淺談砌體結(jié)構(gòu)抗震加固的方案優(yōu)化

張澤平 張輝敏 孫偉蘋

1 概述

我國是多地震國家，尤其是汶川地震和玉樹地震造成重大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。地震造成的人員傷亡大部分是由于建筑物倒塌所致，根據(jù)國內(nèi)外成功經(jīng)驗(yàn)，地震前對無抗震設(shè)防和不滿足抗震設(shè)防的房屋進(jìn)行抗震加固可以提高其使用壽命和抗震能力，從而保障人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。在我國不滿足現(xiàn)在抗震要求的建筑大多是由于當(dāng)時未進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)或不滿足現(xiàn)行抗震規(guī)范的砌體結(jié)構(gòu)，且大部分地處欠發(fā)達(dá)地區(qū)或鄉(xiāng)鎮(zhèn)。對此類既有建筑進(jìn)行抗震加固時，由于不同砌體結(jié)構(gòu)體系的差異性和不同地區(qū)地震破壞形態(tài)的復(fù)雜性，因而就存在加固方案的選擇和優(yōu)化。

2 抗震加固的理論依據(jù)

房屋抗震加固是在抗震鑒定的基礎(chǔ)上，根據(jù)相關(guān)加固規(guī)程以及抗震規(guī)范結(jié)合具體的結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工。傳統(tǒng)的加固理論是通過提高房屋的強(qiáng)度、整體性和變形能力，改善結(jié)構(gòu)體系和構(gòu)件的受力狀況來抵抗地震作用?？拐鸺庸逃?jì)算方法一般采用樓層綜合抗震能力指數(shù)法，該方法是在抗震鑒定的基礎(chǔ)上對加固后的結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)和驗(yàn)算，其綜合抗震能力指數(shù)應(yīng)大于1.0。

3 抗震鑒定結(jié)果中的問題

抗震鑒定是抗震加固的基礎(chǔ)，是進(jìn)行加固設(shè)計(jì)的計(jì)算依據(jù)?？拐痂b定分為兩級，第一級鑒定應(yīng)以宏觀控制和構(gòu)造鑒定為主進(jìn)行綜合評價，第二級鑒定應(yīng)以抗震驗(yàn)算為主結(jié)合構(gòu)造影響進(jìn)行綜合評價。我國屬于多地震國家，國土多半以上為地震區(qū)，各地區(qū)的抗震設(shè)防烈度不盡相同?，F(xiàn)結(jié)合山西省2010年中小學(xué)的房屋抗震加固實(shí)例，綜合諸多鑒定結(jié)果可以看出，對于普通砌體結(jié)構(gòu)，不符合鑒定規(guī)范第一級鑒定中的主要有:1)材料的強(qiáng)度，尤其砂漿的強(qiáng)度不足;2)整體性連接中，圈梁和構(gòu)造柱的設(shè)置不合規(guī)范;3)易損易倒部位，尤其承重窗間墻、洞口至承重外墻距離偏小。而且，由于學(xué)校對大空間的使用要求，因此房屋的抗震橫墻間距較多不符合要求，再者此類房屋大多使用預(yù)制空心板，且有個別空心板的支撐長度不符合規(guī)范的要求。第二級鑒定是在不符合一級鑒定要求的基礎(chǔ)上，采用樓層綜合抗震能力指數(shù)法進(jìn)行鑒定。分析鑒定結(jié)果表明，由于砌筑砂漿強(qiáng)度偏低，縱墻門窗洞口多且尺寸偏大，而且窗間墻的高寬比偏大，從而多導(dǎo)致樓層縱向不滿足要求。在鑒定過程中應(yīng)當(dāng)注意的事項(xiàng)主要有:1)抗震鑒定設(shè)防目標(biāo)的確定;2)通過鑒定對房屋的綜合抗震能力作出判斷，對抗震構(gòu)造措施和結(jié)構(gòu)整體性能作出評價;3)通過汶川地震對房屋震害的分析，對不同結(jié)構(gòu)類型的重點(diǎn)破壞部位和一般破壞部位作出判斷。在鑒定中對不同部位做到重點(diǎn)檢查和一般檢查;4)對于建筑場地和基礎(chǔ)，一般只要不是地基存在缺陷或者處于不利地段的場地，可不進(jìn)行抗震鑒定。

4 砌體結(jié)構(gòu)抗震加固的方法

1)對抗震承載力不足的墻體可采用面層加固，面層材料可采用水泥砂漿面層、鋼筋網(wǎng)砂漿面層、鋼絞線網(wǎng)—聚合物砂漿面層或現(xiàn)澆鋼筋混凝土板墻。對已開裂的墻體可采用壓力灌漿修補(bǔ)，對局部強(qiáng)度過低的原墻可拆除重砌，對門窗周圍的墻體用型鋼或鋼筋混凝土包角或鑲邊。2)對整體性不足的砌體房屋可采用外墻加構(gòu)造柱、圈梁、內(nèi)墻加鋼拉桿或錨桿等加強(qiáng)縱橫墻及其與樓屋蓋的連接?？稍鲈O(shè)鋼筋混凝土現(xiàn)澆層或增設(shè)托梁加固樓、屋蓋。3)對房屋中易倒塌部位應(yīng)采取局部加固，如跨度大于6 m的梁由磚柱支承，或支撐大梁的墻段抗震能力不滿足要求時，可增設(shè)砌體柱、組合柱、鋼筋混凝土柱或采用鋼筋網(wǎng)砂漿面層、板墻、組合柱加固。對于非結(jié)構(gòu)附屬構(gòu)件如女兒墻、煙囪宜拆除，降低高度或采用型鋼、鋼拉桿加固。

5 砌體結(jié)構(gòu)加固方案優(yōu)化

砌體結(jié)構(gòu)抗震加固設(shè)計(jì)時，通過考慮以下幾個方面達(dá)到加固優(yōu)化目的:1)抗震設(shè)防目標(biāo)的細(xì)化。在GB 50023-2009建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，70，90年代建造經(jīng)耐久性鑒定可繼續(xù)使用的房屋經(jīng)過加固其后續(xù)使用年限分別不少于30，40年，80年代的宜為40年，且不得少于30年。但由于場地類別、使用環(huán)境、當(dāng)時的施工質(zhì)量和材料質(zhì)量等因素，因此在鑒定分類時要特別考慮。即對房屋鑒定分類時要綜合考慮多方面因素，如加固成本和后續(xù)使用年限，不宜單依據(jù)其建造年代來判別其建筑類別。2)加固時要注意的加固原則。保證整體抗震性，盡量不損傷原結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。防止局部剛度突變和質(zhì)量不均勻，不僅要防止由于加固以后產(chǎn)生的剛度突變和質(zhì)量不均勻分布，而且要通過加固改善或消除原結(jié)構(gòu)的剛度突變和質(zhì)量分布不均勻的不利影響。為了防止在抗震加固中出現(xiàn)局部剛度突變，要求加固樓層綜合抗震承載力不超過下一樓層的抗震能力的20%，非承重或自承重墻體加固后的抗震能力不超過同一樓層承重墻體加固后的抗震承載力。當(dāng)超過下一樓層綜合抗震能力指數(shù)的20%時，同時應(yīng)增強(qiáng)下一樓層的抗震能力。3)改變結(jié)構(gòu)體系。GB 50023-2009建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定房屋的高寬比不宜大于2.2，但是根據(jù)以往尤其是汶川地震的震害特點(diǎn)，大多數(shù)尤其采用預(yù)制板樓蓋的外走廊單面教學(xué)樓的走廊破壞嚴(yán)重，因此在2010年山西省中小學(xué)校舍加固中，針對一些高寬比接近2.2房屋采用改變結(jié)構(gòu)體系的加固方法。即在外走廊的挑梁端部加排架柱，排架柱之間沿著走廊加連梁，使得另外一側(cè)的構(gòu)造柱、圈梁和排架柱以及其之間的連梁形成整體框架，從而提高其抗震能力。4)抗震加固概念設(shè)計(jì)。如同抗震概念設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算和抗震構(gòu)造措施的關(guān)系一樣，抗震加固概念設(shè)計(jì)和基于綜合抗震能力指數(shù)法的抗震加固計(jì)算同等重要?？拐鸺庸谈拍钤O(shè)計(jì)的依據(jù)主要有震害特點(diǎn)、抗震構(gòu)造措施和結(jié)構(gòu)抗震的理念。JGJ 116-2009建筑抗震加固技術(shù)規(guī)程規(guī)定加固或新增構(gòu)件的布置，應(yīng)消除或減少不利因素，防止局部加強(qiáng)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)剛度或強(qiáng)度突變。因此在抗震加固設(shè)計(jì)方案選擇時要注意結(jié)構(gòu)體系的規(guī)則性，結(jié)構(gòu)構(gòu)件和整體的延性。如外墻加構(gòu)造柱時要盡量使其布置對稱，防止局部剛度突變甚至扭轉(zhuǎn)破壞;在加固設(shè)計(jì)中，抗震設(shè)計(jì)的基本原則如強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱桿件也應(yīng)當(dāng)遵循，如在加固跨度過大的梁時，如果僅對梁粘鋼板加固而對支撐梁的下部墻體無局部加固，此時極有可能出現(xiàn)強(qiáng)梁弱柱;汶川地震的震害再次表明樓梯間為加固的重點(diǎn)，因此建議除了在樓梯間四角布置構(gòu)造柱和對墻面進(jìn)行面層加固外，還應(yīng)加強(qiáng)樓梯板與墻體的連接?？傊?，抗震加固設(shè)計(jì)宗旨是提高房屋整體性、改善結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的受力狀況、提高結(jié)構(gòu)綜合抗震能力。

6 結(jié)語

本文結(jié)合具體加固的案例，對砌體結(jié)構(gòu)鑒定和加固的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行總結(jié)，并強(qiáng)調(diào)抗震加固概念設(shè)計(jì)的重要性，最后對抗震加固的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化。此外為響應(yīng)國家關(guān)于既有建筑節(jié)能改造工程，寄希望抗震加固工程能與節(jié)能改造相結(jié)合，做到一體化施工。因此希望砌體結(jié)構(gòu)抗震加固和節(jié)能改造得到進(jìn)一步研究，使其能夠在一次設(shè)計(jì)一次施工中完成。

［1］ GB 50023-2001，砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］ GB 50023-2009，建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［3］ JGJ 116-2009，建筑抗震加固技術(shù)規(guī)程［S］.

［4］ 呂 毅.多層砌體房屋抗震設(shè)計(jì)中有關(guān)問題的探討［J］.山西建筑，2010，36(3):97-98.