城市更新背景下既有建筑鉴定与加固应用实践
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2024年03月26日 11:27:58
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作者:CTA

随着我国城镇化率不断攀升并突破60%,存量更新代替了新建开发成为城市发展的新命题。城市更新被认为是复兴低效用地、改善城市建成环境的一种有效方法,受到社会各界和我国政府的广泛关注,党的“二十大”和“十四大”规划都明确提出要实施城市更新行动,标志着城市更新已上升为城市发展的重要国家战略。 鉴于城市更新工作刚起步,业界的技术储备不足, CTA受邀参与江苏省建筑文化研究会及江苏省城镇化和城乡规划研究中心开展的《双碳背景下的城市更新策略与技术研究》的课题研究

随着我国城镇化率不断攀升并突破60%,存量更新代替了新建开发成为城市发展的新命题。城市更新被认为是复兴低效用地、改善城市建成环境的一种有效方法,受到社会各界和我国政府的广泛关注,党的“二十大”和“十四大”规划都明确提出要实施城市更新行动,标志着城市更新已上升为城市发展的重要国家战略。


鉴于城市更新工作刚起步,业界的技术储备不足, CTA受邀参与江苏省建筑文化研究会及江苏省城镇化和城乡规划研究中心开展的《双碳背景下的城市更新策略与技术研究》的课题研究 ,并对《既有建筑性能改善》这一部分进行具体研究,将碳达峰、碳中和理念融入其中,研究编制城市更新的策略,提出实用技术措施和集成技术指引,为城市更新实践提供务实的技术支撑,推动城市更新高水平建设。


其中既有建筑的保护和改造是城市更新的过程中的重要部分,本文分享“城市更新背景下既有建筑鉴定与加固应用实践”的具体内容。


引 言



我国现有既有建筑约700亿㎡,每年新建建筑面积20亿㎡,其中工作年限超过30年的占比约40%。受建设时期技术水平和经济条件等因素制约、环境变化导致的建筑老化以城市发展提档升级的需要及建筑使用功能多样化、时尚化的需求,一定数量的既有建筑已经进入功能或形象退化期。既有建筑改造比新建建筑可节约投资40%,缩短工期约50%,收回投资的周期比新建建筑快2~3倍。为了避免既有建筑被不合理的拆除,我国各地在城市更新过程中 更注重既有建筑的保护和加固改造 ,使既有建筑的改造成为城市修补和有机更新的重要组成部分。


既有建筑的定义

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《民用建筑可靠性鉴定标准》(GB 50292-2015)中对既有建筑的定义为“已建成可以验收的和已投入使用的非生产性的居住建筑和公共建筑”,明确了可以是未进行竣工验收,但达到了竣工验收的要求,时间节点是工程完工。关键词是“达到工程验收条件”和“已投入使用”。《工业建筑可靠性鉴定标准》(GB 50144-2019)对既有建筑的定义为“已建成的、为工业生产服务,可以进行和实现各种生产工艺过程”,关键词是“已建成”。《危险房屋鉴定标准》(JGJ 125-2016)对既有建筑的定义为“已建成二年且已投入使用的建筑物”,关键词是“已投入使用”。


各标准对“既有建筑”主要还是按建筑在全生命周期中所处的阶段来定义的,可以是主体结构封顶、主体结构验收、建筑整体完工、建筑整体验收、建筑投入使用。建筑物的生命周期可用下图表示:

 

《既有建筑鉴定与加固通用》(GB55021-2021)对既有建筑的定义为已建成可以验收和已投入使用的建筑。根据GB55021-2021对既有建筑的定义,既有建筑可定义为即在图中分界点D右侧的建筑物即为既有建筑。


既有建筑的抗震鉴定和安全性的鉴定

2


《民用建筑可靠性鉴定标准》(GB50292-2015)中对以下六种情况需进行可靠性鉴定进行了规定;《建筑抗震鉴定标准》(GB50023-2009)中对以下四种情况需进行抗震鉴;《既有建筑鉴定与加固通用规范》(GB 55021-2021)第2.0.4条第2款提出:既有建筑的鉴定应同时进行安全性鉴定和抗震鉴定,对下列情形既有建筑提出了鉴定要求:


   
   
   

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安全性鉴定属于房屋结构在正常使用条件下的安全性鉴定,我国的《民用建筑可靠性鉴定标准》(GB 50292-2015)对安全性鉴定采用的是故障树原理,分构件、子系统和系统三个层次逐级进行鉴定评级。安全性鉴定的方法是构件→整体结构鉴定方法。安全性鉴定可只进行到构件层次。《建筑抗震鉴定标准》(GB50023-2009)采用的是基于筛选法的两级鉴定方法,第一级鉴定是抗震措施核查为主的宏观鉴定,通过第一级鉴定排查出符合抗震要求不需要加固的建筑;第二级鉴定是以抗震承载力验算为主,结合第一级鉴定构造的影响进行房屋抗震性能的综合评判。抗震鉴定是整体结构→构件的鉴定方法。抗震鉴定是遭遇地震影响时的抗震安全性鉴定,地震是概率性的偶发事件,因此抗震安全的前提条件是正常使用下的安全性。通用规范GB 55021-2021第4.1.2条规定:当仅对既有建筑的局部进行安全性鉴定时,应根据结构体系的构成情况和实际需要,仅进行至某一层次。当只进行局部性的安全性鉴定,增加的荷载、对结构整体刚度的影响都不大,可不进行整体的抗震鉴定。仅进行局部安全性鉴定,不一定要做抗震鉴定, 抗震鉴定前必须要进行整体结构安全性鉴定。 《南京市既有建筑维修改造工程前期工作通用指南》对局部改造的定义为:同一结构单元内改造后重力荷载代表值增量不超过单元总重力代表值的5%及加固改造后结构刚度变化不超过原有建筑的10%。局部结构改造可进行构件层次的安全性鉴定,原则上不需要进行抗震鉴定。


既有建筑的后续工作年限

3


后续工作年限实质既有建筑经抗震鉴定后继续使用所约定的一个周期,在这个周期内,建筑不需重新鉴定和相应加固就能按预期目的使用、完成预定的功能。


《既有建筑鉴定与加固通用规范》(GB 55021-2021)规定:既有建筑的抗震鉴定,应根据后续工作年限采用相应的鉴定方法。后续工作年限的选择,不应低于剩余工作年限。后续工作年限为30年以内(含30年)的建筑,简称A类建筑;后续工作年限为40年以内(含40年)的建筑,简称B类建筑;后续工作年限为40年以上50年以内(含50年)的建筑,简称C类建筑。《建筑抗震鉴定标准》(GB50023-2009)对后续工作年限是依据建造年代、原设计标准系列来确定。既有建筑的抗震鉴定应按《既有建筑鉴定和加固通用规范》(GB55021-2021)、《建筑抗震鉴定标准》(GB 50023-2009)的规定,确定其合理的后续使年限。


   
   

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既有建筑的抗震规定

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《建筑抗震鉴定标准》与建造年代相关,《既有建筑鉴定与加固通用规范》(GB 55021-2021)与剩余工作年限相关。《建筑抗震鉴定标准》(GB50023-2009),《既有建筑鉴定与加固通用规范》(GB55021-2021)根据建造年代年代、后续工作做年限划分抗震鉴定类别对照表见表;

既有建筑的抗震承载力验算方法:根据抗规GB55021第5.1.4条A类和B类建筑,应允许处采用折减的地震作用进行抗震承载力验算,应允许采用现行标准调低的要求进行抗震措施的核查,但不应低于原建造时的抗震设计要求。5.3.1条应根据后续工作年限、按照设防烈度、场地类别、设计地震分组、结构自振周期及阻尼比确定地震影响系数,对于A、B类建筑应允许采用现行标准调低的要求调整构件的组合和内力设计值。5.3.2条采用现行规范规定的方法进行抗震承载力验算时,A类建筑的水平地震影响系数最大值应不低于现行标准相应值的0.80倍,或承载力抗震影响系数不低于现行标准相应值的0.85倍;B类建筑的水平地震影响系数最大值不低于现行标准相应值的0.90倍。同时,上述参数不应低于原建造时抗震设计要求的相应值。

既有建筑的抗震措施鉴定:根据抗规GB55021第5.1.4条A类和B类建筑,应允许处采用折减的地震作用进行抗震承载力验算,应允许采用现行标准调低的要求进行抗震措施的核查,但不应低于原建造时的抗震设计要求。


   
   
   

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既有建筑的常用加固方法

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既有建筑绿色低碳改造,应根据结构、构件损伤程度遵循修缮、改造、更新置换或拆除的原则,进行结构、构件的加固。既有建筑的加固应 遵循减轻自重、降低扭转效应、避免平面或竖向刚度突变原则选择加固方法。 加固材料应选用自重轻、强度高、耐腐蚀性好、耐火性能佳、能耗低、质量可靠、不污染环境的结构加固材料。既有公共建筑绿色低碳改造宜采用建筑构件、装饰构件结构化的加固设计思路,减少结构新增构件、被加固构件的数量。既有建筑加固与改造的常用方法于材料如下:

 


混凝土结构构件的加固


混凝土构件加固构件应根据加固环境和使用要求、加固构件种类、承载力提高幅度采用绿色低碳的加固处理方法,可采用增大截面法加固、置换混凝土法加固、外包型钢法加固、粘贴钢板加固、粘贴纤维复合材加固等加固方法。当混凝土结构构件加固承载力需求不超过40%时,可采用粘贴碳纤维加固方法。碳纤维布具有强度高、耐久性好、耐腐蚀性好、自重轻、密闭性好、施工简便、成本低、效率高的优点。


1. 混凝土楼板的加固除需提高承载能力时,还需要增加楼板刚度时,可采用增设钢筋混凝土叠合层的加固方法。叠合层可结合建筑面层施工,既提高了构件承载力和刚度,又不增加建筑自重,同时可避免板底机电管线、建筑吊顶等拆除,避免材料损耗,经济效益佳。

2. 混凝土梁类等需加固构件可结合建筑隔墙、幕墙等建筑构件增设钢柱、混凝土柱等支撑构件,减少梁跨度,减少加固构件数量和工程量。

3. 当楼板刚度不足或承载力和刚度均不足时及楼板开设较大洞口时,可采用板下设置梁加固楼板的方法,梁宜采用H型钢梁或槽钢。

4. 当采用加大截面法加固时应结合建筑平面布局和建筑功能要求,对部分关键构件采取加大截面法加固。加大截面构件宜选择楼电梯间、建筑周边构件,避免构件加大截面引起结构内力较大范围的重分布和刚度不均。

   
   
   
   

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砌体结构加固方法


砌体结构构件加固应根据,可采用钢筋混凝土面层加固法、钢筋网水泥砂浆面层加固法、外包型钢法加固、外加预应力撑杆法加固、粘贴复合材加固法、钢丝绳网-聚合物改性水泥砂浆面层加固法、增设砌体扶壁柱加固法、砌体结构构造性加固法。钢筋网水泥砂浆面层加固适用性范围广、能大幅提高加固构件承载能力、施工简便、可约束砌体限制裂缝开展,通过面层内设置加强带,可不额外设置圈梁、构造柱。


   
   

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钢结构、木结构加固方法


钢构件加固可采用焊接连接、高强度螺栓连接、铆钉连接等增大截面法加固、粘贴钢板法加固、外包钢筋混凝土法加固、钢管构件内填混凝土法加固、增大截面法加固、纤维增强复核材加固。木构件加固可采用木材置换法、粘贴纤维复合材加固、型钢置换加固木桁架节点法等加固方法。

   
   

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工程案例


秦淮区明城墙内侧江宁路至张家衙段地块项目01栋

加固方法:加大截面法

结构形式:钢筋混凝土框架结构

左:改造前;右:改造后


秦淮区明城墙内侧江宁路至张家衙段地块项目02栋

加固方法:单、双面钢筋网水泥砂浆面层加固法

结构形式:砌体结构

左:改造前;右:改造后


石榴财智中心

加固方法:单、双面钢筋网水泥砂浆面层加固法

结构形式:砌体结构

左:改造前;右:改造后

展 望



以城市更新为抓手,着力传承延续城市文脉、提升人民生活质量,是我国实施高质量发展的时代要求;通过对既有建筑的鉴定与加固,提升建筑物安全性、延长建筑物寿命、提升人民的生活品质,是城市更新和建筑业转型发展的必然要求。在双碳背景下实施建筑改造,应提高既有建筑的后续工作年限、抗震设防标准和安全性,积极研究和应用低碳、高强、绿色、耐久、性优的加固材料,探索和实施节能、节材、高效、环境友好、施工便捷、成熟可靠的加固方法,为高质量绿色发展和碳减排做出积极贡献,也是CTA坚持 “品质·追求·实现” 这一理念的体现。

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