城市更新中“混合结构”

改造之痛

在城市更新浪潮中，大量既有建筑由于历史原因和使用过程中的搭建，形成了“砌体结构+混凝土结构”两种结构体系混合承重的“混合结构”。如常见的底框砌体结构、内框砌体结构等形式。这类建筑在城市更新中具有特殊价值——既承载着老城区的空间记忆，又往往位于核心区位，具备功能升级潜力。但受建造年代技术限制，其普遍存在先天缺陷，如混凝土框架与砌体墙体连接薄弱、两种材料刚度差异显著、抗震体系不完整等。随着人民群众日益增长的生活品质提升要求，同时考虑环保、可持续发展、安全性指标等等，这类建筑的改造加固需求日益迫切。

混合结构改造的核心难点源于其 “两种结构体系共存” 的本质特性，具体可以概括为结构协同性、材料适配性、功能与安全平衡、规范适配性四个方面。其改造难点的本质是 “历史遗留的结构缺陷” 与 “现代更新的功能、安全需求” 之间的矛盾。

改造加固难点与策略

该房屋于1980年左右设计，整体平面形状不规则，主体结构东西方向长约49.2m，南北方向宽约22.86m。房屋各层层高为3.3m，室内外高差为0.6m，房屋高度为17.1m。基础采用混凝土条形基础，宽约为2.7m、3.0m、3.7m等，基础埋深为1.3m。房屋为砖混结构，大开间房间横墙间距多为7.8m，设置构造柱，各层承重墙上方设置砼圈梁，楼屋面梁下设置混凝土柱。墙体：承重墙体厚为240mm，采用普通砖及混合砂浆砌筑。楼屋面梁：南北向楼面主梁采用矩形梁，截面尺寸为250×550mm；南北向屋面主梁采用矩形梁，截面尺寸为250×550~700mm。楼屋面梁下混凝土柱截面尺寸为240×600mm。楼屋面主要采用预制空心板，板厚为120mm；局部区域采用现浇板，板厚为100mm。圈梁截面尺寸为240×250mm。构造柱截面尺寸为240×240mm。砖块设计推定强度值为MU10.0，砂浆设计强度推定值为一层为M3.5，二层为M3.0，三-五层均为M2.2。混凝土设计强度推定值为C20。

本项目结构设计关键点是如何采用常规加固方法保证这样的平面不规则，高度超限，局部承重墙拆除后的“砌体+混凝土”混合结构在大震下的安全性。考虑到现有规范并参考已有的一些混合结构的结构加固计算的文件，并考虑实际的可操作性，我们提出了小震下采用“综合抗震能力指数”+“构件抗震承载力”验算和不同地震水准下“性能化结构设计”的方法进行设计。相关的结构难点及对策见下表。

▼结构难点及结构对策

▲总平面图

性能化加固设计的方法

结构工程师提出的混合结构加固的性能化设计主要分为两部分。第一部分：先针对原结构竖向承载力验算与小震水准下抗剪承载力验算不足的构件选择加固墙体的尺寸，之后进行加固后结构的承载力验算，以全部构件满足验算为准；再针对加固后的结构进行综合抗震能力指数的验算，不足处进行加固，以全部构件满足综合能力指数大于1为准。第二部分：进行不同地震水准下的非线性时程分析，以层间位移角为控制指标进行性能化判断，满足设置目标为准。整个过程重复迭代最终满足所有指标。主要设计流程见下图。

计算模型的建立

与性能化指标的设定

常规的设计用软件如PKPM，YJK等对于砌体结构计算主要采用基于反应谱理论的小震下强度验算，而结构工程师提出的性能化加固设计则需要进行非线性的时程分析，砌体墙片及砌体墙片采用混凝土夹板墙或钢筋网片水泥砂浆法加固的等效方法就非常的重要。结构工程师通过构件等效，采用SAP2000大型通用计算分析软件，采用非线性杆系单元（Link单元）模拟砌体墙片及加固后的砌体墙片。砌体墙片及加固后的墙片采用三折线骨架曲线与恢复力模型进行等效。骨架曲线包括初始开裂、屈服和极限等三个重要阶段，分别以下标c、y、u分别表示。

混合结构中砌体墙片的性能化指标的设立非常重要，首先，需要准确反映砌体墙片及其加固后的破坏情况。其次，对于设计而言需要简便易用，迅速计算出性能点。参考了众多参考文献，结构工程师选择了层间位移角为性能指标，并给出了砌体墙片及板墙加固的性能水平量化指标。

▲混凝土板墙加固后砌体构件三折线骨架曲线	▲混凝土板墙加固后砌体构件恢复力模型

▼砌体墙体性能水平量化指标取值

▼板墙加固后砌体墙体性能水平量化指标取值

主要计算结果及分析结论

根据YJK计算模型和SAP等效计算模型，结构工程师进行了房屋改造加固前后的小震下强度验算、小震下综合抗震能力指数验算、动力特性对比分析、层位移及层间位移角对比分析、性能指标的对比分析。通过对比可以发现：

1、原砌体结构的抗震能力较差，7度罕遇地震水准下即出现严重破坏，局部倒塌，8度罕遇地震水准下出现倒塌，而加固后的砌体结构在8度罕遇地震水准下仍然不会出现倒塌现象，这说明按性能化设计方法进行加固设计后的砌体结构满足“小震不坏，中震可修，大震不倒”的设防要求。

2、通过对周期、层位移、层间位移角的分析，可以发现按性能化加固设计的结构在7度多遇及7度基本地震水准下基本保持弹性，7度罕遇及8度罕遇进入塑性，采用局部板墙加固后的砌体结构的变形能力和强度均大幅度提高，同时调整了结构纵横向刚度比，增加结构抗扭刚度。

3、结构工程师提出的小震下采用“综合抗震能力指数”+“构件抗震承载力”验算和大震下“性能化结构设计”的既有砌体加固设计方法，在本工程实际加固设计过程中可靠、可行，加固后的结构满足规范要求。同时提出的设计方案通过抗震专项审查，可以为类似项目提供借鉴。

▼既有结构及加固后结构的小震作用下承载力验算对比

▼既有结构及加固后结构的综合抗震能力指数对比

▲7度多遇	▲7度基本	▲7度罕遇	▲8度罕遇
▲不同地震水准下层位移对比

▲7度多遇	▲7度基本	▲7度罕遇	▲8度罕遇
▲不同地震水准下层间位移角对比

▼不同地震水准作用下结构破坏形态对比

施工过程

▲现场外立面拆除情况
▲内部粉刷拆除情况	▲局部墙体拆除的临时支撑
▲墙体加固施工	▲梁加固施工
▲托换混凝土梁浇筑完成	▲托换混凝土梁拆模后
▲外立面幕墙施工情况1	▲外立面幕墙施工情况2

后记

当前城市更新已从 “大拆大建”转向 微更新”与“功能重塑”，政策层面高度重视既有建筑的活化利用，强调 “安全优先、低碳可持续、文脉传承”三大核心原则。《上海市城市更新条例》明确要求在改造中保留建筑历史记忆，同时满足现代安全与功能标准。对于上世纪70-80年代的一些混合结构，如何在满足建筑功能提升的同时，保证结构安全，是结构工程师面临的一个重大难题。同济幼儿园虹口部项目的结构加固设计中突破常规 “小震验算” 模式，通过 “小震下综合抗震能力指数 + 构件承载力验算” 与 “大震下非线性时程分析”结合的方法，精准解决了“平面不规则、高度超限、承重墙拆除”等多重难题，最终实现“小震不坏、中震可修、大震不倒”的设防目标，验证了性能化设计在混合结构改造中的可行性。针对项目造价与工期限制，未采用复杂加固技术，而是根据具体难点匹配解决方案。例如，用 “夹梁托换”处理承重墙局部拆除，用“局部混凝土板墙”弥补刚度不足，既控制了成本，又缩短了施工周期，实现 “经济性”与“安全性”的平衡。该项目可以给类似工程的结构加固设计提供参考。

建成照片

Profile

项目概况

项目名称：天宝路1058号同济幼儿园装修项目

建设单位：上海市虹口区教育事务服务中心

建设地点：上海市

设计单位：同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司

项目负责人：刘灵

建筑：刘灵、梁亚田

结构：周彬、罗志远、王祖能、詹佳彬

给排水：李丽萍、徐钟骏、唐玉艳

电气：安世超

暖通：张萍、秦卓欢、禹小明

景观：梁亚田

室内：梁亚田

施工单位：上海建工七建集团有限公司