談某砌體結(jié)構(gòu)加固設(shè)計思路

梁大偉

1 工程概況

某校教學樓建于2003年，磚混結(jié)構(gòu)，地上4層，平面形式呈矩形，東西向布置，長約60 m，東部寬約12 m，西部寬約10 m，1層～4層層高3.6 m，建筑總高15.0 m。鋼筋混凝土現(xiàn)澆樓板，板厚100 mm，屋頂為現(xiàn)澆混凝土女兒墻，地基3∶7灰土墊層，基礎(chǔ)形式為混凝土條形基礎(chǔ)，內(nèi)外墻均厚370 mm，局部設(shè)混凝土圈梁、構(gòu)造柱。該樓承重體系為縱橫墻承重結(jié)構(gòu)，開間尺寸為4.6 m，窗間墻最小寬度為1.5 m，橫墻最大間距為9.2 m。該建筑位于8度區(qū)。

2 建筑抗震鑒定

2.1 外觀質(zhì)量檢測

外觀墻體及地面存在裂縫，地面裂縫系找平層和抹灰層面層開裂，主要由溫度變化和材料收縮導致，位于教室地面上，裂縫最大長度達6.0 m，裂縫最寬處達1.5 mm，裂縫處地面略為隆起;墻體裂縫主要為溫度應力和砌體材料收縮而產(chǎn)生的變形縫，主要位于陽臺窗戶下的預制墻板上，裂縫均為貫通型，縫寬介于0.5 mm～1.8 mm。

2.2 材料強度檢測

磚混結(jié)構(gòu)承重墻強度的測定采用回彈法進行檢測，各層承重磚強度等級均達到MU10;砌筑砂漿強度的測定采用貫入法進行檢測，其 1 層 ～ 4 層強度分別為 8.4 MPa，7.2 MPa，6.4 MPa，6.4 MPa;混凝土構(gòu)件強度的測定采用鉆芯取樣法進行檢測，根據(jù)檢測結(jié)果，該樓現(xiàn)齡期混凝土抗壓強度推定區(qū)間為24.8 MPa～30.7 MPa，現(xiàn)齡期混凝土抗壓強度推定值為30.7 MPa。

2.3 抗震計算鑒定結(jié)果

1)根據(jù)抗震計算結(jié)果，該樓1層～3層墻體現(xiàn)有水平抗力均小于水平地震作用，抗力與荷載效應之比最小值為:1層橫墻0.84，1 層縱墻0.79，2 層橫墻0.87，2 層縱墻0.68，3 層橫墻0.98，3層縱墻0.78，4層滿足要求。

2)根據(jù)宏觀分析、抗震驗算，該教學樓的建筑上部結(jié)構(gòu)安全性等級評為Bu級，建議修復處理。

3 加固原則

根據(jù)GB 50223-2008建筑工程抗震設(shè)防分類標準之相關(guān)規(guī)定，該教學樓屬于重點設(shè)防類建筑，即乙類建筑;根據(jù)當?shù)乜拐鹪O(shè)防烈度，該教學樓抗震設(shè)防烈度為8度;該教學樓應劃分為B類校舍，后續(xù)使用年限為40年，修復處理后可繼續(xù)使用。

建筑抗震加固設(shè)計方案的確定，應根據(jù)抗震鑒定結(jié)果，結(jié)合原設(shè)計圖紙及建筑使用功能綜合分析后確定，主要應遵循以下原則:

1)通過采用局部加固、整體加固或個別構(gòu)件加固，改善結(jié)構(gòu)受力狀況，提高結(jié)構(gòu)整體性;2)同時考慮減小或消除不利因素的影響，防止由于局部加強造成的結(jié)構(gòu)強度或剛度突變;3)對于新增設(shè)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，應與周圍構(gòu)件有可靠連接，并考慮是否增設(shè)新的基礎(chǔ)構(gòu)件;4)加固所使用的材料，如與原結(jié)構(gòu)材料不同時，需滿足其強度的要求。當與原結(jié)構(gòu)材料相同時，其材料強度不得低于原材料強度;5)特別對于各種易倒塌結(jié)構(gòu)構(gòu)件，應結(jié)合鑒定報告及使用功能要求，做必要的拆除或加固處理?？紤]結(jié)構(gòu)重點部位、重點結(jié)構(gòu)構(gòu)件的加固;6)同時考慮施工方便，對現(xiàn)有生活、生產(chǎn)影響較小，經(jīng)濟合理，外觀美觀等因素。

4 加固設(shè)計方案的選擇

該教學樓為4層磚混結(jié)構(gòu)，總高度為15.0 m，根據(jù)GB 50011-2010建筑抗震設(shè)計規(guī)范之相關(guān)規(guī)定結(jié)合原設(shè)計圖紙及鑒定報告，該建筑屬于超高不超層建筑，加固采取高于一般房屋的承載力且加強墻體約束的有效措施，加固不改變原結(jié)構(gòu)體系。

1)加固方案確定。

根據(jù)鑒定報告，通過水平抗震驗算，由于抗震設(shè)防類別的提高，該教學樓在抗震方面主要是現(xiàn)有墻體水平抗力均小于水平地震作用力，1層～3層現(xiàn)有橫墻及縱墻均不滿足要求。該教學樓主要承重墻體、砌筑砂漿、混凝土構(gòu)件強度均未見明顯的降低，各主要材料在強度方面均能滿足要求。

加固如采用新增墻體來增強現(xiàn)有墻體的水平抗力，雖然在抗震方面能夠使水平抗力大于水平地震作用力，但從該建筑使用功能考慮，將嚴重影響其后續(xù)使用。根據(jù)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)屬于超高不超層建筑，無需改變現(xiàn)有結(jié)構(gòu)體系，同時考慮到施工工藝、施工工期、工程造價等方面的因素，綜合確定擬采用混凝土板墻進行加固處理。

2)加固設(shè)計。

根據(jù)現(xiàn)有1層～4層橫墻及縱墻的抗力與荷載效應之比，結(jié)合已有工程經(jīng)驗，本教學樓擬整體采用單面混凝土板墻加固、局部采用雙面混凝土板墻加固。

對于建筑四周外圍護墻體，采用單面板墻加固，考慮到加固一側(cè)如為建筑內(nèi)側(cè)，則混凝土板墻在樓板及屋面板處，必須進行穿板作業(yè)，一方面對原有樓板及屋面板有損傷，另一方面施工速度慢，故建筑外圍護墻體的加固單面板墻設(shè)置于建筑外側(cè)，保證外立面鋼筋綁扎和混凝土噴射連續(xù)進行。對于建筑內(nèi)橫墻及縱墻，充分考慮施工方便、對原有構(gòu)件及使用功能影響小等因素，確定加固位置，同時應盡量將加固側(cè)設(shè)置于同一功能單位，減小設(shè)備搬遷及后續(xù)工藝的施工工作量。

樓梯間的墻體由于沒有樓蓋作為側(cè)向支撐，且對于頂層樓梯間，其墻高為一層半高，樓梯間比較空曠且缺少支撐，地震作用時受力復雜，很容易首先遭到破壞甚至倒塌，故對于樓梯間應進行特殊處理。

本教學樓設(shè)有兩部樓梯，加固方案對兩部樓梯均采用雙面板墻進行加固處理，保證地震力作用時，樓梯間不至于首先發(fā)生破壞而導致疏散受阻;根據(jù)原有設(shè)計圖紙，樓梯間原有梯梁直接設(shè)置于承重墻體上，本次加固考慮到樓梯的特殊性，在梯梁對應位置下部的承重墻體內(nèi)，增設(shè)鋼筋加強帶，并上下貫通，對梯梁下現(xiàn)有局部墻體起到較好的約束與加強作用，保證地震力作用時，梯梁下部承重墻體不至于較其他承重墻體首先發(fā)生破壞。

該建筑在頂部設(shè)有現(xiàn)澆混凝土女兒墻，該女兒墻結(jié)構(gòu)完整，連接可靠，根據(jù)鑒定報告，暫不對該女兒墻進行加固處理。同時根據(jù)鑒定報告1層～4層走廊外側(cè)窗臺下為預制混凝土欄板，欄板均出現(xiàn)貫通型裂縫，主要為溫度應力和砌體材料收縮而產(chǎn)生的變形縫。該欄板由于為預制混凝土欄板，現(xiàn)場拆除個別后發(fā)現(xiàn)其與周圍構(gòu)件連接不緊密且欄板不密實，該欄板沿建筑長軸線分布，地震力作用時，很容易發(fā)生大面積倒塌，同時造成其上部窗戶及玻璃破碎，存在安全隱患，故本次加固對預制混凝土欄板全部拆除，更換現(xiàn)澆混凝土欄板，同時加強了欄板與周圍構(gòu)件的可靠連接。

對于現(xiàn)有墻體局部的裂縫，在未進行加固的部位，建議采用鋼筋及砂漿進行加固處理。

相關(guān)規(guī)范要求混凝土強度等級不低于C20，本次加固考慮到采用噴射混凝土進行加固，為保證混凝土強度等級，故將混凝土強度等級提高為C25。

由于本加固方案是在原有墻體一側(cè)或兩側(cè)增設(shè)混凝土板墻，故新增設(shè)混凝土板墻對原結(jié)構(gòu)相當于增加部分荷載值，結(jié)構(gòu)加固方案確定后，應對原地基、基礎(chǔ)進行驗算，確定原有地基、基礎(chǔ)是否滿足要求。

5 加固驗算

本次加固按GB 50011-2001建筑抗震設(shè)計規(guī)范(2008版)規(guī)定的方法進行抗震加固驗算。本加固工程混凝土強度等級采用C25，厚度為60 mm，采用單排鋼筋網(wǎng)片，豎向筋為φ10@200，橫向筋為φ8@200，并梅花形布置拉結(jié)筋。采用中國建筑科學研究院PKPM程序，對加固后的建筑進行抗震驗算，根據(jù)驗算結(jié)果該樓1層～4層墻體現(xiàn)有水平抗力均大于水平地震作用，抗力與荷載效應之比為:1 層1.94，2 層 2.17，3 層2.84，4 層4.19，各層水平抗力均滿足要求，該方案通過加固驗算，滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，方案可行。

根據(jù)計算新增的混凝土板墻自重約為原建筑自重的15%左右，通過對原地基、基礎(chǔ)進行驗算，原有地基、基礎(chǔ)滿足設(shè)計要求，本次暫不考慮對其進行加固。

6 加固方案確定

本次加固采用混凝土板墻進行加固處理，該施工工藝成熟，應用范圍較廣泛，施工過程操作簡便，施工速度較快，工期有保證，不影響學校正常使用，對原有結(jié)構(gòu)構(gòu)件損傷較小，加固后結(jié)構(gòu)整體性較好，新增荷載值較小，對原有地基基礎(chǔ)影響較小，方案比較經(jīng)濟合理，在可控范圍內(nèi)。

在施工過程中，應采取有效措施避免或減少對原有結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損傷，發(fā)現(xiàn)原有結(jié)構(gòu)或相關(guān)工程隱蔽部位有嚴重缺陷時，應會同有關(guān)單位及時作出處理，對可能導致的傾斜、開裂、局部倒塌等現(xiàn)象，應提前采取安全措施，并在施工過程及施工完成后一段時間內(nèi)，不間斷進行沉降觀測。

7 結(jié)語

1)對于砌體結(jié)構(gòu)，采用混凝土板墻進行加固處理，可有效地提高砌體結(jié)構(gòu)的水平抗力，滿足抗震設(shè)計要求。

2)對于重點部位如樓梯間、水箱間、電梯間、疏散出入口等重點部位，應特別給予重視，采取特殊的措施進行加固處理。

3)根據(jù)鑒定報告，對于易倒塌的構(gòu)件，如女兒墻、煙囪、門臉、挑檐、雨棚、預制構(gòu)件等，應根據(jù)實際情況進行加固處理或拆除。

4)主體結(jié)構(gòu)加固方案確定后，應同時驗算原有地基基礎(chǔ)是否滿足要求，在可能的條件下宜盡量減少地基基礎(chǔ)的加固工作量。

5)加固方案的確定在考慮結(jié)構(gòu)整體安全性滿足要求的同時，應考慮施工工藝的可操作性、加固工程總體造價、加固工期的長短、加固對原使用功能的影響、建筑美觀方面等因素。

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