某中学教学楼改扩建技术方案

 李  峥1，高贺香2，秦  丽1，曾  博3

 （1．湖北文理学院建筑工程学院，湖北襄阳  441053；2．黄淮学院，河南驻马店  446300；3．中建三局第二建设工程有限责任公司，湖北武汉430070）

[摘要]以湖北省某镇中学砖混结构的教学楼改扩建为例，通过选择合适的结构形式、设置防震缝、墙体节能措施以及新、旧建筑连接处的加固及基础处理等方案设计，保证工程具有较好的施工条件而不影响旧教学楼的正常使用；同时增强了房屋抗震性能，满足结构受力的要求，节约改扩建的工程造价，取得了良好的经济效益和社会效益。

[关键词]教学楼；改建；扩建；加固；节能措施；节点

[中图分类号]  TU746.3[文章编号]1002-8498( 2016) 10-0076-03

1  工程概况

 湖北省某镇中学教学楼于2000年交付使用，总建筑面积2 081m2，5层砖混结构，建筑层高均为3. 6m，单面外廊宽2.1m。随着招生规模的扩大和改善教学条件的需要，2014年5月学校决定对该教学楼进行改扩建，在暑假结束前基本完成扩建部分的主体工程和原有教学楼的改造任务，施工工期紧迫。扩建部分总面积1 996.2 m2，为框架结构，建筑平面布置如图1所示（阴影部分为原教学楼）。由于学校只有这一栋教学楼，在改扩建期间，既要保证学生在原教学楼里正常上课时受干扰少，又要保证施工质量及进度要求，因此进行合理的技术方案设计显得极为重要。

2  原砖混结构的检测鉴定

 原教学楼为纯教学用房，墙体采用普通黏土烧结砖，基础采用混凝土条形基础，原混凝土构件的混凝土强度等级为C25，梁和构造柱的受力钢筋均采用HRB335，板的受力钢筋和箍筋采用HPB235。为了满足原有结构继续使用的安全可靠性，改建设计前，业主委托有关建筑质量监督检测单位对主体结构进行全面检测。抽样检测结果表明：原砌筑材料黏土砖为MU10，砂浆强度等级为M7.5，原圈梁、构造柱设置数量符合《建筑抗震设计规范》GB50011-2010的要求，各受力构件满足原设计强度要求，梁、柱钢筋配置符合原图纸设计及现行规范要求。结构外观现状情况：结构情况良好，砖砌体无裂缝，混凝土构件钢筋无外露、无裂缝。整体来看，原砖混结构教学楼部分不存在结构安全问题，无须采取局部加固、加强措施。

3  扩建建筑的结构形式及材料选用

 由于扩建部分的实验室、多功能教室需要较大的使用空间，而且2008年汶川地震后国家对教学楼等特殊建筑的抗震设防提出较高要求，经过综合分析论证，采用整体性好、抗震性强、强度高的框架结构形式，既满足了与原教学楼砖混结构连接容易处理，又符合造价不会太高的要求。但由于新、旧建筑采用不同的结构形式，需要在连接处设置沉降缝。

 扩建部分材料特性：框架部分混凝土采用C30；梁、柱、板内的钢筋均采用HRB400；墙体材料：外墙采用250mm厚加气混凝土砌块墙体，内墙均采用200mm厚加气混凝土砌块，采用粘贴EPS保温板外墙保温节能措施。

4  原教学楼改建方案

 为不影响原教学楼的正常使用，缩短工期，减少湿作业，原教学楼除圆弧部分拆除外，其余均保留，结构平面布置如图2所示。原有建筑与新建建筑间设置抗震缝，缝宽≥100mm，并且该缝必须在基础处断开，即沉降缝和抗震缝二缝合一。

4.1  原教学楼节能保温改造

 由于该教学楼建造于20世纪90年代，其主体结构经过检验安全性能完好，但是楼的外饰面陈旧、粉化、剥落、渗漏，外窗变形、窗缝过大，影响使用安全和立面美观。外立面各部位传热系数远高于标准限值规定，从而造成整个教学楼夏、冬季节室内热环境极差，能耗大，完全不能满足规范规定的新建及改建建筑的节能要求。外墙耗热量占建筑总耗热量的比例最大，因此，在这次进行楼体扩建的同时，对旧楼外立面进行必要的节能改造，采用与扩建部分相同的墙体节能技术，全部外墙采取粘贴EPS保温板外保温措施（见图3），另外对全部旧门窗进行更换。经过改造以后，教学楼的节能效果符合规范规定的改建建筑的节能要求。

4.2  原教学楼改建部分施工技术方案

 为保证房屋安全稳定，应先拆除图2中圆弧处墙体及与之相连的楼板，从4层到1层逐层拆除。然后加固GZ4’，并从基础到4层逐层加固，同时在2个被加固构造柱的楼面层位置处设置拉梁，以保证2构造柱共同作用，减少长细比，增加稳定性。待GZ4’加固且强度达到设计强度的100%后，方可拆除原走道横向墙体。GZ4’加固措施如图4所示，采用加大原GZ4’的截面方法，另套箍筋，保证新增部分与原构造柱紧密结合，与传统的加固方案相比更加牢固。原走道横向墙体从4层到1层逐层拆除到圈梁底，同时加固相应位置处的圈梁QL，圈梁QL加固措施如图5所示。

4.3  原教学楼改建部分施工注意事项

 1)改建部分必须由具有改造加固资质的施工单位实施。

 2)由于圆弧部分为现浇板，故较难拆除，但在施工中必须杜绝野蛮施工，不允许扰动原有结构，保证原有结构的安全性、耐久性。

 3)拆除走道墙体之前必须将上层楼板撑起，避免墙体受力，将不需要的砖掏出。避免拆除时出现墙体倒塌引起的安全事故，同时避免圈梁QL承载力过大引起较大变形，影响QL加固效果。

 4)原教学楼改建部分混凝土采用C30，并严格按照相应规范执行。

 5)加固QL时采用专用建筑结构粘钢用胶，保证粘钢后有效增加QL的抗剪及抗弯性能。

 6)加固GZ4’时，必须凿毛原构造柱截面，并在其外套箍筋，后用C30细石混凝土与新增部分构造柱浇筑在一起，以保证与新增加部分结合为一体，共同承受荷载作用。GZ4’加固措施如图4所示。

 7)由于改建原教学楼后，GZ4’由原来的构造柱改为受力柱，因此该GZ4’下的墙下钢筋混凝土条形基础必须保留并验算。经验算该基础满足抗冲切及抗弯要求，并且相应墙下条形基础只能拆除圆弧墙基础，延伸到原GZ4’边缘。

5  扩建部分与原教学楼连接处的基础处理

 由于扩建部分不能影响原教学楼GZ4’的基础，因此扩建部分⑩轴／⑧，⑥轴框架柱及与原教学楼山墙相毗邻的框架柱均不能生根于地基上，必须采取特殊措施：将该处框架柱生根于地梁。即在⑩上及⑩，⑩间增设短柱，两短柱上设置地连梁，为了减少地连梁的截面及内力，尽量减少地连梁悬臂端的长度，因此需要计算新增短柱( Z-A)的合适位置，并保证不影响原GZ4’的基础。通过计算得到基础处理方案如图6所示。

6  扩建框架建筑的热工计算

 对于扩建框架结构，需要满足现行规范节能标准要求。外墙采用250mm厚加气混凝土砌块墙体，采用粘贴EPS保温板外保温节能措施，通过对外墙主体部位热工计算，得到外墙主体传热系数为0. 41W/( m2 .K)；对产生热桥部位的梁、柱和门窗过梁部位进行热工计算，传热系数均为0. 8W／( m2．K)，再对整个外墙进行平均热工参数计算，满足湖北省夏热冬冷地区建筑节能要求。

7  结语

 根据实际工程情况，经过以上改扩建方案设计，在不影响原教学楼正常使用的前提下，取得了较好的效果。

 1)降低了改建部分的施工难度，有效缩短了工期。既解决了原有教学楼使用功能不齐全的问题，同时增加了建筑面积，改善了学校的教学设施条件。

 2)如果把投入使用不久的原有教学楼重建，则与此改扩建工程相比要多投入几百万甚至上千万元。因此该方案既节约了资金，还避免了旧楼拆除产生的建筑垃圾破坏环境，具有良好的经济效益和社会效益。

 3)在扩建的同时，用不多的经费利用暑期教学楼空闲期对教学楼进行改造，极大地改善夏、冬季室内热环境效应。