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摘 要：既有房屋的套建增层改造已成为土木工程界关注的一个热点问题。对于建筑高度较高的既有结构，宜采用将套建增层结构柱与既有结构各层结点连杆连接，使既有结构和套建增层结构形成竖向相对变形自由，水平变形协同的协同式套建增层结构的型式。由此，可减小套建增层结构柱截面尺寸，缓解套建结构的"高鸡腿"效应。
关键词：预应力；混凝土结构；协同变形；空间刚度；经济；安全；高效；抗震性能
1引言
据统计，我国每年约有15000栋既有房屋须拆除重建，拆除重建的原因是原房屋为低层或多层建筑，土地上房屋容积率偏低，拆除后重新建造更多层数的房屋，可增大土地上房屋容积率，缓解城市中心地带用地紧张的问题。对低层或多层房屋拆除重建会带来三个方面的问题：一是拆除重建，原房屋居民的正常居住与生活难以保障、原厂房的生产无法正常进行，而且某些使用功能不能中断或中断时间不能过长的建筑是不准拆除重建的；二是拆除重建造成的大量建筑垃圾难以处理，会严重污染城市及其周边环境；三是一般需拆除重建的房屋质量完好，按被拆除房屋每平方米800元计算，全国每年拆除重建所造成直接经济损失高达600亿元人民币。
通过套建框架增层，不但可使土地上房屋容积率增大几倍到十几倍，达到有效利用国土资源的目的，而且可使房屋造型与周围新建房屋相协调，达到对既有房屋进行现代化改造的目的，提升城市现代化的整体水平。同时可避免因拆除重建而带来的前述三个方面的棘手问题。
2总则
为了在协同套建增层结构设计中贯彻国家的技术经济政策，做到技术先进，安全适用，经济合理，确保质量，提出本建议。
本建议适用与抗震设防烈度为6度、7度地区的Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类场地，和8度地区Ⅰ类、Ⅱ类场地条件下的与框架结构既有房屋协同工作的预应力混凝土框架套建增层结构抗震设计；Ⅳ类场地，抗震设防烈度为8度地区的Ⅲ类场地和9度地区不宜建造此类套建增层结构。
协同式套建增层结构的抗震设计，除应符合本设计建议外，尚应符合国家相关现行标准对于预应力混凝土框架结构的规定。
3一般规定
（1）对框架结构既有房屋进行协同式套建增层须在充分论证的基础上进行。
（2）协同工作后的既有结构，应保证其在原本的设计使用年限内满足安全型、耐久性和适用性要求；套建增层结构应满足相关现行技术标准对于新建结构安全性、耐久性和适用性的要求。
（3）协同式套建增层结构的设计原则，应在对既有房屋结构进行全面鉴定的基础上，根据既有房屋的质量和业主的要求，分以下3种情况区别对待：
1）对于投入使用时间不长，房屋结构质量较好，结构承载能力有一定富裕的既有房屋，协同式套建增层结构设计应保证协同之后的既有房屋结构满足现行设计标准对结构在竖向荷载组合作用下的承载能力极限状态要求、常遇地震作用组合下的承载能力极限状态要求（有条件地允许既有结构顶层梁柱正截面承载力验算在荷载效应项乘以0.9的折减系数），以确保既有房屋结构能够达到"小震不坏"的要求。对于"大震不倒"的要求通过采用本建议的协同式套建增层结构增强措施予以保证。此时的既有房屋结构部分可不必严格满足抗震规范对于新建结构的抗震构造要求。
2）对于经计算，协同工作后既有房屋结构不能满足相关技术标准对结构在常遇地震荷载组合或竖向荷载组合下的承载能力极限状态及正常使用极限状态要求的既有房屋，可根据其承载能力不足的构件在结构中所占比例及业主的要求，选择加固补强或者拆除重建。对于所需加固的构件数量不多，或是业主要求予以保留的既有房屋，应按照相关技术标准进行加固补强，确保其在协同套建之后满足现行相关技术标准对常遇地震作用组合或竖向荷载组合下的承载能力极限状态要求和正常使用极限状态要求。对于罕遇地震下结构防倒塌的要求仍通过采用本建议的增强措施予以保证。加固补强施工可根据业主对既有房屋的使用要求，安排与协同式套建增层结构同时施工（既有房屋使用允许中断时），或者在增层结构竣工后进行既有房屋的加固施工（既有房屋使用不允许中断时，可待增层结构竣工后，由新增楼层替代既有房屋的使用）。
3）对要求既有房屋的运营不能因施工而中断，但既有房屋使用时间较长、建筑质量较差，经计算协同工作之后加固补强所需代价过大，或是业主计划既有房屋部分在以后拆除重建的情况，可按照先进行分离式套建增层，待增层结构竣工后，用新增楼层替代既有房屋的使用，之后将既有房屋拆除重建，并实现与套建增层结构协同工作。在协同工作之前的套建增层结构不属于永久性建筑，只需满足现行设计标准对结构在竖向荷载组合作用下或常遇地震作用组合下的承载能力极限状态要求和正常使用极限状态要求；待下部新建结构与套建增层结构协同工作后，须确保整体结构满足现行设计标准的各项要求。
（4）抗震设防烈度为6度地区的协同式套建增层结构，应允许不进行截面抗震验算，但应符合有关抗震措施要求；7度、8度设防烈度区的协同式套建增层结构应进行常遇地震作用下的截面抗震验算。对于重要性较大，结构形势复杂，高度较高，或是所在地区设防烈度较高的协同式套建增层结构，应进行罕遇地震作用下的非线性防倒塌分析验算。
（5）与框架结构既有房屋协同工作的预应力混凝土框架套建增层结构应设计为具备良好变形能力和消耗地震能量能力的延性结构，应使结构受弯构件按照抗弯承载能力尽量形成弱柱强梁更强节点的趋势，其组成构件应避免剪切先于弯曲破坏，应避免协同连接构件先于既有结构和套建增层结构发生破坏。
（6）按照本建议进行抗震设计的预应力混凝土协同式套建增层框架结构。对于平面不规则的结构，适用的最大高度应适当降低。
4结构型式
（1）套建增层框架柱可采用普通钢筋混凝土框架柱或型钢混凝土柱，框架梁宜采用预应力混凝土梁或预应力钢骨混凝土梁。
（2）是否使用既有结构屋面作为新增楼层地面，应综合考虑结构所在地的地震烈度和场地土条件，既有结构高度和承载力富余情况等因素。对于地震烈度不大、场地土特征周期不长，或是既有结构不高，承载力有一定富余的情况，可使用既有结构屋面作为新增楼层地面，否则不宜使用既有结构屋面作为新增楼层地面。
5材料选择
（1）套建增层预应力混凝土框架结构房屋的材料选择原则上与新建预应力混凝土框架结构房屋相同，框架柱和预应力混凝土框架宜选用强度等级不低于C40，不高于C70的混凝土。
（2）套建增层框架柱非预应力纵向钢筋宜优先选取HRB400级热轧钢筋，预应力混凝土梁的非预应力纵向钢筋宜优先选取HRB400、HRB500级热轧钢筋。非预应力纵向钢筋的强度实测值应符合下列要求：钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不小于1.25；钢筋屈服强度实测值与强度标准值比值不应大于1.3。
6结束语
上刚下柔的分离式套建增层结构抗震性能不好，与既有结构协同工作后，"高鸡腿"效应虽有所缓解，但仍未能从根本上杜绝。因此，尽量减轻协同式套建增层结构上刚下柔的问题，才能使协同式套建增层结构抵御罕遇地震的能力得到提升。而这方面的研究工作尚未开展。
参考文献：
[1] 郑文忠，王英，刘铁等. 对既有房屋套建增层改造的认识与思考[J]. 工业建筑，2005，(4):1~5
[2] 刘铁. 套建增层框架结构房屋设计与施工方法研究及实践[D]. 哈尔滨工业大学，2006
[3] 孙澄潮. 纺织工业部办公大楼加固加层结构设计[J]. 建筑结构，1993，(6):22~26
[4] 陈瑜，高红旗，周兴高. 建筑改造中的预应力巨型框架设计与施工要点[J]. 建筑科学，2000，(6):36~39
作者简介：关向强（1980－），男，汉族，宁夏盐池人，2003年毕业于宁夏大学土木工程专业，获工学学士学位，现主要从事建筑结构设计方面的工作。
关键词：预应力；混凝土结构；协同变形；空间刚度；经济；安全；高效；抗震性能
1引言
据统计，我国每年约有15000栋既有房屋须拆除重建，拆除重建的原因是原房屋为低层或多层建筑，土地上房屋容积率偏低，拆除后重新建造更多层数的房屋，可增大土地上房屋容积率，缓解城市中心地带用地紧张的问题。对低层或多层房屋拆除重建会带来三个方面的问题：一是拆除重建，原房屋居民的正常居住与生活难以保障、原厂房的生产无法正常进行，而且某些使用功能不能中断或中断时间不能过长的建筑是不准拆除重建的；二是拆除重建造成的大量建筑垃圾难以处理，会严重污染城市及其周边环境；三是一般需拆除重建的房屋质量完好，按被拆除房屋每平方米800元计算，全国每年拆除重建所造成直接经济损失高达600亿元人民币。
通过套建框架增层，不但可使土地上房屋容积率增大几倍到十几倍，达到有效利用国土资源的目的，而且可使房屋造型与周围新建房屋相协调，达到对既有房屋进行现代化改造的目的，提升城市现代化的整体水平。同时可避免因拆除重建而带来的前述三个方面的棘手问题。
2总则
为了在协同套建增层结构设计中贯彻国家的技术经济政策，做到技术先进，安全适用，经济合理，确保质量，提出本建议。
本建议适用与抗震设防烈度为6度、7度地区的Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类场地，和8度地区Ⅰ类、Ⅱ类场地条件下的与框架结构既有房屋协同工作的预应力混凝土框架套建增层结构抗震设计；Ⅳ类场地，抗震设防烈度为8度地区的Ⅲ类场地和9度地区不宜建造此类套建增层结构。
协同式套建增层结构的抗震设计，除应符合本设计建议外，尚应符合国家相关现行标准对于预应力混凝土框架结构的规定。
3一般规定
（1）对框架结构既有房屋进行协同式套建增层须在充分论证的基础上进行。
（2）协同工作后的既有结构，应保证其在原本的设计使用年限内满足安全型、耐久性和适用性要求；套建增层结构应满足相关现行技术标准对于新建结构安全性、耐久性和适用性的要求。
（3）协同式套建增层结构的设计原则，应在对既有房屋结构进行全面鉴定的基础上，根据既有房屋的质量和业主的要求，分以下3种情况区别对待：
1）对于投入使用时间不长，房屋结构质量较好，结构承载能力有一定富裕的既有房屋，协同式套建增层结构设计应保证协同之后的既有房屋结构满足现行设计标准对结构在竖向荷载组合作用下的承载能力极限状态要求、常遇地震作用组合下的承载能力极限状态要求（有条件地允许既有结构顶层梁柱正截面承载力验算在荷载效应项乘以0.9的折减系数），以确保既有房屋结构能够达到"小震不坏"的要求。对于"大震不倒"的要求通过采用本建议的协同式套建增层结构增强措施予以保证。此时的既有房屋结构部分可不必严格满足抗震规范对于新建结构的抗震构造要求。
2）对于经计算，协同工作后既有房屋结构不能满足相关技术标准对结构在常遇地震荷载组合或竖向荷载组合下的承载能力极限状态及正常使用极限状态要求的既有房屋，可根据其承载能力不足的构件在结构中所占比例及业主的要求，选择加固补强或者拆除重建。对于所需加固的构件数量不多，或是业主要求予以保留的既有房屋，应按照相关技术标准进行加固补强，确保其在协同套建之后满足现行相关技术标准对常遇地震作用组合或竖向荷载组合下的承载能力极限状态要求和正常使用极限状态要求。对于罕遇地震下结构防倒塌的要求仍通过采用本建议的增强措施予以保证。加固补强施工可根据业主对既有房屋的使用要求，安排与协同式套建增层结构同时施工（既有房屋使用允许中断时），或者在增层结构竣工后进行既有房屋的加固施工（既有房屋使用不允许中断时，可待增层结构竣工后，由新增楼层替代既有房屋的使用）。
3）对要求既有房屋的运营不能因施工而中断，但既有房屋使用时间较长、建筑质量较差，经计算协同工作之后加固补强所需代价过大，或是业主计划既有房屋部分在以后拆除重建的情况，可按照先进行分离式套建增层，待增层结构竣工后，用新增楼层替代既有房屋的使用，之后将既有房屋拆除重建，并实现与套建增层结构协同工作。在协同工作之前的套建增层结构不属于永久性建筑，只需满足现行设计标准对结构在竖向荷载组合作用下或常遇地震作用组合下的承载能力极限状态要求和正常使用极限状态要求；待下部新建结构与套建增层结构协同工作后，须确保整体结构满足现行设计标准的各项要求。
（4）抗震设防烈度为6度地区的协同式套建增层结构，应允许不进行截面抗震验算，但应符合有关抗震措施要求；7度、8度设防烈度区的协同式套建增层结构应进行常遇地震作用下的截面抗震验算。对于重要性较大，结构形势复杂，高度较高，或是所在地区设防烈度较高的协同式套建增层结构，应进行罕遇地震作用下的非线性防倒塌分析验算。
（5）与框架结构既有房屋协同工作的预应力混凝土框架套建增层结构应设计为具备良好变形能力和消耗地震能量能力的延性结构，应使结构受弯构件按照抗弯承载能力尽量形成弱柱强梁更强节点的趋势，其组成构件应避免剪切先于弯曲破坏，应避免协同连接构件先于既有结构和套建增层结构发生破坏。
（6）按照本建议进行抗震设计的预应力混凝土协同式套建增层框架结构。对于平面不规则的结构，适用的最大高度应适当降低。
4结构型式
（1）套建增层框架柱可采用普通钢筋混凝土框架柱或型钢混凝土柱，框架梁宜采用预应力混凝土梁或预应力钢骨混凝土梁。
（2）是否使用既有结构屋面作为新增楼层地面，应综合考虑结构所在地的地震烈度和场地土条件，既有结构高度和承载力富余情况等因素。对于地震烈度不大、场地土特征周期不长，或是既有结构不高，承载力有一定富余的情况，可使用既有结构屋面作为新增楼层地面，否则不宜使用既有结构屋面作为新增楼层地面。
5材料选择
（1）套建增层预应力混凝土框架结构房屋的材料选择原则上与新建预应力混凝土框架结构房屋相同，框架柱和预应力混凝土框架宜选用强度等级不低于C40，不高于C70的混凝土。
（2）套建增层框架柱非预应力纵向钢筋宜优先选取HRB400级热轧钢筋，预应力混凝土梁的非预应力纵向钢筋宜优先选取HRB400、HRB500级热轧钢筋。非预应力纵向钢筋的强度实测值应符合下列要求：钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不小于1.25；钢筋屈服强度实测值与强度标准值比值不应大于1.3。
6结束语
上刚下柔的分离式套建增层结构抗震性能不好，与既有结构协同工作后，"高鸡腿"效应虽有所缓解，但仍未能从根本上杜绝。因此，尽量减轻协同式套建增层结构上刚下柔的问题，才能使协同式套建增层结构抵御罕遇地震的能力得到提升。而这方面的研究工作尚未开展。
参考文献：
[1] 郑文忠，王英，刘铁等. 对既有房屋套建增层改造的认识与思考[J]. 工业建筑，2005，(4):1~5
[2] 刘铁. 套建增层框架结构房屋设计与施工方法研究及实践[D]. 哈尔滨工业大学，2006
[3] 孙澄潮. 纺织工业部办公大楼加固加层结构设计[J]. 建筑结构，1993，(6):22~26
[4] 陈瑜，高红旗，周兴高. 建筑改造中的预应力巨型框架设计与施工要点[J]. 建筑科学，2000，(6):36~39
作者简介：关向强（1980－），男，汉族，宁夏盐池人，2003年毕业于宁夏大学土木工程专业，获工学学士学位，现主要从事建筑结构设计方面的工作。