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近现代历史建筑保护性加固设计方法讨论刘杨

刘杨
  
教育文创媒体号
2025年29期
云南省设计院集团有限公司 云南昆明 650228

关键词:历史建筑;排险;结构;加固方法。

提要:历史建筑反映了社会变迁中历史发展进程。近现代历史建筑是中国建筑史中别具特色的组成部分,对于建筑现代化的进程起着决定性的作用。同时它也是一个学习西方先进建筑思想与技术的过程。随着时间推移,大部分近现代历史建筑已进入“ 高龄” 状态,无法满足正常使用要求,加之规范不断更新,对建筑安全性要求越来越高,对老楼的加固又势在必行。因此,针对近现代历史建筑加固方法提出探讨,目的是对优秀的历史建筑通过排险加固,活化利用闲置资源,消除安全隐患,赋予老建筑新的使命。

引言:当前,历史文化遗产中针对文物保护单位已经有相对完整的保护法规和规范,而近现代优秀历史建筑由于年代不久,现存数量较多,往往重视程度不够,且大多未列入文物保护单位的范畴。在经济发展的今天,近现代优秀历史建筑受到较大冲击,保护与更新缺乏有效的控制。随着人们对近现代历史建筑的认识加深,保护意识逐渐增强,对历史建筑加固的要求也越来越高,很多常用的加固方式不再适用。

1、历史建筑的特点

1.1 历史建筑的定义

全国各地对近现代历史建筑的界定有所区别。我国《历史文化名城保护规划规范》GB50357-2005 对历史建筑的定义为:有一定历史、科学和艺术价值。反映城市历史风貌和地方特色的建(构)筑物。 综合考虑全国主要近现代历史建筑集中区域的实际情况,将时间界定为 1840\~1978 年,经城市县人民政府确定公布的具有一定保护价值,能够反映历史风貌和地方特色,未公布为文物保护单位, 也未登记为不可移动文物的建筑物、构筑物[1]。

1.2 历史建筑的结构特点

从结构形式上看,砖木结构、 砖石结构数址量较多, 钢筋混凝土结构数量较少。它们大多处于“ 高龄”阶段,随着岁月的侵蚀,必然日益老化,其安全性、适用性和耐久性越来越差,维修保护难度也越来越大。此外,这类建筑大部分建造时未考虑抗震设防或考虑不足,结构体系不合理,墙体材料强度偏低,房屋整体性连接构造不可靠,局部构件自身及其与主体结构连接可靠性不足。墙体抗震承载力不足等。

2、现场调查及鉴定

2.1 各调查项目按下列原则进行

按《建筑结构检测技术标准》GB/T50344-2019,现场调查的范围应包含结构材料性能的检验,结构或构件几何尺寸的检测,结构顶点、层间或控制点位移,倾斜,构件变形的测量,制作和安装偏差、材料和施工缺陷,构件及其节点的缺陷和损伤。

当图纸资料齐全完整时,现场抽检复核。当图纸资料残缺不全或无图纸资料时,按鉴定工作需要进行现场详细测量。构件及其节点的缺陷和损伤,在外观上应进行全数检查,并详细记录缺陷和损伤的部位、范围、程度和形态。

2.2 鉴定程序(详图 2.2)

图 2.2 鉴定程序

2.3 安全性鉴定评级的层次、等级划分及工作内容见《民用建筑可靠性鉴定标准》GB 50292-2015[2]。子单元鉴定单元适修性评定的分级标准如下:

对有文物、历史、艺术价值或有纪念意义的建筑物,不行适修性评估,而应予以修复或保存。

3、加固设计

3.1 结构加固的设计原则

结构加固设计理念应在满足建筑核心功能的前提下实现结构的合理化、抗震化以及经济化。确保建筑设计能够满足建筑的功能需求、保障抗震安全性、实现经济合理,注重美观和可持续性。以下是几个重要的结构设计理念:

抗震安全性:抗震性能是结构设计的基本前提条件。结构设计师运用专业抗震技术和地震的相关知识进行设计,确保建筑结构能够抵御地震带来的自然灾害、确保人民群众的生命财产安全。

功能需求:建筑结构设计应以人为本,要考虑人的使用需求和居住舒适度。结构设计师需要配合建筑师满足居住业主们在使用建筑时的良好体验,舒适宽敞的空间、有效的利用空间环境,以满足人们对居住感受向往的美好生活的需求。

经济合理:结构设计需要考虑经济效益。结构设计师运用自身的知识及经验,在建筑结构的关键构件、关键环节、关键技术上保证证建筑物的抗震安全性的前提下,弱化次要构件,合理的控制建筑物的建造成本,配合建筑及其它专业优化方案,为社会节约更多的资源并创造更大的社会价值。

结构设计的创新:结构设计不断追求技术理论创新和实践创新。设计师应关注最新的结构设计理论、结构材料以及施工工艺对最近发生地震的震害进行研究。将理论与实践相结合应用到设计中,提高建筑结构的抗震性能和建造的质量,推动建筑行业的发展。

结构设计的可持续发展:结构设计采用的材料有些是不可再生,并产生建筑垃圾危害环境,随着环境保护意识的提高,结构设计需要采用更多的环保材料和可再生材料,优化建筑结构的选材,减少对环境的影响使得结构设计及施工走向可持续发展的道路。

3.2 老建筑细致检测后的结构加固设计

针对老建筑的结构加固与改造,首要的任务是对整栋建筑的结构进行全面的检测与细致的评估。这一步骤至关重要,因为它直接关系到后续加固方案的制定与实施,以及最终改造效果的安全性与可靠性。为了确保检测结果的准确无误,包括但不限于结构应力分析、材料强度测试以及裂缝与变形监测等,力求全方位、多层次地掌握建筑结构的现状。

在获取详尽的检测数据后,依据这些数据对建筑结构进行分类梳理,明确哪些部分存在安全隐患需要紧急排险拆危,哪些部分尚可保留并有效利用。这一过程要求高度的专业判断与精细的操作,以确保在保障安全的前提下,最大限度地保留建筑的历史风貌与特色元素。

此外,针对历史建筑,还应运用先进且轻量化的加固技术,对建筑结构进行系统性加固。这些技术不仅要能够有效提升建筑的承载能力,还要在尽量少增加现有结构荷载的前提下,实现结构的稳定与耐久。作为历史建筑,其加固工作必须慎之又慎,既要确保安全稳固,又要兼顾历史文化的传承与展示。

因此,在结构加固环节,应特别注重整体性加固设计,确保加固措施与原有结构和谐相融,同时保留具有时代特色和技术工艺特征的构件。这些构件不仅是建筑历史的见证,也是空间展示的重要元素之一。通过巧妙的加固与展示设计,能够让参观者在欣赏建筑之美的同时,深刻感受到其背后的历史与文化内涵,从而实现历史建筑保护与利用的完美结合

3.3 常用加固方法

3.3.1 增大截面加固:用于梁、板、柱、墙、基础、屋架等混凝士构件加固,通过增大原构件的截面面积,提高其承载力、刚度和稳定性,或改变其自振频率,工序较多,但工艺简单,人工费较高,材料费低,造价适中。现场湿作业工作量大,养护时间较长,增大截面加固技术相对成熟,在加固工程领域有长期的使用经验,施工简单,适应性强。缺点是新旧混凝土粘结能力较差,湿作业且施工周期长,增大构件尺寸可能影响使用功能和其他构件的受力性能,加固前需要对整体结构进行全面检测鉴定。

3.3.2 外包型钢加固:用于需要大幅提高承载力和抗震性能的钢筋混凝土梁、柱构件的加固。采用结构胶结合混凝土构件与型钢构架的加固法,工艺较多,工艺相对复杂,人工费高,材料费高,造价相对较高,施工工期相对较长,包钢加固受力可靠,显著改善结构性能,对使用空间影响较小。缺点是该方案施工质量要求较高,外露钢件需进行防火、防腐处理。

3.3.3 粘贴钢板加固:适用于钢筋混凝土受弯、斜截面受剪、受拉及大偏心受压构件加固补强。采用粘钢胶将钢板粘贴在构件表面,使其共同工作,提高构件承载力,工艺简单,施工简便,人工费适中,材料费适中,造价适中。施工工期相对较短,粘钢加固施工简便快速,原构件自重增加小,加固后不改变结构外形,基本不影响使用空间。缺点是需要做表面防护、防火处理。混凝土构件采用粘钢加固后的正截面受弯承载力提高幅度不宜超过

3.3.4 碳纤维布加固:适用于钢筋混凝土受弯、轴心受压、大偏心受压及受拉构件的加固,属于主动加固,不存在应力滞后缺陷。通过千斤顶预应力锚具对碳纤维板进行张拉,大幅改善构件的受力性能,工序简单,施工简便,人工费低,材料费低,经济性好,造价低。施工工期短,碳纤维材料轻质高强、施工简便,可提高结构耐腐蚀性和耐久性,加固后不影响结构外形和自重。缺点是需要做表面防护、防火处理混凝土构件采用粘钢加固后的正截面受弯承载力提高幅度不宜超过

3.3.5 预应力碳板加固:适用于截面偏小或配筋不足的钢筋混凝土受弯、受拉和大偏心受压构件的加固,属于主动加固,不存在应力滞后缺陷。通过千斤顶预应力锚具对碳纤维板进行张拉,大幅改善构件的受力性能,工序较多,工艺相对复杂,人工费适中,材料费较高,造价相对较高,施工工期相对较短,预应力技术可充分发挥碳纤维板材的高强特性,提高构件受力性能,加固前无需卸除荷载,不存在应力滞后缺陷,加固后对原结构使用空间的影响较小。缺点是对施工质量要求较高,张拉施工不规范可能引起安全隐患,需要对施工质量严格把控。外露的锚具应采取表面防护、防火处理。

3.3.6 体外预应力加固:适用于刚度偏小,需改善正常使用性能、提高极限承载能力的钢筋混凝土梁、板、柱的加固,属于主动加固,不存在应力滞后缺陷。通过增设体外预应力索,对混凝土构件主动施加外力,以改善原结构受力状况,工序较多,工艺相对复杂,人工费较高,材料费较高,造价较高,施工周期相对较短。原结构杆件内力可相应降低,加固前无需卸除荷载,不存在应力滞后缺陷,加固后对原结构使用空间的影响较小,便于检测、维护和更换。缺点是施工工艺复杂,技术难度较高,张拉施工不规范可能引起安全隐患,需要对施工质量严格把控。需要做表面防火、防锈蚀处理。

3.3.7 置换混凝土加固:适用于受压区混凝土强度偏低或有严重缺陷的梁、杜等承重构件的加固,置换混凝土加固是通过剔除原构件低强度或有缺陷的混凝土,再浇筑同品种但强度等级更高的混凝土进行局部增强,使原构件的承载力得到恢复,工序较多,工艺简单,人工费高,材料费低,造价适中,现场湿作业工作量大,养护时间较长,置换混凝土加固施工简单,适应性强,不改变结构原貌,不影响使用空间,缺点是新旧混凝土粘结能力较差,剔除原混凝土时易伤及原构件混凝土和钢筋,湿作业期长。

3.3.8 高延性混凝土面层加固:用于砌体结构的墙体强度偏低时,通过增大原构件的截面面积和材料性能,提高其承载力、刚度和稳定性。工序较少,工艺简单,人工费低,材料费高,造价适中。现场湿作业工作量大,养护时间较长,施工简单,施工周期短。加固前无需卸除荷载,不存在应力滞后缺陷。对原墙体损伤少。缺点是造价较高,湿作业施工周期长。新增混凝土面层影响建筑使用面积。

3.3.9 钢筋混凝土板墙加固法:用于砌体结构的墙体强度偏低时,通过增大原构件的截面面积和材料性能,提高其承载力、刚度和稳定性。在墙体侧面增抹高延性混凝土面层,形成组合墙体。当墙体抗震承载力、抗剪承载力、受压承载力、高厚比、构造不符合规范要求时,采用此方法加固。缺点是造价较高,湿作业施工周期长。新增混凝土面层影响建筑使用面积。

3.4 基础加固

根据地质情况,选择合适的加固方式,如有地基承载力不足或荷载增加较大的情况,可采用增大截面法或采用静压预制桩基础,尽量避免采用钻孔桩或大型机械桩基础。钻孔桩产生的泥浆,施工机械产生的废油废水,势必对历史建筑的周边环境造成破坏,历史建筑需要保护的部分教多,大型机械也不具备施工条件。如场地存在液化等不良地质情况,应采取措施消除不良地质作用影响。

4、结语

历史建筑是不可再生的稀有资源, 其建筑艺术和历史人文价值与日俱增,弥足珍贵, 具有特定的时代背景,既体现了近代以来西方建筑风格对中国的影响,又保持了中华民族传统的建筑特色。我国处在一个地震活动非常频繁的区域,而且很多高烈度区也是近代历史建筑特别集中的地方,一旦发生地震, 损失将难以估价。因此, 对历史建筑进行保护性加固是保存这些建筑文化遗产的重要措施。总之,对历史风貌建筑的加固改造,应采取合理有效的实用加固技术。 根据建筑物的使用功能及其他要求,采用新型加同技术,或几种加固技术综合运用,达到加固效果。

参考文献:

[1]刘奇志,吴之凌.近现代优秀历史建筑保护研究[M].北京.中国建筑工业出版社, 2012,(10):3-4.

[2]民用建筑可靠性鉴定标准 GB 50292-2015[S].北京.中国建筑工业出版社,2016

[3] 任瑛楠;童宇;谷志旺;孙沈鹏.上海历史建筑预防性保护平台的设计与应用研究[J]. 建筑施工,2024(09):1395-1398.

[4] 谷志旺;孙沈鹏;张铭;任瑛楠;童宇;朱晓璇;张英楠. 基于数字孪生的剧场类历史建筑全生命期预防性保护技术[J].建筑施工,2024(09) ∵ 1385-1390.

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