在碳达峰、碳中和目标的大前提下，伴随着经济的快速发展，人们更加关注居住品质和生活质量的提高，但是一些老旧房屋，由于建造年代久远，出现不同程度的损坏，威胁到居住人员的生命财产安全。做好老旧小区的房屋建筑结构抗震加固工作，让加固后的老旧小区焕发青春，兼顾居民安全和生活质量的提升，使其更加富有朝气和活力。因此，老旧小区的结构抗震加固，在未来相当长的时间内，都具有很高的经济和社会价值。
在碳达峰、碳中和目标的大前提下，伴随着经济的快速发展，人们更加关注居住品质和生活质量的提高，但是一些老旧房屋，由于建造年代久远，出现不同程度的损坏，威胁到居住人员的生命财产安全。做好老旧小区的房屋建筑结构抗震加固工作，让加固后的老旧小区焕发青春，兼顾居民安全和生活质量的提升，使其更加富有朝气和活力。因此，老旧小区的结构抗震加固，在未来相当长的时间内，都具有很高的经济和社会价值。
01
研究目的
（1）对老旧小区的既有砌体结构改造加固设计方法进行研究。根据既有砌体建筑自身的特点，采取行之有效的加固方法。通过梳理老旧小区既有砌体建筑加固设计采取的策略、基本要求，分析各种加固设计方法的优缺点及技术要点。
（2）通过搜集、整理现有关于老旧小区抗震加固改造的相关技术文献，以确定适合本项目的加固设计方法；经过调研、收集关于项目的第一手原始资料，作为结构抗震加固计算的输入条件；针对调研搜集的原始资料，综合运用现有计算软件及分析方法，对项目实体实施抗震性能评判，并以此确定不同的加固措施。依据现有示范项目的前提下，开展相关研究，为明确施工工艺和确保抗震性能奠定基础，为具体工程加固实施提供重要参考。
02
加固改造设计方法研究
2.1 老旧小区房屋加固改造策略
老旧小区既有砌体加固改造策略，由于关系到民生问题，需要考虑多方面的因素。从前期改造方案的调研、制订到改造方案的设计以及后期的施工实施，都比新建建筑要复杂得多，需要设计师仔细研究、收集并总结目前已有的加固方案，对其在技术、成本以及实施的难易程度进行综合比对，从而选出最优的加固设计方案。避免既有砌体建筑加固改造的盲目性，有利于加快施工进度、节约工程造价，让居民住得顺心，住得放心。
2.2 老旧小区房屋加固改造设计基本要素
由于老旧小区加固改造工程与其他加固改造项目有很大的不同，尤其是需要结合住宅居室的使用条件来选择不同的加固设计方案。在诸多因素中，首要的还是关注经济成本，作为砌体结构房屋，对于普通居民，改造的经济成本应作为第一要素，是否带户作业，居民是否需要安置，都是改造设计中考虑的重要因素；其次是考虑居室的空间，加固的砌体结构一般都是横墙承重或者横纵墙承重，一旦对室内的墙体进行加固，会占用住户的室内净面积，影响住户的居住与生活；最后要结合施工周期，所选的加固设计方案要尽量做到工艺简单、施工方便，尽量减少因施工给居民带来的不便。以上要素对设计人在技术层面提出了更高的要求。
2.3 老旧小区房屋加固改造设计研究
选择老旧小区砌体结构房屋的加固改造设计方案，需根据其加固方法特点及技术要点，按照表 1 进行判定。
03
加固改造设计实践案例
本工程为北京市朝阳区某街道 2020 年老旧小区综合整治项目，总建筑面积 27 715.98 m2。整治内容为 11 栋楼抗震节能综合改造，以及小区公共区域环境整治提升。
3.1 典型楼栋外套式加固设计
3.1.1 案例基本情况介绍
经查原设计图纸，本楼于 1965 年设计，属于当时比较典型的老苏式 5 层砌体房屋，建筑面积为 2 288 m2。房屋基本呈矩形，总轴线长度 49.2 m，共由15个开间组成；轴线宽度 9.6 m，共 3 个标准单元，每个单元的房屋宽度均为 16.4 m。每个单元均为一梯三户。房屋层高 3.0 m，总高 15.6 m。
该结构为横墙承重体系，外墙采用 360 mm 厚的砖砌体，内墙采用 240 mm 厚的砖砌体，楼（屋）面为 120 mm厚的预应力圆孔板，局部（卫生间和厨房）为现浇板。每层沿纵向和横向墙体均设有封闭的圈梁，但未设构造柱。墙体的基础为条形基础。墙体砌筑用的砖抗压强度等级达到 MU15 强度，砌筑砂浆强度的饱满度＞80%，经实地勘察，地基承载力达到 150 kPa。原建筑标准层的平面布置图如图1 所示。
3.1.2 加固改造方案
按照北京市地方标准 DB 11-689—2016《建筑抗震加固技术规程》3.0.6 条第 2 款第 2 则规定，依据本项目实际情况，判定后续使用年限为 30 a，地震影响系数最大比值为 0.75，以此在非外套模型计算中，水平地震影响系数取值 （0.16×0.75）0.12，输入到砌体结构鉴定与加固模模型中。结合《垂杨柳西里小区 17 号楼结构检测鉴定报告》，实测砌体墙体强度如表 2 所示。
将现状相关设计参数输入到计算模型中，从改造前抗震验算与受压计算计算结果发现，所有外侧的纵墙及室内楼梯间纵墙均存在抗震能力不足现象；但是所有横墙在不加固的情况下，均符合抗震要求。
在外套式加固设计中，需根据构造要求，在楼本体外纵墙再外贴 120 mm 厚混凝土板墙，同时，在两端山墙及楼梯间外侧做同样处理，主要考虑此板墙做法在这些部位较易实现。将纵墙上外贴的混凝土板墙加固方案输入计算模型中，通过对比加固前的计算模型，分析得出 17 号楼基本满足 GBJ 11—1989《建筑抗震设计规范》的要求，所以认为外套式加固仅作为另一道抗震设防结构，参考框架-剪力墙结构体系中，框架部分承担至少 20% 水平地震力的要求，所以外套部分承担现有水平地震作用的 20%，以此计算外套式加固中混凝土墙的配筋计算和基础计算。
下一步，在房屋南北两侧增加 1.5 m 宽的外套钢筋混凝土墙体，东西两侧外贴 120 mm 后的混凝土板墙。图 2 为综合改造后的平面图，涂黑部分示意为新加的钢筋混凝土墙体，结构形式从原有的砌体结构变为混凝土-砌体混合结构。新增的混凝土板墙及外扩部分的钢筋混凝土外套与原砌体墙均采用可靠的锚固连接方式，以加强新结构的整体性。
结合本楼的实际情况, 总结外套式加固方法采用以下的计算原则。
（1）20% 的横向水平地震力由新加的横向混凝土剪力墙承担, 地震作用时新加的剪力墙属于压弯剪或拉弯剪构件, 按现行的 GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》进行承载力计算并满足规范要求。
（2）纵向水平地震力全部由纵向外贴的 120 mm 板墙承担, 计算方法详见后文（3.2 典型楼栋板墙加固设计）。
（3）对原砌体的承重墙进行抗压承载力验算。
（4）根据现行的北京市地方标准 DB 11-689—2016 规定的构造要求，为保证新结构体系在地震时结构的整体性, 在每道横墙的屋顶层设置钢拉杆, 底部设置压浆锚杆。
（5）在新增新加混凝土板墙及剪力墙下设置基础, 用以减少新旧结构基础间的差异沉降。
3.1.3 外套式加固改造设计
（1）先计算非外套部分的总地震作用力，从计算模型中调取如下参数：
1 层多遇地震作用标准值：422.3 kN；
2 层多遇地震作用标准值：531.9 kN；
3 层多遇地震作用标准值：733.3 kN；
4 层多遇地震作用标准值：930.5 kN；
5 层多遇地震作用标准值：813.1 kN。
（2）单榀外套总地震剪力分配为该楼层地震作用标准值的 1/15，（按 15 榀计算，并取其 20% 作为输入的水平力，计算新增外套墙体配筋及基础计算）：
1 层单榀外套承担多遇地震作用标准值：5.6 kN；
2 层单榀外套承担多遇地震作用标准值：7.2 kN；
3 层单榀外套承担多遇地震作用标准值：9.8 kN；
4 层单榀外套承担多遇地震作用标准值：12.4 kN；
5 层单榀外套承担多遇地震作用标准值：11.0 kN。
外套剪力墙构件,截面参数:
T 形截面的宽度 B 为 800 mm；T 形截面的高度 H 为 1 500 mm；Ｔ 形翼缘的厚度 T 2 为 200 mm；Ｔ 形腹板的厚度 T 1 为 200 mm。
材料:混凝土强度 C30
计算输入条件如图 3 所示。
通过计算，将柱底弯矩标准值 258.5 kN·m、柱底剪力标准值 23 kN 作为基础计算的依据。
进行外套式加固后，根据计算理论，原砌体结构承担的地震作用减少了, 但根据经验，原砌体结构至少应承担 40% 的地震作用力，才能保证原结构实现大震不倒的要求, 所以可以通过控制结构的弹性层间位移不超过原砌体结构的初始开裂位移, 来实现大震不倒的设防要求。对于本工程, 外套钢筋混凝土墙体在小震作用下的最大层间位移为 1/1579，远小于砌体结构的初始开裂位移。
3.2 典型楼栋板墙加固设计
3.2.1 工程概况
本工程设计完成于 1965 年。为砌体结构房屋，该楼建筑面积为 1 573.3 m2，总长度为 35.2 m，总宽度为 11.1 m，建筑檐口高度为 15.6 m。地上 5 层，层高为 3.0 m。本项目为外廊式住宅单元，每层为一梯 6 户，5 个标准开间。
外墙厚度为 370 mm，内墙厚为 240 mm，砌体材料为烧结普通砖，混合砂浆砌筑，基础形式为墙下条形基础，楼屋盖为预制混凝土空心板。
3.2.2 鉴定加固
根据《垂杨柳西里小区 16 号楼结构检测鉴定报告》，按照 A 类建筑鉴定方法对主体结构抗震和安全性鉴定结果如表3所示。
3.2.3 加固设计
（1）输入 PKPM 模型。本工程加固设计后续使用年限为30年，按照北京市 DB 11-689—2016 第 3.0.6 条第 2 款第 2 则规定，地震影响系数最大比值为 0.75，以此在非外套模型计算中，水平地震影响系数取（0.16×0.75）0.12。将参数输入到砌体结构鉴定与加固模型中。
计算结果分析：南北两道砌体纵向外墙中，约有 80% 的墙体抗震计算承载力不足；同时，砌体结构中几道横墙受压计算承载力不足，约占到整个墙体的15%，故加固方案需要着重弥补抗震方面及构造方面的不足。为满足《砌体结构设计规范》规定的安全性，结合本项目的特殊要求，最终选用钢筋混凝土板墙进行墙体加固，并增设构造柱及圈梁，满足结构抗震措施及整体性要求。
（2）墙体加固做法。墙体加固优先采用钢筋混凝土板墙单面加固，为保证不破坏原砖砌体墙，锚筋孔使用结构胶封堵。在室外地面，板墙钢筋延伸入原结构基础，要求采取措施，做好钢筋在基础处防腐防锈蚀；同时为提高保温性能要求，将保温层延续到冰冻线以下收头。
（3）增设圈梁及构造柱。依据计算结果，采用构造柱及圈梁进行构造性加固。外墙加固选择增设现浇钢筋混凝土圈梁，内墙设置钢拉杆。钢拉杆采用角钢 L100 mm ×8 mm，替代钢筋，（主要考虑业主后期装修方便，角钢可衬到墙顶角部）。钢拉杆两端通过钢板锚固在圈梁内，与新增设的钢筋混凝土外墙圈梁形成整体。
（4）加固后结果分析。采用钢筋混凝土板墙加固方法后，新增加的钢筋网使得墙体的柔性增大，组合墙体受剪承载力提高，抗震性能得到明显提升。同时，混凝土的板墙增大了墙体受压截面面积，使得墙体受压承载力提高，满足了设计要求。
04
结 语
虽然在老旧小区结构抗震加固领域内，做了一些实践工作，取得了一些研究成果，对既有砌体结构加固方案进行了初步比选，并运用结构计算模型验证了所选方案的可行性，但是工程实用性不足，不代表普遍应用性，还有很多问题有待于进一步研究解决，需要对所选加固设计方案进行更加细致地优化提升，使其设计方案和计算理论成为一套系统，加以推广。只有通过不断学习抗震加固理论，有效地利用现有技术手段，在既有砌体建筑结构抗震加固改造技术中不断创新，才能取得新的成绩，为既有砌体结构的抗震加固改造提供更好的服务。
知识点：老旧小区结构抗震加固改造设计研究与实践
