某博物馆老馆加固改造结构设计

某博物馆老馆加固改造结构设计

符帅

广东省建科建筑设计院有限公司  510000

摘要：博物馆，在使用功能以及使用目的方面与一般的建筑不同，博物馆不仅一般情况下搬迁的概率较低，同样由于博物馆大部分由于设计的独特性，因此在稳固维护过程中必须对其外观进行有效的维护。即：博物馆使用年限较长、已经无法满足建筑安全要求时，必须采用原地修复且尽量减少对建筑主体影响的加固施工方法。落实至具体施工当中，即需要首先明确当前博物馆建筑主体存在的问题，根据问题的实际情况确定有效的改造技术方法，本文以某博物馆的改造为例，对结构的加固技术进行了梳理。

关键词：老旧建筑 加固改造 结构设计

引言

建筑使用超过一定周期后，由于结构持续性的承力，在建筑材料不断老化的影响下，建筑使用功能不断下降，甚至可能存在一定的坍塌的风险。大部分普通建筑，使用超过一定周期后一般通过拆除重建比较建筑风险，而博物馆等特殊类型的建筑，由于不仅承担建筑运用，同样具备一定的文化价值以及历史价值，因此需要通过对建筑的加固以及维修，重新赋予博物馆建筑物使用功能，长期使用的博物馆建筑，对使用性影响最大的即建筑结构的变化，本文就如何改善案例博物馆的建筑结构，提出了一定意见。

1 建筑改造需求

1.1 提升抗震能力

抗震能力的提升需求，很大一部分原因在于建筑设计阶段与当前在抗震的要求方面已经出现较大的变化。以本文所述案例博物馆为例，该博物馆建筑物设计阶段在抗震要求方面与当前存在一定的差别，建筑设计的抗震等级已经无法满足当前的设计需要。另外，该博物馆建设时期，其所处地区的环境相对简单，地下空间的利用相对较小，因此建设阶段该建筑物的地基稳定性相对较高。而近些年来，该博物馆所在区域已经得到了大力开发，地下空间得到广泛应用，因此导致博物馆的地基稳定性降低。在抗震水平的提升方面，由于地震能够同时在较短时间中造成横向以及纵向的位移，因此通过加固需要对两个方向实现同时提升。

1.2 延长使用寿命

建筑物的使用寿命一般为50到70年左右，然而并非所有建筑均能够达到使用寿命。大部分建筑，在改造的影响下，周围建筑建设、改造、查拆除对其的影响下，大都在超过20年使用时间后，即可能出现不同程度的老化现象。其中，部分建筑甚至可能开始出现结构层面的改变，梁柱结构的变化，钢结构的老化等，可能使得建筑从结构方面出现无法继续使用的改变。而针对老化建筑的加固以及维护，能够针对建筑物当前存在的主要问题，尤其结构方面存在的主要问题进行处理，以此改善建筑的结构问题，对建筑整体进行更为有效的提升以此实现提高建筑物使用寿命的目的。因此，大部分功能性建筑老化后普遍选择进行加固改造。

1.3 满足环境需求

当前的城市，大都处于快速发展的阶段，建筑工程较多，高层以及超高层施工项目同样较多的情况较为普遍。该种情况下，博物馆一类需要长期使用，并且出于历史性和艺术性维持的目的，博物馆同样不应进行较大的改变。该种情况下必须认清，博物馆等类型的建筑没有得到有效的加固以及改造，其在周围施工作用对本地地质结构造成影响的情况下，可能受到一定程度的破坏。因此为保护博物馆类型的建筑，在博物馆等建筑没能有效改造时，需要尽量避免于其附近施工。而在城市土地资源不断减少的情况下，博物馆等建筑周围的土地同样必须充分利用，该种情况下，对博物馆等不适于大幅度改建的建筑，必须进行加固维护。

2 建筑改造可行技术

2.1 定位支撑

定位，即支点定位的方法，使用支点定位技术对建筑进行加固，首先需要确定建筑当前结构承力以及薄弱的主要部位，采用承载能力较强同时更为轻型的材料建造用于辅助承力的柱，以此降低当前建筑机构的承载压力。对博物馆此类建筑高度较低的建筑，一般采用3+1的定位结构即能够实现对建筑物的加固，部分跨度较大的博物馆，由于需要降低柱体之间的跨度，因此可以考虑增加柱的建筑量。建筑需要扩建，或当前建筑的支撑系统确实无法满足建筑安全需求时，可以使用定位梁柱形成辅助支撑的梁柱体统，用于日常维持建筑物的支撑。由于定点支撑的梁柱系统不适用于较高的建筑，因此一般用于低层建筑的加固。

2.2 碳纤维布加固

碳纤维布等材料，一般用于承载结构相对稳定的建筑的加固，即被加固的建筑的梁柱体未出现变形，结构完整。使用碳纤维布对建筑进行加固，一般需要通过如下流程：（1）对建筑物的表面进行必要的清洁，保证碳纤维布能够正常敷设；（2）清除建筑表层的碳化等区域，填充裂缝等；（3）使用专用工具于建筑物的表层涂刷树脂层，等待树脂层干燥；（4）加固使用的碳纤维布需要与树脂层压实，均匀铺设于树脂层的表面；（5）铺设完成一周后，检查碳纤维布的铺设是否符合规范要求，并对其中出现的问题及时处理。该种技术的使用相对较为简单，能够更有快速处理加固部分结构相对完整建筑物的结构失衡问题。

2.3 加大截面

即增加建筑物各承重结构的截面面积，截面面积较小的情况下，单位面积的承载压力较大，使用承载力更好的材料代替现有材料，对建筑整体的损伤较大，因此一般加固时，均采用加大支撑点截面的形式。加大支撑点的方法大部分为使用混凝土或其他强度较大的材料，包裹原支撑点的梁柱，新增材料能够与原本梁柱完全融合，则新的截面更大的梁柱单位面积受到的作用力能够得到有效的控制，保证建筑的安全。使用加大截面的技术对老旧建筑进行加固，必须对建筑原有的梁柱进行必要的处理，清除梁柱表面所有影响新浇筑材料粘性以及结合效果的异物，并需要通过“凿毛”的技术，提高梁柱表面的粗糙程度，便于施工。

2.4 粘贴钢板

钢板加固的形式优势包括三方面：施工较为简单、施工周期较短、能够加固部分结构变形较大的老旧建筑。钢板加固技术，即使用强度较高、抗变形能力同样较高的钢板，固定于建筑的顶板，底板以及纵向柱外面，一般钢板在平面的应用更为普遍。使用钢板为建筑加固，能够有效避免建筑表面再次出现裂隙等影响建筑安全的问题。同时，与上述的碳纤维布以及加大截面技术相比，使用钢板与建筑物连接稳定性不足的风险较低，基本能够实现加固的有效。钢板对施工技术的要求较低，且环境适应性更好，因此能够普遍适用于不同类型建筑的加固作业，其对空间的占用更小，因此能够满足大部分建筑的施工要求。

3 博物馆加固改造

3.1 建筑概况

本文案例博物馆位于广东省湛江市，建造于上世纪70年代，至今已有50年左右的历史，该建筑原本为办公使用，后改为博物馆使用，博物馆占地空间共计2187.03㎡。由于历史较长，因此改建时建筑的原始设计资料已经丢失。作为博物馆使用的建筑共计2栋，一栋3层、一栋5层，均为混合建筑，外墙体承重、建筑内部的部分混凝土承重柱承重。

3.2 鉴定说明

具备国家鉴定检验资质机构对两栋博物馆建筑物的安全检测结果如下：地基——Bu；承重柱——Du；外立面——Du；整体——Dsu。检测的结果显示，目前建筑物的地基依然处于较为稳定的状态，能够正常使用；建筑物的承重框架包括承重柱以及外立面的承重墙等，均已经无法满足承重需求；建筑物大部分砌体的抗震等级已经过低。

3.3 加固方案

作为具有一定历史价值的建筑物，在改建时该博物馆采用了修旧如旧的方案，外立面的改建选择保持原始状态的方案。为提高博物馆的外观，改造时博物馆外立面的空调外机进行了拆除，外墙体进行了清洗，同时拆除了雨棚。

在博物馆建筑内部的改建方面，由于该建筑原始用途并非博物馆，因此内部存在大量对空间能够造成影响的无意义隔断，隔断大都为非承重类型的隔断。另外，案例博物馆的楼板使用了框架结构实现承重。根据博物馆内部的情况，最终确定内部的改建形式如下：拆除无作用隔断，重新布局；使用筋箍对楼板进行加固；使用承重更好的结构托辅助楼板承重；增加梁柱的截面，提高承重力；增加承重的静压桩。

3.4 加固难点

（1）原有空间不适于直接修建电梯，施工中首先使用静压桩增加建筑地基的稳定性，加固后拆除部分楼板，进行电梯井的挖掘以及电梯的修建。

（2）博物馆内部的横向以及纵向的布局均需要重新布局，在保证外立面不受损坏的前提下，施工时选择将原本的框架承重结构改变为结构托，避免纵向空间布局调整对外部的破坏，同时使用边梁以及边柱，维持建筑物外侧的稳定；

（3）砌体更换的顺序能够对施工安全性造成影响，因此施工中选择由上至下的施工顺序，施工前取出原本工艺打入的预应力螺栓，能够避免施工对墙体造成破坏；

（4）筋箍施工，需要开浅槽，降低对墙体的破坏，并使用抗腐蚀等效果更好的材料，施工中需要保证筋箍与原楼板的整体受力。

4 有效性提升

4.1 施工管理提升

提升加固施工质量，在管理方面的基本要求为：（1）严格按照建筑施工的一般要求进行施工设计，并编制对应的施工方案。施工中必须严格禁止超出设计方案施工，必要时需要首先更改方案，方可改变施工作业。（2）参与施工的甲方以及乙方全部人员，均必须熟悉施工方案，并严格遵循方案的要求，各管理方应当明确本方施工人员的作业进度等。（3）本次施工的所有设计、技术要求和标准、使用材料等均必须进行技术交底，造成材料档案的归整，便于后续的继续维护改建。交底材料需包括纸质以及电子两种版式。（4）完工前，施工方需要根据设计要求进行自检。

4.2 施工人员管理

施工人员的管理方面，首先需要确定针对本工程的人员管理制度，通过分层管理的模式，确保参与施工的所有施工方均能够了解管理体系的要求，并且能够按照设计规范造成整体施工作业。其次管理实施方面需要建立专门的施工管理团队，负责施工中所有的人员管理工作，实现针对人员管理中出现的问题快速反应、及时反馈。

结语

随着建筑施工技术的不断提升，目前建筑加固的技术已经能够对很多历史更长的建筑实现外立面保持类型的维护、加固与改造，本文以该博物馆为例，对如何实现安全加固进行了讨论，提供了部分可实施方案。

参考文献:

[1]徐伟,朱珍华.俄罗斯艾尔米塔什博物馆改扩建工程回顾[J].华中建筑.2018,(7).

[2]翟文娟,古松,褚云朋.北川县曲山小学遗址保护性加固策略与实践[J].西南科技大学学报.2018,(4):15-17.

[3]李冠军.某框架结构袋装仓库的加固改造设计[J].现代食品.2017,(17):98-100.

[4]罗佳俊,郑艺城.既有建筑工程加固改造设计分析[J].建材与装饰.2017,(48).134-135.