随着我国经济建设的快速发展，土地资源日趋紧张，我国每年既有建筑改造及节能改造项目已呈增长趋势。据统计，我国城市住宅建筑平均使用年限为30年左右，根据国家相关标准要求，重要建筑和高层建筑的主体结构耐久年限一般为100年左右，一般性建筑为50至100年。目前我国建筑使用年限远没有达到国家标准所规定的要求，与国外相比相差甚远。根据相关资料显示，英国建筑平均寿命长达132年，欧洲住宅平均使用年限为80年以上，美国44年以上。根据经验证明，旧建筑改造投资少、见效快，既可以延长建筑使用寿命，也有利于保护城市风貌。
我国既有建筑截止2010年底，现有房屋存量为277亿平方米，其中城镇住宅134亿平方米。根据2005年统计，全国既有建筑70%是90年代以后的建筑，目前需要改造的建筑有30%左右。很多既有建筑耐久性、安全性、舒适性难以满足人们的需要。当然，全部推倒重建并不现实，也不符合我国的可持续发展战略。相关专家指出，加固改造费用是重建的1/15，主要费用包括社会成本、拆迁成本、垃圾处理等等附加成本。解决这些问题的最佳途径就是进行合理的改造，延长建筑的使用寿命。但到目前为止，我国既有建筑加层改造尚缺乏明确的、具有推广价值的政策支持体系。
二、既有建筑加层的选择原则
在大规模对既有建筑进行加层改造的过程中，建筑物的加层与结构的加固改造紧密结合，通过对既有建筑物加层加固改造工程技术的分析， 建筑物加层应以检测和鉴定结果作为其加层结构设计的依据。应根据地基条件和建筑物的重要性，提出沉降观测的具体要求。既有建筑加层结构的选择原则应符合下列要求。
（1）安全可靠
建筑物加层的结构设计应符合国家现行有关标准的要求，加层后传力路线应明确，计算方法可靠，构造措施严密，应尽量减少由于加层给既有建筑物承重结构造成的附加应力和变形。地震区的既有建筑物加层应遵循“先抗震加固，后加层改造”的原则。
（2）经济合理
进行多方案的经济技术比较，选择经济合理的方案。充分发挥原有建筑物的承载潜力，优先采用轻质高强材料以减少上部加层的重量。
（3）有利抗震
建筑物的加层设计应符合《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2001）的要求。建筑的加层设计应具有合理的地震力作用传递路线、足够的承载力、良好的适应变形能力和吸能耗能能力。同时应具有合理的刚度分布，防止竖向刚度突变，上柔下刚，造成柔性低层，产生过大的应力集中和塑性变形。对薄弱部位，应采取措施提高其抗震能力。
（4）方便施工
施工方法应力求简单，工期短。
（5）节约能源
在建筑物加层改造的设计施工过程中，要有建筑节能意识和相应节能法规的限制，要做到四节一环保的要求，建筑物加层部分要符合国家合同能源管理项目的要求。
（6）保持原貌，美观实用
通过加层加固改造的建筑，应注重室内外环境的处理，特别是建筑外立面的处理。对有纪念意义或有文物、历史、艺术价值的建筑物，应予以修复和保存。
三、既有建筑加层加固技术
几十年来，对既有建筑的加层改造工程，由单栋建筑的小面积加层改造，发展到大面积建筑物的加层，由工业建筑的加层改造，发展到大型商场和公共建筑的加层改造。由砖混结构上的直接加层，发展到采用外套框架加层、隔震穿透加层及顶升技术，不同的加层方法各具优缺点。本文针对不同的建筑物采用不同的加层方法，以期得到合理的经济效益评价。因此，对既有建筑实行加层改造，通常根据结构的现有条件采用直接加层法、外套框架加层法、隔震穿透加层法、底层顶升加层法和建筑室内加层法等方法。
1、直接加层法
对既有建筑进行适当处理后，不改变结构承重体系和平面布置，在上部直接加层。该方法适用于基础承载力、墙体柱等承重结构有一定潜力可挖的建筑，并且在加层后也有一些安全储备的结构，该方法加层一般不宜超过三层。一般既有建筑物的地基在长期荷载的作用下,由于地基土压缩固结作用，可使土的承载能力提高，随着建造时间的增加，地基的承载能力随之增加。
采用直接加层法进行设计时,先计算新加部分的结构内力,再把内力加进原有结构，对原结构承载能力进行验算。当原有建筑物不满足安全要求时,应采取相应的加固措施或通过改变荷载传递路径的方法来处理。在砌体结构上直接加层时，原房屋的女儿墙、挑檐等部位，屋顶防水等应进行全部拆除。在原屋顶增浇叠合层，然后在原屋顶增加圈梁及构造柱的植筋。在实际工程中，直接加层法根据结构的不同，通常采用不同的加固方法，如圈梁构造柱、板墙加固、增大截面加固法、外粘钢板加固法、粘贴纤维复合材加固法、混凝土套加固法等。
2、外套框架加层法
外套框架加层法适用于加层层数较多, 荷载较大或加层部分需要大开间时，原承重结构或地基基础难以满足过大的加层荷载，通常采用外套框架加层法。外套框架结构可以解决直接加层不能解决的问题，即在原建筑物外增设外套框架结构，加层荷载通过在原建筑物外新增设的外套框架结构(墙、柱等)传至新设置的基础和地基上。外套框架结构加层法适用范围广泛，不仅外套框架结构本身有多种结构形式，而且也适用于原建筑的多种结构形式，如砖混结构、框架结构、底框结构等。外套框架结构可分为两大类：一类是分离式外套框架结构体系，另一类是协同式外套受力体系。
1）分离式外套框架结构体系。原建筑结构与新外套加层结构完全脱开，独立承担各自的竖向荷载和水平荷载，其水平净空距离满足抗震及加层施工的要求，这种加层方法计算简图清晰,外套框架独立承担加层部分的荷载。但当既有建筑物层数较多或抗震设防烈度高于七度时,由于新旧建筑物没有垂直方向的联系,外套框架结构底层柱过长,导致外套框架结构上重下轻、上刚下柔，形成”高鸡脚”建筑，对抗震极为不利，因此这种方法在地震区不宜采用。
2）协同式外套受力体系。原建筑结构与新外套加层结构相互连接，共同承受加层部分的荷载。为解决分离式外套框架结构体系存在的问题，提高结构整体性及横向刚度。
协同式外套受力体系根据新增外套框架与原建筑物之间的相互连接情况，又可分为铰接和刚接。由于刚接受力比较复杂，一般很少采用。对于铰接，通常将新增外套框架与原建筑物通过设置扣件、咬合键、垫块或滑动装置等进行链接，使整个结构共同承受水平荷载，新增外套框架与原建筑物分别承受各自的竖向荷载。
3、隔震穿透加层法
隔震穿透加层法是外套框架结构和大跨梁结构的综合应用，是外套加层结构的拓展和进步。大致可分为三种形式。
1）外套大跨梁结构。
该结构是在外套框架结构的基础上，每一层均设大跨梁。大跨梁横跨原建筑物，跨度较大，一般均超过10米以上。由于跨度比较大，所以对于外套大跨梁结构必须采用先进的技术，如预应力技术、组合结构技术等以加大梁的承载能力，减小梁的断面和变形。
2）外套框架内柱不落地结构
该结构形式的外套框架柱落地，首层为大跨梁，以上各层根据需要设单排、双排或多排内柱，内柱不落地，落在首层大跨梁上。即内柱荷载通过大跨梁传至外套框架柱，再传至基础、地基。
3）外套大跨度空腹桁架结构
该结构形式是横跨原建筑的大跨梁采用空腹桁架，该结构具有承重能力高、自重轻、节省建筑材料等优点。目前，空腹桁架技术比较成熟，在工业建筑中应用比较广泛。
4、底层顶升加层法
底层顶升加层法，一般可向下加1～2层。为了避免或减少土体位移与建筑物的下沉，在既有建筑物施工前，预先进行底层柱的顶升支撑，以卸除上部荷载。
底层顶升加层法可分为延伸式向下加层、向下扩展式加层两种。
1）延伸式向下加层法：是将建筑物地下室通过底层顶升加层法直接在建筑物底下向下延伸。
2）向下扩展式加层法：可利用建筑物周边地下空间进行底层顶升加层法，这种加层方式可将建筑物加层后的地下室变得宽敞，能有效地利用地下空间资源。
5、建筑室内加层法
建筑室内加层，俗称夹层，其形式多种多样，既有建筑的室内净空较高时可在室内加层。对保护性建筑外立面和围护结构须原样保护，内部可实施结构改造。新增结构的基础应考虑与原结构基础及室内管沟基础等的相互影响。室内加层一般采用整体式室内加层法，新增加部分与原结构连成整体，不占用室内面积。室内加层针对不同的建筑，采用的加层方法不同，室内加层大致可分为20多种，如厂房、宾馆大堂、剧场、医院等大跨度结构加层方法都是不一样的。采用整体式室内加层时，应保证新旧结构的连接可靠，并应符合下列规定：
1）单层室内增加或多层砌体建筑室内楼盖进行拆旧换新改造时，室内纵、横墙与原结构墙体连接处应增设构造柱并用锚栓与原墙体连接，新增楼板处应加设圈梁。
2）钢筋混凝土单层厂房或钢结构单层厂房室内加层时，新加结构梁与原建筑柱的连接宜采用铰接。
3）混凝土框架结构室内加层时，新增梁与原有边框架柱之间可采用刚接或半刚接，此时应对原框架边柱结构进行二次叠合受力分析，将原柱子内力与新增结构引起的内力叠加进行截面验算。
四、隔震托换技术在加层改造中的应用
传统的抗震设计方法以“抗”为主，即通过加大结构断面，增加配筋来抵抗地震。这样会带来三个方面的不足：
1）结构断面越大，刚度就越大，地震作用力也就越大，随之带来所需断面及配筋也就越大，大大增加了抗震所需的工程费用。
2）以既定的“设防烈度”作为设计依据，由于地震发生的随机性，当发生突发性超烈度地震时，加层建筑物就有可能遭受严重破坏和倒塌。
3）允许结构物在地震中出现一定程度的损坏，但它无法保证内部装饰与重要设备不受损害。
除了“抗”以外，可以通过采用隔震托换技术来隔离地震能量向建筑的输入，通过滤波强化建筑结构刚度和延性。通常在建筑物和基础之间，设置一种特殊的装置——隔震垫，通过这个装置把建筑物和地面分开，隔离地震能量向建筑物传递，减轻地震灾害，这就是隔震技术。
在我国，隔震技术在既有建筑加层加固的实践应用中并不多见，该技术通过设置隔震层来隔离及耗散吸收到的地震能，阻碍了地震能量向上部结构的传输，从而使上部结构的振动减小。该技术是一种较为成熟的建筑结构地震控制技术，通常可降低地震烈度1～2度，且具有安全性好、造价低廉等优点，在新建建筑中已被广泛采用。但在既有建筑加层改造中的应用很少，主要是隔震装置植入及托换技术复杂，严重影响了隔震技术在这一领域的应用及发展。目前，根据多年的工程实践，针对砖混结构和多层框架结构，总结出一套系统的、科学的隔震层设置及托换技术，经实践证明是行之有效的先进技术，具有明显的经济效益和社会效益。
- 砖混结构隔震支座托换技术
图1 砖混结构隔震支座托换示意图
图2 砖混结构隔震支座托换剖面图
2）多层框架结构并联隔震支座托换技术
在框架结构基础及柱加固后，根据设计图纸进行框架柱的上、下牛腿施工，每柱一般为2～4个隔震支座进行并联组合。牛腿施工应与隔震支座安放同时进行，一般先将隔震支座安放固定在下牛腿上，校准位置后与下牛腿一起灌筑，然后在灌筑上牛腿，待混凝土强度达到设计强度后切断框架柱，框架柱上的荷载直接传给隔震支座，再传给下柱，直至传给基础。（如图3所示）
图3 多层框架结构并联隔震支座托换示意图
五、结语
通过对加层技术的初步探讨，可知采用加层加固综合改造的费用是拆除重建的1/15。在加层改造的同时采用隔震托换技术对既有建筑进行抗震加固，可降低地震烈度1～2度（通常上部结构的地震反应只有隔震前的1/4～1/12），从而保证了建筑物后续使用安全，达到预期的抗震标准。因此，既有建筑加层加固改造具有广阔的发展前景，同时也是一项利国利民的大事情，具有长远的社会效益、经济效益与环境效益。
【参考文献】
【1】唐业清主编，建筑物移位纠倾与增层改造 北京：中国建筑工业出版社，2008年。
【2】王玉岭等编著，既有建筑结构加固改造技术手册 北京：中国建筑工业出版社，2010年。
【3】GB50011-2010 建筑抗震设计规范[S]。