《结构鉴定与加固改造》第七讲 · 建筑物加层改造

2026-10-25 课程笔记

0 本讲定位

• 因课时被压缩，这一天连讲三个主题：增层（约两学时）→ 移位（约两学时）→ 结课案例回顾。移位部分单独成篇，见第 8 讲 建筑物移位关键技术；案例回顾单独成篇，见《考前案例回顾 · 13 个考点案例逐个讲透》，考前以那一篇为主线
• 本讲只讲加层改造：方法体系、适用条件、地基承载力、构造与连接、施工要求，收在两个案例上（纺织工业部办公楼方案比选、南京博物院顶升加层）
• 底部顶升加层是增层与移位的交接点——它在第 8 讲里以"移位技术的空间开发应用"再出现一次

【考点】本章要点五条：① 增层的意义、工作程序、原则；② 常见增层方法做法及适用范围；③ 新型加层法（loft 层间夹层、底部顶升加层）；④ 增层方案选择方法；⑤ 施工注意事项。考试主要落在②④——给一个工程实际情况，判断属于哪种加层方法。

1 加层的意义与工作程序

1.1 意义

节省土地、提高土地利用率 · 增加建筑面积、改善使用功能 · 地震区加层同时做抗震加固（提高抗震能力、延长寿命）· 重新设计立面改善城市景观，顺带用新材料解决旧建筑渗水漏水 · 施工期间不需整体搬迁（你加你的，其他各层照常使用，前提是确保施工过程安全）。

空间开发的三个方向： 顶部加层（向高程要面积）；层间夹层（层高大→loft，层高不足→中间层顶升）；地下加层（新增地下室/车库，即地基加层、下挖）。

1.2 主要工序

加层检测鉴定 → 加层（加固）设计 → 加层方案选择 → 施工组织设计 → 施工 → 沉降观测 → 验收

• 检测鉴定是前提：可靠性鉴定与抗震鉴定的范围已写明——凡改造、加固、维修之前必须对原结构做鉴定，加层正是既有建筑最重要的一种改造路径
• 不是所有加层都要加固，看加层后承载力是否超限；需要就并入加固设计
• 沉降观测必须做：加层对恒载与地基基础荷载提高显著。凡改造或地基加固过的工程，通常至少持续观测 6 个月以上，达到稳定标准后方可停止

2 加层方法总览与适用条件

【选择题考点】判断只看两条：下部各层与地基基础够不够、要加几层 / 能不能停用。够→直接；不够但能改体系→改变荷载传递；加层多且不能停用搬迁→外套；工期紧、下部有富余→轻钢。

烈度背景： 设防分 6、7、8、9 度，7 度区地震作用相对较小，8、9 度为高烈度区。以江苏为例，南京 7 度、宿迁 8 度——外套法"不超过 8 度"就是这条限制。

3 加层的建筑与结构设计原则

建筑：

1. 总平面应符合城市规划要求——任何改造都要符合规划，没有商量余地，都要报批
2. 平面设计先满足使用要求与功能，宜使卫生间、厨房上下对应：改位置则烟道、上下水管必须平铺，地面要抬高 20~30 cm；且楼上冲水噪声、偶发漏水会激化上下层矛盾。直接加层时宜使新增墙柱与旧房上下对应，传力途径合理明确
3. 立面造型美观，不仅与原建筑协调，还要与周围环境（街道、周边建筑）协调——加层后看不出原有痕迹，新旧融为一体
4. 楼梯处理是加层的重要内容，是解决新旧两部分交通联系的关键

结构： 安全可靠 · 有利于抗震 · 施工方便 · 经济合理。加层时周边房间常仍在使用，“施工方便"是硬约束而非加分项。

【考点】加层的两大重点：① 新旧之间的交通联系（楼梯）；② 加层后下部各层与地基基础的承载力验算。

4 加层建筑的地基承载力

4.1 两条途径与经验公式

• 现场勘察法：由专业勘察部门对原房屋地基勘察，专业仪器采集、科学分析、形成报告（仪器设备与新建建筑略有不同）
• 经验计算法：参照前苏联经验公式与我国试验数据

fk = η1 · f0k
fk —— 加层设计时基础底面地基承载力标准值    f0k —— 原房屋设计时的地基承载力标准值
η1 —— 地基承载力提高系数

原理： 房子用了很多年，地基在长期压应力下被压实，承载力较初始提高。压应力越大、压实度越大，提高越多；修建年限越长，提高也越大。

适用条件（须同时满足）： 使用年限超过 4 年的砂土、超过 6 年的粉土及粉质黏土、超过 8 年的黏土地基；原房屋未出现裂缝和异常变形、地基沉降均匀、上部结构良好；且原基底承载力在 80 kPa 以上。

4.2 η1 两张取值表

按应力比取用时上限 1.25；实际遇到的房子多在 20 年以内，取 1.1~1.2 是正常值，压应力很小时只取 1.05；50 年的老房子可按 1.35~1.5。

4.3 承载力不足：加大原基础底面积

ΔA ≥ A2 ·（加层后所需底面积 − 加层前底面积 A0）
A2 = 1.1 —— 考虑新旧基础连接的影响系数
γ = 22 kN/m³ —— 基础与回填土的平均重度
计算高度 d：外墙基础取室内外地面至基底的平均高度，内墙基础取室内地面至基底高度

5 直接加层法

5.1 一般原则（4 条）

1. 多层砖房、底层框架上部砖房、多层内框架砖房、多层钢筋混凝土结构（框架、框—抗墙、抗墙、框—筒）均可直接加层——几乎涵盖所有结构形式（木、竹除外），只要下部不是特别软
2. 加层后的地基基础、墙体、混凝土构件，均应分别按现行规范做承载力与正常使用极限状态验算
3. 抗震设防区：先对不符合抗震要求的原房屋做抗震加固设计，再对加层部分做抗震设计，同时对加层后整体做抗震验算；总高度与层数、高宽比、抗震横墙间距、局部尺寸限值、构造柱与圈梁设置均应满足《建筑抗震设计规范》
4. 原房屋承重墙厚小于 240 mm、层高大于 4 m 时不宜直接加层；因特殊需要加层时先做加固处理

5.2 协同工作折减

【易错】与混凝土结构加固同理：加固部分与原结构协同工作要折减（应力滞后、应变滞后），不能把新增面积按全强度叠加。

屋面板改楼面板： 常以原屋面板作为加层后楼面板，可变荷载增加。一般先凿除原屋面隔热层、防水层、找平层卸荷，再按现行规范验算梁板，不满足时加固梁板。

5.3 构造要求（了解，但要会核对）

• 圈梁：顶部设一道闭合钢筋混凝土圈梁；宽同墙厚、高 ≥180 mm、纵筋 ≥4φ10、箍筋间距 ≤250 mm；被门窗洞截断时设附加圈梁
• 新加壁柱：沿墙高每 500 mm 设 ≥2φ6 拉结筋，深入墙（柱）内 ≥200 mm
• 楼梯：楼梯间设在原房屋尽端或拐角处时，该处横墙用夹板墙或构造柱加强并与圈梁连接（把楼梯间做成"安全岛”）；悬挑踏步或插砖楼梯宜换为现浇钢筋混凝土楼梯，或在下部加现浇横梁、斜梁；新旧楼梯连接处梁板钢筋焊接，焊筋 ≥10d
• 抗震：原房屋顶部、夹层每层楼盖屋盖处的外墙、内纵墙、主要横墙均设圈梁；原设构造柱则新构造柱钢筋与其焊接，未设则按规范增设或用夹板墙；抗震加固的构造柱必须上下贯通，落到基础圈梁或深入地面下 500 mm

5.4 上下层间的连接（最关键）

【考点】直接加层法要点三条：① 新增层与原结构的连接构造；② 下部结构加固（含原顶层屋盖、墙、柱、基础）；③ 加层后整体抗震性能。

6 改变荷载传递加层法

6.1 体系转换方向

横向承重 → 纵向承重 / 纵横向混合承重
砖墙承重 → 内框架承重 → 框架承重 → 框架—剪力墙承重

不只加固原构件，还可增设横墙、纵墙、支撑柱或另设承重墙柱，用增设支撑改变传力路径；整体抗震能力不足时，可把部分两柱间位置改成墙体。

6.2 设计要求

• 对加层后的地基基础、承重结构及构件做承载力与正常使用极限状态验算
• 原非承重墙改为承重墙时地基承载力可适当提高：fa ≤ η3·f0k——η3 为地基承载力修正系数，新增承重墙取 0.85~0.9，原非承重墙改为承重墙取 1.1
• 新设承重墙的基础宜与原房屋同型式，并尽量同埋深

6.3 四条注意

6.4 构造要点

圈梁刚性连接并封闭（主筋与连接钢筋单面焊 10d）；新增构造柱穿过原楼板、竖向连续贯通，原结构改为内框架且纵向窗间墙宽 <1.5 m 时在窗间墙处增设构造柱；新增横墙沿竖向连续贯通，与屋（楼）盖连接处留 120 mm 浇微膨胀混凝土，与梁板交界处钢楔塞紧并用细石混凝土或砂浆填实，穿楼板时每隔 500 mm 局部凿孔灌 C20 细石混凝土；新增横墙与纵墙靠咬接 + 拉结筋，与原混凝土柱沿墙高每 500 mm 设 2φ6（一端入墙 1000 mm，另一端与柱箍筋焊接或结构胶锚入原柱 15d）。

【考点】本法要点四条：结构体系变化 → 整体受力分析 → 构造连接 → 构件和地基基础加固。

7 外套结构加层法

7.1 可采用的体系（5 种）

底部只做外套框架时侧移刚度很小，故底部最好做框架—剪力墙，或加支撑形成刚构式剪力墙体系；上部砖混、框架、框剪均可，做整体抗震验算即可——它实际相当于一栋中间架空的独立巨型底框结构。

7.2 一般要求（6 条）

1. 有合理的刚度和强度分布，防止竖向刚度突变形成薄弱底层
2. 房屋总高度与层数、底层层高、剪力墙间距、高宽比满足要求
3. 楼层侧移刚度符合要求
4. 与原房屋完全脱开，水平净空满足抗震及加层施工要求——地震时各晃各的、各自产生侧移，接触点预留足够位移空间
5. 剪力墙沿纵横向均匀布置，尽量使刚度中心与质量中心重合（否则产生扭转）
6. 基础与原房屋基础分开，优先选用施工中无振动的桩基

7.3 “上刚下柔"鸡腿式体系与减震耗能

最怕出现**“上刚下柔"的鸡腿式体系**（下为刚性原结构、上套柔性外套，底层侧移过大）。改善办法是用构件把新旧有控制地联系起来协同工作——设置控制底层侧移的阻尼器或连接支撑：

控制底部侧移 + 降低新旧结构地震反应 + 改善组合结构抗震性能

外套结构材料也可用高弹模混凝土增大刚度；底层框架的柱、梁、楼板抗震构造均须满足规定。

7.4 课堂提到的"外套"实例

【考点】要点：可增层数较多（最重要优点）· 与原结构脱开（脱开后原结构基本无需验算加固）· 基础独立 · 外加框架或框剪 · 连接构造。

8 轻钢结构加层法

8.1 四种体系

8.2 计算方法（了解）

构件：弹性设计法（各种荷载组合算内力变形，验算承载力与稳定性、整体刚度与变形，注意整体和局部稳定）与塑性设计法。地震作用：底部剪力放大系数法（各层按一个自由度，加层结构视为突出屋面的小塔楼）；振型分解反应谱法（集中质量法离散为串联多质点体系，加层部分作为一个质点）。

8.3 减震与隔震

耗能装置按机制分：摩擦耗能器、钢弹塑性耗能器、粘弹性阻尼器、粘滞性阻尼器。

8.4 构造

支撑系统用槽钢或角钢在墙体平面内布置垂直支撑，纵/横单向或双向，形式有 X 形、单斜杆、人字形。砖混加层：既有圈梁内植螺栓连钢柱脚底板，底板与圈梁间用高强度细石混凝土找平，多采用铰接。混凝土框架增层：植筋钻孔植入螺栓→锚固螺栓连过渡钢板→结构胶把过渡板与柱粘合→胶硬化后装钢柱，可铰接或固接。

【易错】轻钢加层最大的性能短板是彩色压型钢板围护不隔热——适合做顶层仓库、阁楼，作住宅舒适度差。

9 loft 加层与底部顶升加层

9.1 loft 加层（层间夹层）

适用于层高较大的房间（典型为底层框架商业，层高常取 4.5~5.4 m），在中间插一层；结构上就是一个小型轻钢夹层。

定方案（楼板位置、面积、高度）→ 备料 → 安装支撑结构（主梁、副梁）
→ 铺楼层板并固定在梁上 → 梁板接口加夹板或 L 形支撑 → 边缘细部处理 → 清理

9.2 底部顶升加层

以南京博物院老大殿为代表：把整栋建筑顶升（或提升）后在下方新增楼层，必要时同时下挖形成地下空间。

提升装置组成（看懂即可）：提升横梁、爬升牛腿、柱底托换牛腿、缀板、螺栓连接、H 型钢顶升支架、加劲肋、固定螺帽与随动螺帽、提升螺杆、千斤顶反力托盘、预埋螺栓、顶升平台——核心是自复位、消除累计误差。

• 牛腿式托换节点 + 提升横梁 + 螺杆吊挂提升；千斤顶走完一个行程后随动螺帽跟进，再走下一行程
• 到位后柱子接长（钢筋绑扎完即浇混凝土），下方另做隔震层与隔震沟
• 顶升所用的托换、同步控制、就位连接等技术，与第 8 讲 建筑物移位完全共用一套体系

10 加层施工要求

先支撑、后拆除  |  先加固、后拆除  |  先加固、后加层
（所有加固工作应在加层施工前完成）

① 拆除应做施工组织设计，特别注意吊装过程安全；② 拆除中不得损害保留结构；③ 按设计保证新旧结构的连接构造；④ 施工全程做沉降监测；⑤ 注意防水的保护与恢复。

11 案例：纺织工业部办公楼增层（四方案比选）

11.1 概况与鉴定

北京长安街南侧，政府级办公大楼，20 世纪 50 年代初建成，建筑面积 9054 m²；三层砖砌体，层高 4.1~4.4 m（很高）；砌体条基，持力层素填土，地耐力 f = 100 kPa，埋深 1.5 m。要求增加二层、局部加三层，改造后总建面达 15500 m²——荷载几乎翻倍，原地基基础必须加固。

11.2 四个方案

最终： 在方案Ⅱ基础上加入六个筒体，解决抗震缝处需设大跨度托梁的问题——外套与内筒体结合。加层后为下部三层砌体、上部二层（局部三层）框剪的混合结构体系。

11.3 加固与计算要点

• 原砌体用夹板墙加固：为少影响使用，沿外墙外侧加 80 mm 厚钢筋网现浇混凝土单面夹板墙，内墙较弱段加单面或双面夹板墙；沿外墙在楼面标高处增设暗圈梁
• 原横墙间距过大、加砖墙不足以承受地震剪力，故增加钢筋混凝土墙；为有效传递剪力，把墙两侧木楼板改为现浇钢筋混凝土楼板；沿外墙每隔 7 m 设框架柱，柱与内横墙或进深梁用钢筋/螺栓锚接，夹板、暗圈梁与框架柱整体浇筑
• 砌体中加钢筋混凝土墙的剪力分配：现浇或装配整体式楼盖按墙段抗侧力刚度分配；柔性楼盖按荷载从属面积比例分配（此时混凝土墙与同截面砖墙承担剪力相同，不能充分发挥作用）；装配式钢筋混凝土中等刚度楼盖近似取两者平均——混凝土墙承担的剪力至少是同截面砖墙承载力的 5.5 倍
• 内筒体计算假定：桩顶与承台不可能完全固接、相对变形使桩顶弯矩减小 → 弯矩乘 0.8；筒体与原建筑相连、砖墙刚度使筒体内力降低 → 弯矩再乘 0.8，同时剪力全部由砖墙承担，不再增加筒底弯矩
• 基础：场地狭小、大型设备无法进场，采用大直径人工挖孔扩底灌注桩，一柱一桩或一筒一桩；参照北京相似地质试桩资料，用调整扩底把沉降值限定在 5 mm 以内；加层荷载逐级增加，新体系靠内力重分布协调此变形

【易错】该案例公开资料的短板是基础处理加固缺图——没有完整平面图与剖面图，构造难以核对。做方案比选时，“能不能实现（场地、柱截面、占地）“与"传力是否明确"同样重要。

12 案例：南京博物院文史馆整体顶升与隔震加固

• 南京，2009—2010，空间开发：整体顶升 + 隔震加固
• 顶升 3 m；发明自复位与累积误差自消除悬吊式顶升体系、PLC 多分区高效同步顶升控制系统，顶升点 155 个，降低 PLC 系统成本 1/3
• 3 项吉尼斯记录：体型最大、顶升点数量最多、一次顶升高度最大的文物建筑顶升工程；2012 年建设部科技示范工程
• 空间构成：原净空仅 2.8 m 的半地下空间，顶升 3 m、下挖 1.6 m → 7.4 m = 1.2 m 设备层 + 4.2 m 御书房层 + 2 m 隔震层（托换节点以上做吊顶，吊顶内 1.2 m 走空调通风与水暖电管线）
• 托换节点为牛腿式；到位后柱子接切平、下方做隔震沟与隔震支座再浇筑
• 动机：南京博物院是全国博物馆中珍本善本收藏最多者，周边全部作为书库；顶升后原民国馆标高得到调整，原民国时代的楼梯经迁移保护后作为展品

【必考案例】顶升加层 + 隔震 + 地下空间开发三合一。答题时把”托换顶升增层 / 檐口切割重复利用 / 隔震加固“三项改造内容列全。展开见案例回顾 · 案例 10。

13 复习要点总结

必背知识点：

1. 加层工序：检测鉴定 → 加层（加固）设计 → 方案选择 → 施工组织设计 → 施工 → 沉降观测（≥6 个月，稳定后停）→ 验收
2. 六种加层方法及适用条件；直接加层以 2~3 层为好；外套法适用于加层多、不能停用、搬迁困难、设防烈度 ≤8 度
3. 加层两大重点：新旧之间的交通联系（楼梯）+ 加层后下部各层与地基基础的承载力验算
4. fk = η1·f0k：适用年限（砂土 4 / 粉土粉质黏土 6 / 黏土 8 年）且 f0k ≥ 80 kPa；η1 上限 1.25，按年限 515 年 1.051.2、3550 年 1.351.5
5. 协同工作折减：砖墙加大截面 ψ=0.6；配筋组合砖砌体轴压 0.7、偏压 0.8；非承重墙改承重墙 η3=1.1、新增承重墙 0.85~0.9
6. 直接加层三要点：连接构造 / 下部结构加固（含原顶层屋盖、墙、柱、基础）/ 整体抗震性能
7. 改变荷载传递加层四要点：结构体系变化 → 整体受力分析 → 构造连接 → 构件和地基基础加固
8. 外套结构六项一般要求，其中"与原房屋完全脱开、基础分开、刚度中心与质量中心重合、优先无振动桩基"是选择题高频
9. 轻钢四体系（网架 / 压型钢板拱形屋盖 / 型钢框架 / 门式刚架）：拱形屋盖柱脚必须刚接，门式刚架节点用高强螺栓端板连接
10. 顶升与提升两套八步做法及其差别；提升装置的核心是自复位、消除累计误差
11. 施工三原则：先支撑后拆除、先加固后拆除、先加固后加层

重要案例：

• 福建莆田 6 层拔高至 20 层（外套框架，73.75 m、新增 16700 m²，我国第一座通过抗震试验的低层加高层）
• 纺织工业部办公楼（四方案比选，最终"外套框剪 + 6 个筒体”；下部三层砌体 + 上部二层局部三层框剪）
• 南京博物院老大殿（顶升 3 m、155 个顶升点、3 项吉尼斯、7.4 m = 1.2 设备层 + 4.2 御书房 + 2 隔震层）
• 北京国家大剧院 / 杭州新雷峰塔 / 南京大报恩寺塔（“完全脱开"概念的外套类比）

易错点提醒：

• 直接加层的条件是"承载力和变形都满足”，只答承载力不完整
• 外套底层框架 + 上部砖混不得用于抗震设防区
• 外套结构必须与原结构完全脱开，但减震耗能又允许用阻尼器/支撑有控制地联系——前者是主体脱开，后者是附加耗能装置，两者不矛盾
• 轻钢加层的缺点是不隔热，不是自重大
• 加层后原屋面板变楼面板、可变荷载增加：先卸荷（凿除隔热层、防水层、找平层）再验算
• 女儿墙必须拆除，不得作为加层房屋墙体；门窗洞上下对齐；新旧层高差与荷载差异不宜过大
• 顶升与提升是两种做法：顶升靠托换结构与千斤顶向上顶；提升靠提升横梁 + 螺杆 + 爬升牛腿从上面吊
• 承重墙厚 <240 mm 且层高 >4 m 不宜直接加层，需先加固
• 卫生间、厨房错位改造要抬高地面 20~30 cm，属建筑功能层面的隐性代价

可能考题形式：

• 选择题：给工程描述判断属于哪种加层方法；η1、ψ、η3 取值；外套结构能否用于设防区；轻钢围护的缺点
• 简答题：加层的工作程序与施工三原则；直接加层法/外套法的要点清单；加层的两大重点
• 方案比选题：仿纺织工业部办公楼，给条件列 2~4 种加层方案、说优缺点、推荐一种并给理由（理由逻辑正确至少给一半分）
• 案例题：南京博物院顶升（三项改造内容 + 空间分层尺寸）

相关笔记

• 第 8 讲 建筑物移位关键技术（同一天所讲，本讲底部顶升加层所用技术的完整体系）
• 考前案例回顾 · 13 个考点案例逐个讲透
• 第 6 讲 混凝土结构加固与托换（协同工作折减、托换技术的出处）