【《房屋加层扩建工程研究的国内外文献综述》7200字】

房屋加层扩建工程研究的国内外文献综述1.1国外研究现状通过查阅文献可以发现，发达国家建筑行业在经历过大规模新建，新建和维修改造并重两个阶段后，从20世纪70年代开始，在既有建筑加层改造和利用方面投入了更多的精力，随着经济的快速发展，维修加固相关方面的法规政策和规范要求也出现在很多欧洲国家的编制中，并且关于既有房屋维修改造技术的研究工作也越来越多、越来越深入，最突出的表现就是维修改造的费用每年按6%～10%的速度增加[12-13]。在世界建筑房屋改造行业的发展史上，涌现出了许多极具代表性的例子，如美国Oklahoma中州大楼，见图1-1(a)，增加的21层结构由原16层结构内的一个新建内筒来承担，这项加层改造工程当时成为世界上加层层数最多的建筑；图1-1(b)所示建筑为巴黎弗朗索瓦·皮诺利用旧证券交易所改造的地标性当代艺术私人博物馆，这是一座圆顶新古典建筑，由于仅为租赁，所以要求在保护建筑历史完整性的同时对建筑的全部改造都必须是可复原性的，此次主要对建筑外观和具历史意义的室内进行了整修，在原建筑的圆形穹顶之下置入了一个直径为30m,高为9m的圆筒形的混凝土结构；图1-1(c)所示的CoalDropsYard位于英国伦敦，其前身是一座仓库，用于储存和中转煤块，该项目将两座建筑物的人字形屋顶从内侧扩展并相交，在连接两座高架桥的同时定义出庭院的位置，形成顺畅的交通流线，完美解决了将两座破旧建筑物和狭长场地融为一体的难题；位于新加坡的FunanDigitaLifeMall——福南数码生活广场历经三年、耗资28亿进行闭店换新，改造后重新开门营业，如图1-1(d)所示。(a)美国Oklahoma中州大楼(b)巴黎旧证券交易所变身私人博物馆(c)英国CoalDropsYard购物中心(d)新加坡福南数码广场改造图1-1国外建筑改造实例(图片来源：百度网)Fig.1-1Examplesofforeignbuildingrenovation(Picturesource:Baidunet)以上均为房屋加层扩建的工程实例，这样的例子还有很多很多。加层扩建理论指导工程实际，工程实际同时又验证了理论研究的正确性，两者相辅相成。很多学者前仆后继地投身于房屋加层改造的研究工作中，通过实验和模拟得出了很多重要的结论，以支持实践工程的设计与施工，这些前人的经验不仅为我们后人研究与建设做出了榜样，也为该行业的发展奠定了坚实的基础。D.V.Bompa等人[14]对五个钢柱和钢筋混凝土梁组合节点进行试验，建立了考虑多种影响剪力传递的有限元模型，对比分析了混合体系节点的受力机理和极限承载力，并给出了极限抗剪承载力计算公式。Gerami[15]提出了确定钢-混凝土混合结构体系等效均匀阻尼比的公式，以三自由度结构代替混凝土、钢和过渡层混合结构，利用半经验误差最小化方法导出等效阻尼比，采用多元非线性回归方法确定混合结构体系的模态阻尼比方程。HalIyengar[16]介绍了钢-混凝土混合结构体系的发展及应用，并阐述了相关的设计问题，讨论了钢和混凝土在混合结构体系中所起的作用。PapageorgiouAV等人[17]分析了竖向混合结构在谐振荷载下的位移响应误差，总结了该类混合结构进行分析时整体结构的阻尼比计算方式。CookR.A等[18-19]研究并分析了765个植筋拉拔试验，最终总结出植筋拉拔承载力的影响因素，包括：钻孔条件、混凝土强度、混凝土级配、受力环境的温度等。JianBingYu等人[20]对在节点核心区锚固钢绞线的9个钢筋混凝土足尺节点进行了循环荷载作用下的抗震性能试验研究.AbbasSivandi-Pour等人[21]将混合建筑物适当地替换为3-DOF系统，提出了一种确定具有过渡层的混合钢-混凝土建筑的等效模态阻尼比的方法。M.I.Moharram[22]进行了钢筋混凝土梁与钢柱采用全埋式抗剪键连接的组合结构试验和数值分析研究，提出并讨论了该类混合结构破坏面的简化分析方法。E.Fieury等[23]研究了影响节点受力性能的各方面因素，例如，混凝土和钢筋之间的粘结力的大小、钢筋的配筋率、往复荷载对弯曲钢筋的影响等。TaewanKim等人[24]基于新的弹性设计分析方法和建筑物的性能，进行了混合结构的非线性动力分析。C.G.Chiorean[25]提出了一种钢-混凝土组合框架非线性弹塑性分析的有限元法，该模型考虑了材料性能，通过平衡方程、相容性和材料的非线性本构方程描述了屈服历程。利用柔度法建立了三维梁柱单元的弹塑性切线刚度矩阵和等效节点荷载矢量，确保了在整个塑性截面形成后，截面的极限承载力不会超限，并通过算例验证了该方法的有效性和可靠性。Y.L.Pi等[26]通过建立钢-混凝土组合构件的有限元模型，对此种构件的二阶非线性、非弹塑性进行了分析，主要针对钢管混凝土短柱应用于需要高负荷能力的结构做出研究。BraconiA等[27]对三跨两层钢-混凝土组合框架的足尺模型进行了拟动力(PSD)抗震试验，得到该结构在地震作用下的时程响应曲线，并对其全过程性能进行了分析。1.2国内研究现状我国建筑的加层改造技术总体来看起步较晚，上世纪初期才出现了第一批改造的工程实例，比较典型的有上海工艺美术服务部的加层改造,由原来的两层钢筋混凝土框架结构改造至六层，该结构加层改造的实现可为我国现有建筑关于加层改造方面的理论研究和工程应用提供一定的参考价值和经验。目前我国城市根据地域不同，采用的发展方式也不尽相同，东方发达城市主要是旧城更新，而西北中心城市发展相对延缓，主要采用增量开发和存量并存的两种方式，一方面城市建设区域进行外扩，另一方面城内也进行着空间改造和功能重构[28]，如西安大悦城改造项目(图1-2)、杭州市危旧房改造工程(图1-3)、天津劝业场(图1-4)等。图1-2西安大悦城改造项目(图片来源：百度网)Fig.1-2Joy-cityofXi’anrenovationproject(Picturesource:Baidunet)图1-3杭州危旧房改造工程(图片来源：百度网)图1-4天津劝业场(图片来源：百度网)Fig.1-3RenovationprojectoftheolddilapidatedhousesinHangzhou(Picturesource:Baidunet)Fig.1-4Tianjin’sadvisinganindustryfield(Picturesource:Baidunet)随着我国经济的不断发展，既有建筑加层改造的理论、技术和施工方法都在不断地进步，同时各大高校、研究院等也越来越重视既有建筑加层改造的理论研究，相关部门颁布了一系列的规范规程，很多学者也发表了自己的看法。目前，国内关于轻钢加层方面的研究主要分为以下几个方面：1.结合一定的工程实例，对轻钢加层方案的可行性进行研究和探讨，并从经济角度研究其市场发展前景，提出具体的有关抗震鉴定、加固、改造等方面的建议或措施。王四清等人[29]采用SAUSAGE非线性分析模型，进行某酒店改造加固前后大震性能对比，提出加固与抗震措施调整。连建平[30]论述了房屋加层的优越性和发展趋势，对比了多种加层改造方法，并建议在加层改造前对既有建筑进行检测鉴定，评估其危险性和剩余使用寿命，再进行抗震加固，此外，还应对加层方案进行比较分析，选择技术可靠、经济适用、施工简便的加层方案。童根树等[31]介绍了三层混凝土建筑采用轻钢加层的顶升施工方案，结合实际抬升过程讲述了保持结构稳定性的措施。方案的顺利实施表明项目所采取的方案是可靠的，并且成本非常低廉、实施速度快。关瑞[32]对轻钢直接加层的结构体系进行了研究，详细对比了多种不同形式的加层结构的优缺点，表明了轻钢加层结构制造安装周期短、工业化和商品化程度高、维护简便，施工污染小，可回收利用的优点，符合可持续发展战略要求。孙宁等[33]对下部混凝土结构分别采用混凝土和轻钢两种材料加层进行了研究，得出轻钢加层工程费用略高于混凝土结构，但采用钢结构加层对原结构扰动小，装配式施工能有效缩短施工周期，有较好的综合效益。但由于规范GB50011-2010中并未对钢与混凝土混合结构有明确的设计条文和说明，限制了轻钢加层在实际加固改造工程中的应用发展。杨素娟等[34]从方案选择、原结构校验、加固措施、加固方案可行性分析等方面对某砌体结构加层工程进行论证，结果表明，选择合理的结构体系,可靠的构造措施,加强结构的整体性能，可以保证加层后新旧结构协调工作。戴作球等[35]以经济寿命为计算周期，将LCC与NAV、AC理论应用于既有建筑加层改造技术经济分析中,重点剖析了该结构全寿命周期各项成本收益。通过具体案例测算，加层改造方案比重建方案经济。张程然[36]对重庆市江津区的某座高层商业建筑改造工程进行了可行性论证分析，采用MidasBuilding软件,结合该地区相关抗震设计规范,对改造建筑的抗震性能分析评价,对加层改造建筑基础沉降的状况进行验算,并结合施工阶段的现场监测数据，对上述改造工程的效果进行了验证。2.对混合结构的抗震机理、非线性受力性能和抗震设计方法等进行研究，为混合结构的理论计算奠定一定的基础。刘廷滨等人[37]采用PKPM软件和MIDAS软件，对某混凝土框架结构加固改造与加层后的抗震性能进行了研究，得出结论：“外包钢板-增大构件截面-加设钢支撑”综合法对处于高烈度地区、重点设防类框架结构的抗震加固效果明显。张亚英等人[38]考虑加层后对建筑物整体抗震性能的影响，利用三维有限元方法对主体结构进行了抗震性能分析。马肖彤等人[39]采用ANSYS有限元软件建模分析了既有钢筋混凝土框架结构加层改造后的抗震性能。吕凤伟[40-41]基于能量法推导出了轻钢加层结构的阻尼比计算公式，通过MATLAB软件自编程序对三层混凝土框架结构上部加一层钢结构体系阻尼比进行求解，验证了文章提出的方法的可行性和实用性。陈招平等[42]采用子结构方法分别对原有混凝土结构和加层钢结构的质量、刚度和阻尼矩阵进行叠加,运用实模态强振型分解法求解结构地震反应,并通过工程实例进行验证。研究表明本文方法具有相当的精度；高阶振型对轻钢加层结构地震作用下的剪力影响十分明显,所以,对于层数不多的混合结构也不能采用底部剪力法计算其地震作用下的响应,而必须采用振型分解反应谱法计算。刘昱等[43]采用SAP2000软件对具体的轻钢加层结构工程实例进行了反应谱分析和模态分析，为混合结构的抗震设计提供了一些理论参考。吴晓枫等[44]对设置阻尼器前后的四层框架加两层钢框架的混合结构进行了罕遇地震作用下的时程分析，得出阻尼器显著地增加了整个结构的耗能能力,减弱了传至主体结构上的地震作用,达到了对结构振动控制的目的,且效果显著，是一种较为实用和精确的计算方法。完海鹰等[45]对加层后的整体结构进行分析，解决了单独分析加层结构时引起的可靠度较低的问题，通过SAP2000软件建模进行模态分析、反应谱分析，为实际加层结构的抗震设计提供了理论参考。谢新等[46]对四层砖混结构加一层轻钢结构进行有限元建模分析，采用偏保守的加大安全系数的实用设计方法进行设计，对砌体和新增结构的连接处理做了详细的说明，指出轻钢加层结构应以概念设计原则为指导，加层建筑的结构体系及构件布置应综合考虑对原结构的影响，并建议上下结构连接部位的安全度应提高一级，需要采用可靠的构造措施。戴素娟等[47-48]利用ANSYS软件对混合结构整体进行了地震反应分析，为轻钢加层结构的推广提供一定的参考价值。褚云朋等[49]利用ETABS软件对某六层钢框架房屋采用轻刚加层改造的上部结构进行了动静力学特性分析，提出在满足新功能要求的同时，要对薄弱部位进行加强，设计时必须验算原结构承载力，且柱连接部位需做加强，保证原结构安全；加层改造需先考察整体性能，再进行细部构造设计；轻钢加层改造不会显著改变结构的破坏模式，但水平地震作用下，在顶层加设柱间支撑较为有利，保证结构整体协调变形。张树生等[50]探讨了混合结构体系的设计方法，利用PMSAP软件对三个结构模型采用不同的方法进行了地震分析计算，得出了FDCQC法与CCQC法计算结果差值最小。蒲静[51]深入分析了外包钢节点用于轻钢加层混合结构的整体工作性能，对不同加层层数、不同下部结构层数进行建模研究，结果表明：外包钢加固节点加强了上下结构的连接，其加固效果与加层层数无关，原结构层数越多，加固效果越弱。潘秀珍等[52]对无比轻钢结构提出了合理的简化建模方法,对相同开间数不同高宽比的结构模型分别进行模态分析和时程分析,研究了高宽比变化对结构整体抗震性能的影响，并就论文分析的结构模型在不同抗震设防烈度区域提出了合理的设计建议。

3.对混合结构采用隔震、减震的控制技术进行研究，从而为增强混合结构的抗震性能提供有效方法。刘仲洋等[53]阐述了传统抗震设计方法的弊端，对轻钢加层结构的隔震机理进行了分析，提出在原结构顶部与加层结构底部安装大阻尼橡胶垫支座来隔震，将锚栓锚入下部混凝土结构中再以结构胶灌实，然后再施工加层部分的方法，利用加层结构的质量和加层橡胶垫支座组成的质量阻尼系统来达到减震的目的，并通过工程应用实例验证了隔震措施的实际效果，为加层结构在工程上的应用提供了一定的参考价值。陈相成等人[54]运用理论推导与实例分析相结合的方法，研究混合结构工业厂房阻尼比的计算方法，建议优先采用复振型分解法进行混合结构的设计，其次采用多振型综合阻尼比法。张淼等人[55]通过对原结构、加层后的混合结构和加层隔震的混合结构进行了模态分析和时程分析，促进了钢结构加层混合结构的发展。王秀丽等人[56]结合工程实例,对RC框架轻钢加层混合结构设置屈曲约束支撑来抵抗地震作用，达到减震的目的，结果表明，该方法具有良好的耗能减震性能。王鹏等人[57]利用SAP2000软件对“4+3”的钢筋混凝土钢结构加层的整体结构应用振型分解反应谱法进行分析，对于出现的刚度突变和部分楼层弹性层间位移角不满足规范限值情况，设置了两种防屈曲耗能支撑方案，两种方案均满足规范要求，但对结构进行罕遇地震作用下的时程分析时，只有一种方案是合理的，说明了消能减震结构体系有必要进行罕遇地震作用下的时程分析来验算弹塑性层间位移角是否满足规范限值。姜昊[58]通过改变钢结构加层混合结构的隔震支座型号，研究了隔震装置对混合结构整体地震反应的影响，结果表明，在新老结构连接处设置若干隔震装置可大幅减小结构整体的地震反应，保证建筑物的安全，综合经济效益好。但并未准确确定结构阻尼比的计算方法和高烈度地区的隔震性能。陈道政等人[59-60]研究了用于RC框架加一层轻钢结构的耗能支撑方案，即加层结构边轴布置支撑和上下结构满布支撑，分析了两种方案在弹性和塑性阶段的抗震性能，结果表明，防屈曲耗能支撑能发挥减震耗能作用，成为结构抗震消能的第一道防线。4.对适用于混合结构中连接上下结构的连接节点进行试验和有限元研究，分析了节点的受力性能，为混合结构设计提供一定的理论支持。赵更歧等人[61]通过对四种不同梁柱结构连接形式的低周反复荷载试验，研究其在地震作用下的各项抗震性能，提出的植筋外包角钢缀条螺栓加固形式具有一定的可行性和加固效果。童根树等人[62]对外包式柱脚的传力机理进行了详细分析，包括轴力、剪力和弯矩，结合日本等国家的相关规范得出了适用于我国建筑的简单公式。宗钟凌等人[63]研究了锚栓生根、焊接生根、增大截面生根等三类加层连接节点的抗震性能。结果表明，三类节点均为混凝土梁端受弯延性破坏，增大截面生根节点的滞回曲线较为饱满，抗震性能优于锚栓生根节点和焊接生根节点。赵少伟、李润斌等人[64-69]采用试验和有限元结合的方法研究了传统植筋节点、碳纤维强化节点、外包钢强化节点的抗震性能，结果表明外包钢强化节点的耗能能力、延性最好，碳纤维强化节点次之。李海峰、杨晓明等人[70-71]结合工程实例，采用SAP2000从结构周期、层剪力、层间位移等方面比较分析了刚性柱脚和半刚性柱脚对结构抗震性能的影响。结果表明：半刚性加层的周期、层间位移角、变形均大于刚性加层，两者结构层剪力差别不大。陈道政，谢冰花等人[72-74]设计了无圈梁固定的新浇放大柱头的外包式柱脚节点，并与钢柱直接加层的传统柱脚连接节点进行对比，得出所设计的柱脚具有良好的承载能力和耗能能力。但需注意，在抗震设计时，所设计的节点应结合整体结构进行抗震性能分析后使用。徐铨彪等人[75]运用ABAQUS软件采用整体建模研究了加固前后的RC框架梁和梁柱连接节点的破坏模式等，结果表明，外包钢加固有效提高了框架梁的承载力、刚度和延性。潘秀珍等人[76-79]研究了不同装配式节点应用于RC框架-钢结构加层混合结构的破坏形式和传力机制，深入分析了各新型节点的滞回曲线、骨架曲线等抗震性能。丁红岩、梁玉国等人[80-85]采用试验和有限元结合的方法分别研究了碳纤维布加固前后的植筋加层混合节点及将这两种节点用于一榀钢结构加层混合结构的抗震性能，结果表明：碳纤维布加固后的节点和框架的承载力、延性等得到不同程度的提高，抗震性能更好。参考文献住房和城乡建设部政策研究中心.既有建筑加层技术与政策研究[M].北京:建筑工业出版社,2013.陆大道,陈明星.关于“国家新型城镇化规划(2014-2020)”编制大背景的几点认识[J].地理学报,2015,70(02):179-185.韩凤霞,于江.某办公楼轻钢加层设计[J].工业建筑,2006(S1):535-536+545..高剑平.国内外既有房屋加层改造发展概况[J].华东交通大学学报,2006,23(02):1-4+11.国务院办公厅关于全面推进城镇老旧小区改造工作的指导意见[J].中华人民共和国国务院公报,2020,23(22):11-15.骆甜.轻钢加层结构的地震反应分析与研究[D].合肥:合肥工业大学,2007,1-4.王维.建筑钢结构加层结构与既有结构共同作用分析[D].西安:西安科技大学,2008.雷宏刚,秦纪平.轻钢结构增层可行性及相关问题研究[J].太原理工大学学报,2001,32(04):331-334.陈招平,罗翔,张浩等.轻钢增层结构的地震反应分析[J].工程抗震与加固改造,2008，30(06):105-108.梁玉国,丁红岩,刘中宪等.碳纤维布补强植筋增层节点抗震性能试验研究[J].建筑结构，2014,44(23):89-93.宗钟凌,曹双寅,张皓,潘宇翔,吕凤伟.混凝土框架顶部钢结构加层连接节点抗震性能试验研究[J].建筑结构学报,2011,32(07):127-132.范世平,孔广亚.建筑物加固改造技术的发展与应用[J].煤炭科学技术,2007,35(10):24-27.高剑平.既有房屋加层改造发展概况与研究进展[J].四川建筑科学研究,2009,35(05):61-65.D.V.Bompa,A.Y.Elghazouli.Ultimateshearbehaviourofhybridreinforcedconcretebeam-to-steelcolumnassemblages[J].EngineeringStructures,2015,15(101):318-336.GeramiM,KheyroddinA,SivandipourA.UniformDampingRatioforNon-classicallyDampedHybridSteelConcreteStructures[J].InternationalJournalofCivilEngineering,2016,14(1):1-11.IyengarH.RecentDevelopmentsinMixedSteel-ConcreteSystems[C]//Composite&MixedConstruction.ASCE,2015.PapageorgiouAV,GantesCJ.Equivalentuniformdampingratiosforlinearirregularlydampedconcrete/steelmixedstructures[J].SoilDynamicsandEarthquakeEngineering,2011,31(3):418―430.COOKRA,KUNZJ,FUCHSW,etal.Behavioranddesignofsingleadhesiveanchorsundertensileloadinuncrackedconcrete[J].ACIStructuralJournal,1998,95(1):9-26.COOKRA,KONZRC.Factorsinfluencingbondstrengthofadhesiveanchors[J].ACIStructuralJournal,2001,98(1):76-86.JianBingYu,WeiZhang,ZhanZhanTang,XuanGuo,StanislavPospíšil.Seismicbehaviorofprecastconcretebeam-columnjointswithsteelstrandinsertsundercyclicloading[J].EngineeringStructures,2020,216.AbbasSivandi-Pour,MohsenGerami,AliKheyroddin.UniformDampingRatioForNon-ClassicallyDampedHybridSteelConcreteStructures.2016,14(1):1-11.M.I.Moharram,D.V.Bompa,A.Y.ElghazouliExperimentalandnumericalassessmentofmixedRCbeamandsteelcolumnsystems[J].JournalofConstructionalSteelResearch.2017,131:51-67.F.Fleury,J.M.Reynouard,O.Merabet.MulticomponentModelofReinforcedConcreteJointsforCyclicLoading[J].JournalofEngineeringMechanics,2002,126(8):804-811.TaewanKim,JamesM.LaFave.Proposednewequivalentlateralforcedesignmethodforlow-risereinforcedconcretewall-framemixedbuilding