论文部分内容阅读
【摘要】随着建筑技术的不断发展，砌体房屋的加层改造现象已非常普遍，但如何对加固墙体进行复核验算却没有一个统一标准。本文通过对加固墙体实际受力状况分析，提出了合理构造法和新墙承担法的验算方法，并点出加层改造加固墙体涉及的一些基本原则，对工程实践具有一定的借鉴意义。
【关健词】砌体结构 加层加固 墙体验算
中图分类号：TU318 文献标识码：A 文章编号：
房屋结构经过长期使用存在耐久性问题，受到环境因素的影响，随着时间的推移，结构的性能将会发生退化，使用寿命也会受到影响。在此基础上，若需要在原有结构上加层加固改造，如何保证原有结构的安全尤为重要。砌体结构房屋的加固方法有很多，其中增大截面加固法是最常用的加固方法之一。因房屋原有墙体本身处于受力状态，加层后属二次受力，而加大截面后的新墙体部分为第一次受力，新旧两部分截面存在应变之后和应力超前问题。目前，砌体房屋加固墙体仍沿用新建房屋结构设计概念进行复核计算，这可能造成原结构与后加部分结构先后破坏的各个击破现象，不能保證加层房屋的使用安全。针对上述问题，从保证砌体房屋加层后的安全角度出发，在参照相关资料的基础上，提出以下墙体复核计算的方法。
一、合理构造法
本方法适用于钢筋混凝土面层或水泥砂浆层加固的方法。
1、基本思路
（1）加层前原有房屋砖墙承担的荷载在加层后仍然全部由这些墙承担，不传给加固时加大的截面上。
（2）因加层增加的荷载由加固墙中的新旧截面共同承担，并按加固墙中新旧墙体各自承载力占总承载力的比例，分配给新旧墙体承担。轴心受压破坏时，组合砖砌体截面的砖砌体、混凝土层面（或砂浆面层）和纵向受压钢筋，都能在不同程度上达到其自身的极限应力状态，故可按下式进行强度计算：
（1）
式中：
——组合砖砌体构件的稳定系数；
——砌体抗压强度设计值；
A——砖砌体的截面面积；
混凝土的轴心抗压强度设计值；
——混凝土的截面面积；
——受压钢筋的强度系数；
——钢筋的抗压强度设计值；
——受压钢筋的截面面积；
上式左边为加固墙承载力，由旧墙体承载力与新墙承载力两部分组成，既然可按上述两项承载力各占的比例共同承担总荷载，说明可按以上比例分担。
（3）加层后加固墙中旧墙截面承担的轴向力加层前旧墙承担的轴向力+加层新增荷载设计值产生的轴向力+分担给旧墙承担的轴向力 （2）
加层后加固墙中新墙截面承担的轴向力加层新增荷载设计值产生的轴向力分配给新墙承担的轴向力（3）
（4）求出加固墙中新旧墙在加层后分别承担的轴向力后，分别验算加固墙中新旧墙的承载力是否符合要求。
3、公式推导和计算步骤
第一步：求分配系数
设加层新增轴向力分配给旧墙承担的分配系数为，分配给新墙承担的分配系数为，因、则
由式（1）知：
（4）
（5）
第二步：求加层后加固墙中新旧墙分别承担的轴向力
由式（2）知：
旧墙承担的轴向力： （6）
由式（2）及式（4）可得：
（7）
将式（7）代人式（6）得：
（8）
由式（3）知：
新墙承担的轴向力： （9）
由式（3）及式（5）得：
（10）
将式（10）代入式（9）得：
（11）
第三步：验算加固墙中旧墙截面承载力由式（1）说明及式（8）得：
（12）
考虑到房屋上下层墙体可能有偏心情况及梁端约束弯距，将墙承担的轴向力承以增大系数1.25。则式（12）变为：
（13）
考虑混凝土的极限变形小于砌体极限变形，在混凝土压碎时，砌体强度尚未充分发挥，将旧墙截面承载力承以0.85降低系数，这样偏于安全，则式（13）变为：
（14）
第四步：验算加固墙中新墙截面承载力由式（1）说明及式（11）得：
（15）
考虑轴向力有偏心及梁端约束弯距，将墙承担的轴向力承以增大系数1.25，则式（15）变为：
（16）
应当指出：加层房屋加固墙的承载力即可直接用式（14）及式（16）分别进行验算。式中符号说明如下：
A——旧砖砌体的截面面积；
——构件抗力调整系数；当加固墙中新旧墙总截面面积小于0.3时，；当验算有吊车房屋和跨度不小于9m的多层房屋时，；当旧砖墙用强度等级小于M5.0的水泥砂浆砌筑时，。
注意：为查计算墙高厚比时，墙厚应按加固墙中的新旧墙总厚度计算。
二、新墙承担法
合理构造法计算虽然比较合理，但当旧墙承载力无潜力可挖时已不适用，为确保加层房屋的安全使用，假定加固墙体的承载力全部由加固墙体中新墙截面承担，加层时不考虑旧墙的承载能力作用，故称新墙承担法。这样房屋加层后即使旧墙被压坏退出工作，荷载全部由新墙来承担也能保证使用安全，不会出现各个击破现象。
由式（1）知：当假设时得：
（17）
考虑轴向力有偏心及梁端约束弯距，将墙承担的轴向力承以增大1.25，加层后全部轴向力N=N2十N3均由新墙截面承担，则式（17）变为：
（18）
应当指出：加层房屋加固墙的承载力即可直接用式（18）进行验算。
房屋加层时墙体强度不足主要是在房屋下部墙体，而下部墙体由于轴向力一般偏心距很小，故本文公式推导中按中心受压计算，偏于安全地将轴向力承以1.25的增大系数，这样可使计算简化。
在现有结构的维修、加固设计中，应保证原有结构的性能得到有效的改善和提高，满足可靠度要求。为了使结构的维修、加固最终取得良好的综合效益，在墙体加固设计中尚应遵守以下原则：
1、尽可能保留和利用原结构构件，发挥原结构的潜力，避免不必要的拆除和更换。
2、加固结构承载力验算应考虑加固后结构的实际工作状态，结构计算简图的选取应根据实际受力状态和结构的实际尺寸，构件截面面积应采用扣除缺陷的实际有效截面面积。应考虑结构在加固时的工作应力，加固部分应变滞后的特点，新旧材料协同工作的程度，及附加内力影响，应对加固部分材料强度设计值适当折减，若加固后重量增加，尚应对相关结构和地基基础进行验算。
3、当原结构材料经检验与原设计相近，可按规范或原设计取值；当原结构材料强度资料散失，可通过实测后，按现行规范取值。
4、结构荷载的取值。一般情况，在鉴定阶段按原规范取值，加固设计按现行荷载规范取值，规范未作规定的永久荷载，可根据抽样实测确定。
参考文献
[1]《砌体结构设计规范》（GB50003-2011）
[2]《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）
[3]《砌体工程现场检测技术标准》（GB/T 50315-2011）
[4] 侯汝欣. 提高砌体结构设计可靠度的几点意见[J]. 四川建筑科学研究, 2000, 26(2):5-7
[5] 李永梅, 孙国富. 适当提高砌体结构设计可靠度[J]. 建筑科学, 2004, 20(2): 24-27
[6]夏宗义, 邸小坛, 唐钷. 砌体结构住宅楼砌体承载力模型的分析研究[J]. 建筑科学, 2011, 27(增刊-1): 74-75
【关健词】砌体结构 加层加固 墙体验算
中图分类号：TU318 文献标识码：A 文章编号：
房屋结构经过长期使用存在耐久性问题，受到环境因素的影响，随着时间的推移，结构的性能将会发生退化，使用寿命也会受到影响。在此基础上，若需要在原有结构上加层加固改造，如何保证原有结构的安全尤为重要。砌体结构房屋的加固方法有很多，其中增大截面加固法是最常用的加固方法之一。因房屋原有墙体本身处于受力状态，加层后属二次受力，而加大截面后的新墙体部分为第一次受力，新旧两部分截面存在应变之后和应力超前问题。目前，砌体房屋加固墙体仍沿用新建房屋结构设计概念进行复核计算，这可能造成原结构与后加部分结构先后破坏的各个击破现象，不能保證加层房屋的使用安全。针对上述问题，从保证砌体房屋加层后的安全角度出发，在参照相关资料的基础上，提出以下墙体复核计算的方法。
一、合理构造法
本方法适用于钢筋混凝土面层或水泥砂浆层加固的方法。
1、基本思路
（1）加层前原有房屋砖墙承担的荷载在加层后仍然全部由这些墙承担，不传给加固时加大的截面上。
（2）因加层增加的荷载由加固墙中的新旧截面共同承担，并按加固墙中新旧墙体各自承载力占总承载力的比例，分配给新旧墙体承担。轴心受压破坏时，组合砖砌体截面的砖砌体、混凝土层面（或砂浆面层）和纵向受压钢筋，都能在不同程度上达到其自身的极限应力状态，故可按下式进行强度计算：
（1）
式中：
——组合砖砌体构件的稳定系数；
——砌体抗压强度设计值；
A——砖砌体的截面面积；
混凝土的轴心抗压强度设计值；
——混凝土的截面面积；
——受压钢筋的强度系数；
——钢筋的抗压强度设计值；
——受压钢筋的截面面积；
上式左边为加固墙承载力，由旧墙体承载力与新墙承载力两部分组成，既然可按上述两项承载力各占的比例共同承担总荷载，说明可按以上比例分担。
（3）加层后加固墙中旧墙截面承担的轴向力加层前旧墙承担的轴向力+加层新增荷载设计值产生的轴向力+分担给旧墙承担的轴向力 （2）
加层后加固墙中新墙截面承担的轴向力加层新增荷载设计值产生的轴向力分配给新墙承担的轴向力（3）
（4）求出加固墙中新旧墙在加层后分别承担的轴向力后，分别验算加固墙中新旧墙的承载力是否符合要求。
3、公式推导和计算步骤
第一步：求分配系数
设加层新增轴向力分配给旧墙承担的分配系数为，分配给新墙承担的分配系数为，因、则
由式（1）知：
（4）
（5）
第二步：求加层后加固墙中新旧墙分别承担的轴向力
由式（2）知：
旧墙承担的轴向力： （6）
由式（2）及式（4）可得：
（7）
将式（7）代人式（6）得：
（8）
由式（3）知：
新墙承担的轴向力： （9）
由式（3）及式（5）得：
（10）
将式（10）代入式（9）得：
（11）
第三步：验算加固墙中旧墙截面承载力由式（1）说明及式（8）得：
（12）
考虑到房屋上下层墙体可能有偏心情况及梁端约束弯距，将墙承担的轴向力承以增大系数1.25。则式（12）变为：
（13）
考虑混凝土的极限变形小于砌体极限变形，在混凝土压碎时，砌体强度尚未充分发挥，将旧墙截面承载力承以0.85降低系数，这样偏于安全，则式（13）变为：
（14）
第四步：验算加固墙中新墙截面承载力由式（1）说明及式（11）得：
（15）
考虑轴向力有偏心及梁端约束弯距，将墙承担的轴向力承以增大系数1.25，则式（15）变为：
（16）
应当指出：加层房屋加固墙的承载力即可直接用式（14）及式（16）分别进行验算。式中符号说明如下：
A——旧砖砌体的截面面积；
——构件抗力调整系数；当加固墙中新旧墙总截面面积小于0.3时，；当验算有吊车房屋和跨度不小于9m的多层房屋时，；当旧砖墙用强度等级小于M5.0的水泥砂浆砌筑时，。
注意：为查计算墙高厚比时，墙厚应按加固墙中的新旧墙总厚度计算。
二、新墙承担法
合理构造法计算虽然比较合理，但当旧墙承载力无潜力可挖时已不适用，为确保加层房屋的安全使用，假定加固墙体的承载力全部由加固墙体中新墙截面承担，加层时不考虑旧墙的承载能力作用，故称新墙承担法。这样房屋加层后即使旧墙被压坏退出工作，荷载全部由新墙来承担也能保证使用安全，不会出现各个击破现象。
由式（1）知：当假设时得：
（17）
考虑轴向力有偏心及梁端约束弯距，将墙承担的轴向力承以增大1.25，加层后全部轴向力N=N2十N3均由新墙截面承担，则式（17）变为：
（18）
应当指出：加层房屋加固墙的承载力即可直接用式（18）进行验算。
房屋加层时墙体强度不足主要是在房屋下部墙体，而下部墙体由于轴向力一般偏心距很小，故本文公式推导中按中心受压计算，偏于安全地将轴向力承以1.25的增大系数，这样可使计算简化。
在现有结构的维修、加固设计中，应保证原有结构的性能得到有效的改善和提高，满足可靠度要求。为了使结构的维修、加固最终取得良好的综合效益，在墙体加固设计中尚应遵守以下原则：
1、尽可能保留和利用原结构构件，发挥原结构的潜力，避免不必要的拆除和更换。
2、加固结构承载力验算应考虑加固后结构的实际工作状态，结构计算简图的选取应根据实际受力状态和结构的实际尺寸，构件截面面积应采用扣除缺陷的实际有效截面面积。应考虑结构在加固时的工作应力，加固部分应变滞后的特点，新旧材料协同工作的程度，及附加内力影响，应对加固部分材料强度设计值适当折减，若加固后重量增加，尚应对相关结构和地基基础进行验算。
3、当原结构材料经检验与原设计相近，可按规范或原设计取值；当原结构材料强度资料散失，可通过实测后，按现行规范取值。
4、结构荷载的取值。一般情况，在鉴定阶段按原规范取值，加固设计按现行荷载规范取值，规范未作规定的永久荷载，可根据抽样实测确定。
参考文献
[1]《砌体结构设计规范》（GB50003-2011）
[2]《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）
[3]《砌体工程现场检测技术标准》（GB/T 50315-2011）
[4] 侯汝欣. 提高砌体结构设计可靠度的几点意见[J]. 四川建筑科学研究, 2000, 26(2):5-7
[5] 李永梅, 孙国富. 适当提高砌体结构设计可靠度[J]. 建筑科学, 2004, 20(2): 24-27
[6]夏宗义, 邸小坛, 唐钷. 砌体结构住宅楼砌体承载力模型的分析研究[J]. 建筑科学, 2011, 27(增刊-1): 74-75