度抽样检测，具体测试过程与结果不再赘述，砖块强度等级评定为MU7.5。混凝土构件表面较平整，未见明显孔洞、蜂窝麻面等缺陷，现场用回弹法分别对其强度和碳化深度抽样检测，同时用钻芯法在楼板上取芯，结果显示，强度推定值分布于19.3~22.2MPa之间，平均强度fm=20.8MPa，强度等级评定为C18。
抗震构造方面，房屋主体结构为砖木结构，条形基础，房屋结构体系以承受垂直荷载为主。竖向承重构件为砌体，水平向承重构件为木格栅楼板、木屋面、混凝土梁、板。房屋建造年代久远，原设计未进行抗震设防，上海现属7度抗震设防地区，按现有国家和地方标准对抗震构造进行分析。房屋在总高度、层数、层高、墙厚、承重墙体布置的规则性横墙间距等方面基本满足相关规定，但总体上房屋的抗震构造与现行规范有较大差异，以下方面不满足要求：1) 房屋无构造柱和圈梁；2) 砌体、砂浆强度低于规范要求；3) 承重窗间墙宽度、承重外墙尽端至门窗洞边的最小距离小于1.0m。
2.2结构验算
采用中国建筑科学研究院PKPM系列计算软件，结合现场实测结果对墙体进行了竖向荷载下的承载力验算，抗力与荷载效应之比介于0.43至7.94，部分小墙肢、南侧独立柱墙体承载力不满足要求，其余墙体竖向承载力满足要求。采用PKPM软件中的QIK模块对砌体抗震进行分析，结果显示抗力与荷载效应之比最小为1.53，位于一层墙体，结构的抗侧力满足要求。
然而，对于这类缺乏建筑资料的历史建筑，计算并不能充分说明问题，鉴定结果误差、简化模型失真等，都可能导致计算不准确；此外，对于砌体结构本身，抗震构造的意义重大，因此，需要将更多注意力放在抗震构造措施上。
3楼板改造和墙体加固
3.1楼板改造
楼板改造的具体做法为拆除原有木楼板，在原有承重墙体上开洞浇筑混凝土楼板，开洞大小及间距控制在1m以内，并遵循尽量在窗间墙下开凿的原则，具体位置视现场情况定，待混凝土强度达到设计要求后，再将剩余墙体开洞浇筑混凝土，使墙下混凝土楼板贯通。混凝土楼板与保留墙体连接的平面详图如图1所示。
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图1 混凝土楼板与保留墙体连接的平面详图
这种改造加固方法保证了楼板搁置面积，也带来了新问题，将会形成一个混凝土与砌体砖墙的交界面，如果连接不牢固，地震中将会成为薄弱环节。为解决这个问题，需要保证凿开的墙面洞口处凸凹不平，以增大咬合力，同时，辅以微膨胀混凝土，使交界面混凝土密实。交界面的处理如图2所示。
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图2底板与保留墙体的交界面处理方法
3.2墙体加固
该建筑砖墙为承重墙，强度等级为MU 7.5，虽不满足规范要求，但考虑到历史建筑的特殊性，需要通过加固沿用该砌体墙。砂浆强度明显偏低，另外，现场灰缝内的砂浆大多已发酥、脱落，严重影响砖墙的承载能力，不利于抗震，必须对墙体加固处理。
采用在砖墙内增加钢筋来提高墙体的抗震性能。首先，将原墙体的灰缝清理后重新勾缝，然后在墙体两侧做钢筋网水泥砂浆面层和钢筋网片，并在墙体内穿S形 钢筋，采用梅花形布置，将墙体两侧的钢筋网片连为整体，如图3所示。
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图3 墙体加固方法
4 对增设圈梁构造柱的可行性探讨
外加圈梁构造柱是多层砌体房屋常用的加固手段。圈梁作用主要包括增强内外墙的联接，减小外墙沿房屋高度方向的自由长度，加强楼板平面内刚度。构造柱作用主要包括提高砖墙抵抗水平地震荷载的能力，和圈梁共同作用增加砖墙的延性，利用构造柱内的纵向钢筋，防止砖墙在偏心受压作用下正截面受拉区过早出现裂缝，可见圈梁构造柱在砌体结构抗震中的重要性。然而该工程必须严格保留建筑内外墙面历史风貌，和业主沟通后否定了在墙内外附加圈梁构造柱的方案。
于是笔者提出一种全新方案：在置换楼板过程中，在原有承重墙体上间隔开洞完成后，沿墙体方向放入纵向钢筋，钢筋长度大于洞口宽度。浇筑混凝土，待强度达到设计要求后，剩余墙体开洞，放入长度略小于洞口宽度的纵向钢筋，如图4所示，然后将分两次放入的纵筋焊接起来，二次浇筑混凝土，墙下混凝土楼板贯通，同时圈梁形成。
同时，采用粘钢法，在规范要求的构造柱位置，即房屋外墙转角处及内外墙的交接处粘钢，并使用对拉螺栓固定，如图5所示，等效构造柱，起到约束墙体、增加墙体水平抗侧力、增强不同向墙体连接的作用，从原理上入手完成了构造柱的增设。至此，圈梁构造柱增设完成, 加强了房屋整体性, 提高了空间稳定性，同时保持了建筑物的原有风貌。
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图4 增设圈梁示意图
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图5 用粘钢方法增设构造柱示意图
5结论
涉及历史建筑保护的抗震改造加固有其特殊性，给设计与施工带来一定困难。本工程创新设计了一整套加固方案，在完整保留建筑物原始风貌基础上，对其抗震性能进行了彻底的改造与加强，使老旧建筑物焕发新的生命力，或为今后的工程实践提供更多参考。
6参考文献
[1] 樊建良, 郑玉庆. 思南路47、48号街坊风貌保护区砖木结构别墅的检测[A]. 第18届全国结构工程学术会议论文集第Ⅲ册. 中国广东广州, 2009年11月.
[2] 张熙光, 王骏孙, 刘惠珊. 建筑抗震鉴定加固手册[M]. 北京：中国建筑工业出版社, 2001年6月.
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[5] 国家标准, GB50023-2009《建筑抗震鉴定标准》.
[6] 国家标准, GB50003-2011《砌体结构设计规范》.