某小學教學樓的抗震鑒定與加固

張杰 北京筑都建筑設(shè)計有限公司，北京市 100035

某小學教學樓的抗震鑒定與加固

張杰 北京筑都建筑設(shè)計有限公司，北京市 100035

“5·12”汶川地震后，國家有關(guān)部門對現(xiàn)行的抗震規(guī)范中關(guān)于中小學校舍部分做了相應(yīng)的修改，并要求對已有的校舍進行全面的抗震安全鑒定。文章對北京市某小學校舍進行了抗震鑒定與加固，結(jié)合現(xiàn)行抗震鑒定標準闡述了抗震鑒定的基本流程以及采用抗震加固的具體方法。

抗震鑒定；抗震加固；加固方法；小學教學樓

aseismatic appraisal;seismic strengthening;

reinforcement method;elementary school buildings

引言

5·12 汶川地震后, 中小學校舍抗震能力引起各方重視，國務(wù)院辦公廳于2009年5月下發(fā)了《全國中小學校舍安全工程實施方案》,其工作目標是：在全國開展中小學校房屋鑒定排查，對具有安全隱患的校舍進行抗震加固、提高綜合防災(zāi)能力建設(shè)，使學校校舍達到重點設(shè)防類抗震設(shè)防標準。全市的已有中小學校舍的抗震能力已進行了鑒定，為抗震加固提供依據(jù)，進行科學合理的加固設(shè)計提供了依據(jù)。建筑抗震鑒定和抗震加固應(yīng)根據(jù)其重要性和使用要求，按國家標準《建筑抗震鑒定標準》GB50023-2009分為四類，其中教育建筑按乙類建筑設(shè)防要求。筆者有幸參與了北京市某小學教學樓的抗震加固設(shè)計工作，以此工程為例淺談抗震鑒定、加固設(shè)計、施工的過程和內(nèi)容。

一、砌體結(jié)構(gòu)校舍抗震性能的缺陷

在我國，砌體結(jié)構(gòu)因其施工方便、構(gòu)造相對簡單、造價較其他結(jié)構(gòu)形式相對低廉等優(yōu)點成為廣泛應(yīng)用于中小學校舍的結(jié)構(gòu)形式。砌體結(jié)構(gòu)屬于脆性材料的結(jié)構(gòu)，其抗震性能與承重能力是通過砌塊與砂漿間的相互作用來實現(xiàn)的，砌體結(jié)構(gòu)其抗拉、彎、剪強度相對其抗壓強度要低，砌塊間的連接也較差，雖有一定的鋼筋混凝土構(gòu)造柱及圈梁等的加強措施，但當有強震時，在地震波的作用下，砌塊之間的連接很容易遭到破壞。尤其是未經(jīng)過抗震設(shè)防設(shè)計的砌體結(jié)構(gòu)，在強震中破壞更為嚴重，易出現(xiàn)整體垮塌。歷次震害數(shù)據(jù)表明：砌體結(jié)構(gòu)房屋的毀壞和倒塌是造成人員大量傷亡的主要原因。

由于中小學校舍建設(shè)年代各異，設(shè)計的抗震設(shè)防烈度也不盡相同。部分是20世紀70年代或更早的學校校舍均無抗震設(shè)防；20世紀80年代建造的校舍按78版抗震規(guī)范設(shè)計；20世紀90年代建造的校舍按89版抗震規(guī)范設(shè)計；2003年后建造的校舍按《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011—2001）進行抗震設(shè)計。因此現(xiàn)有中小學校舍相當一部分不滿足抗震設(shè)防，且由于使用時間長、房屋開間大、使用功能的變化等，結(jié)構(gòu)抗震能力進一步降低；有些建筑雖然進行了抗震設(shè)防，但不能滿足重點設(shè)防要求，須經(jīng)過抗震鑒定和加固后方可安全使用。由此可見，砌體結(jié)構(gòu)的抗震加固的意義非常重要。

校舍抗震性能薄弱環(huán)節(jié)主要體現(xiàn)在整體性連接構(gòu)造上，房間內(nèi)外墻交接處、外墻四角缺少構(gòu)造柱及貫通的圈梁；抗震構(gòu)造中，大部分建筑的圈梁、構(gòu)造柱不符合規(guī)范要求，房屋的整體性、抗震性能差，砌筑砂漿、砌體材料強度偏低，達不到抗震標準規(guī)定?？拐鸸?jié)點構(gòu)造差，部分砌體有裂縫，局部建筑物基礎(chǔ)下沉。由于設(shè)計年代較早，自然老化和人為影響，部分砌體結(jié)構(gòu)墻體出現(xiàn)裂縫和地基沉降現(xiàn)象，豎向承載力不足。樓梯間構(gòu)造柱及圈梁未按規(guī)范進行設(shè)置也是造成震害的一個重要原因，必須引起人們的高度重視。砌體結(jié)構(gòu)校舍抗震性能缺陷歸納如下：

（1）建筑物層數(shù)及高度超限。層數(shù)超過4層，高度超過12m；

（2）房屋的高度與寬度之比大于2.0，且高度大于底層平面的最長尺寸；

（3）抗震墻最大間距超過限值。很多中小學校舍預(yù)制樓板使用相對普遍，其抗震橫墻間距均超過了7m的規(guī)范限值；

（4）大部分樓、屋面為裝配式樓板，達不到剛性樓、屋面的要求；

（5）砌筑磚強度、砂漿強度等級較低，不滿足規(guī)范要求；

（6）部分樓梯間置于建筑物的盡端部或轉(zhuǎn)角處；

（7）外墻四角、樓梯間等位置缺少必要抗震構(gòu)造柱；

（8）裝配式混凝土樓、屋蓋磚房缺少必要圈梁，圈梁布置設(shè)置位置高度不合理及不滿足間距與配筋要求；

（9）門窗間墻局部寬度尺寸較小，形成獨立磚柱承重，對獨立磚柱應(yīng)加固。

二、砌體結(jié)構(gòu)抗震加固技術(shù)

砌體結(jié)構(gòu)存在的最突出問題是整體抗震性能不足，因此砌體結(jié)構(gòu)校舍的抗震加固設(shè)計，應(yīng)首先對其整體牢固性的構(gòu)造進行完善和必要的增強。對整體牢固性不良的砌體結(jié)構(gòu)校舍，應(yīng)采用圈梁、拉桿、構(gòu)造柱等各種拉結(jié)件等予以加強。必要時，還可采用鋼筋網(wǎng)砂漿面層或夾板墻等加固外墻。宜優(yōu)先采取有利于改善結(jié)構(gòu)整體抗震體系的加固措施。對于存在明顯扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的校舍應(yīng)采取增設(shè)砌體抗震墻、在原墻加面層等可顯著調(diào)整結(jié)構(gòu)剛度分布的方法對薄弱部位進行加固，使加固后的結(jié)構(gòu)體系各部分的變形基本協(xié)調(diào)一致。對于橫墻間距較大的非剛性結(jié)構(gòu)體系空曠房屋，應(yīng)增設(shè)橫墻以減小橫墻間距，或同時結(jié)合功能改造采用鋼筋混凝土樓、屋面替代裝配式樓、屋面，使其滿足剛性體系的要求。

1、 當現(xiàn)有多層中小學砌體房屋的高度、層數(shù)超過規(guī)定限值時，應(yīng)采取下列抗震對策：

（1）當現(xiàn)有多層中小學砌體房屋的總高度超過規(guī)定而層數(shù)不超過規(guī)定的限值時，應(yīng)采取高于一般房屋的承載力且加強墻體約束的有效措施。

（2）當現(xiàn)有多層中小學砌體房屋的層數(shù)超過規(guī)定限值時，應(yīng)改變結(jié)構(gòu)體系或減少層數(shù)；也可改變用途，不再作為校舍使用，按丙類設(shè)防使用，并符合丙類設(shè)防的層數(shù)限值。當采用改變結(jié)構(gòu)體系的方案時，可在兩個方向均勻增設(shè)總厚度不小于120mm的鋼筋混凝土雙面夾板墻。

2、房屋抗震承載力不能滿足要求時，可以選擇如下的加固方法：

（1）增加板墻加固：在墻體的一側(cè)或兩側(cè)采用噴射混凝土板墻加固。

（2）增加鋼筋網(wǎng)砂漿面層加固：在墻體的一側(cè)或兩側(cè)采用鋼筋網(wǎng)砂漿面層加固。

（3）增加鋼絞線網(wǎng)-聚合物砂漿面層加固：在墻體的一側(cè)或兩側(cè)采用鋼絞線聚合物砂漿面層加固。

（4）外加柱加固：在墻體交接處采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土構(gòu)造柱加固，柱應(yīng)與圈梁、拉桿連成整體，或與現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓、屋蓋可靠連接。

（5）鋼筋混凝土套加固：局部柱、墻垛、門窗洞邊還可用現(xiàn)澆鋼筋混凝土套加固。

（6）修補或灌漿：對已經(jīng)開裂的墻體，可采用壓力灌漿修補，對砌筑砂漿飽滿度差或砌筑砂漿強度等級偏低的墻體，可用滿墻灌漿加固。修補后墻體的剛度和抗震能力，可按原砌筑砂漿強度等級計算；滿墻灌漿加固后的墻體，可按原砌筑砂漿強度等級提高一級計算。

3、房屋的整體性不滿足要求時，宜選擇下列加固方法：

（1）當墻體布置在平面內(nèi)不閉合時，可增設(shè)墻段或在開口處增設(shè)現(xiàn)澆鋼筋混凝土框形成閉合。

（2）當縱橫墻連接較差時，可采用鋼拉桿、長錨桿、外加柱或外加圈梁等加固。

（3）樓、屋蓋構(gòu)件支承長度不滿足要求時，可增設(shè)托梁或采取增強樓、屋蓋整體性等的措施；對腐蝕變質(zhì)的構(gòu)件應(yīng)更換；對無下弦的人字屋架應(yīng)增設(shè)下弦拉桿。

（4）當構(gòu)造柱設(shè)置不符合鑒定要求時，可增設(shè)外加柱；當墻體采用雙面鋼筋網(wǎng)砂漿面層或鋼筋混凝土板墻加固，且在墻體交接處增設(shè)相互可靠拉結(jié)的配筋加強帶時，可不另設(shè)構(gòu)造柱。

（5）當圈梁設(shè)置不符合鑒定要求時，應(yīng)增設(shè)圈梁；外墻圈梁宜采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土，內(nèi)墻圈梁可用鋼拉桿或在進深梁端加錨桿代替；當采用雙面鋼筋網(wǎng)砂漿面層或鋼筋混凝土板墻加固，且在上下兩端增設(shè)配筋加強帶時，可不另設(shè)圈梁。

（6）當預(yù)制樓、屋蓋不滿足抗震鑒定要求時，可增設(shè)鋼筋混凝土現(xiàn)澆層或增設(shè)托梁加固樓、屋蓋。

4、對房屋中易倒塌的部位，宜選擇下列加固方法：

（1）窗間墻寬度過小或抗震能力不滿足要求時，可增設(shè)鋼筋混凝土窗框或采用鋼筋網(wǎng)砂漿面層、板墻等加固。

（2）支承大梁等的墻段抗震能力不滿足要求時，可增設(shè)組合柱、鋼筋混凝土柱或采用鋼筋網(wǎng)砂漿面層、板墻加固。

（3）支承懸挑構(gòu)件的墻體不符合鑒定要求時，宜在懸挑構(gòu)件端部增設(shè)鋼筋混凝土柱或組合柱加固，并對懸挑構(gòu)件進行復(fù)核。

（4）隔墻無拉結(jié)或拉結(jié)不牢，可采用鑲邊、埋設(shè)鋼夾套、錨筋或鋼拉桿加固；當隔墻過長、過高時，可采用鋼筋網(wǎng)砂漿面層進行加固。

（5）出屋面的樓梯間、電梯間和水箱間不符合鑒定要求時，可采用面層或外加柱加固，其上部應(yīng)與屋蓋構(gòu)件有可靠連接，下部應(yīng)與主體結(jié)構(gòu)的加固措施相連。

（6）出屋面的煙囪、無拉結(jié)女兒墻、門臉等超過規(guī)定的高度時，宜拆除、降低高度或采用型鋼、鋼拉桿加固。

（7）懸挑構(gòu)件的錨固長度不滿足要求時，可加拉桿或采取減少懸挑長度的措施。

5、當具有明顯扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的多層中小學砌體房屋抗震能力不滿足要求時，可在薄弱部位增砌磚墻，或在原墻加面層；也可采取分割平面單元，減少扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的措施。

三、工程實例

1、工程概況

該小學教學樓為四層砌體結(jié)構(gòu)建筑，建于1989年，建筑面積為3015 m2，按8度抗震設(shè)防烈度設(shè)計。樓（屋）蓋采用預(yù)制空心板，基礎(chǔ)采用條形基礎(chǔ)，建筑物長47.6m，寬15.4米，平面呈矩形，教室進深尺寸為6m,開間尺寸為9m，走廊寬度為2.4m。一至四層層高為3.6m，室內(nèi)外高差為0.6m，教學樓設(shè)計總高度為14.68m。內(nèi)、外墻均為370mm厚實心磚墻。施工圖紙與施工資料齊全，首層平面圖（見圖1）?？拐饦?gòu)造措施：各層樓面及屋頂均設(shè)有圈梁，圈梁頂標高位于鋼筋混凝土多孔板下，房屋墻體內(nèi)設(shè)有部分混凝土構(gòu)造柱。

2、抗震措施鑒定

依據(jù)現(xiàn)行《抗震鑒定標準》（G B 5 0 0 2 3-2 0 0 9）及抗震設(shè)計規(guī)范（GB50011-2008）對該結(jié)構(gòu)按照B類建筑進行相應(yīng)的抗震措施鑒定，鑒定結(jié)果如下表：

表1 抗震措施鑒定結(jié)果

3、檢測結(jié)論和建議

（1）該樓設(shè)計于1989年，應(yīng)是按照78版抗震規(guī)范設(shè)計，該樓為教學樓，乙類設(shè)防建筑，按9度核查其抗震措施，按8度設(shè)防要求驗算結(jié)構(gòu)承載力。對其按B類砌體結(jié)構(gòu)房屋（后續(xù)使用年限30年）進行抗震措施鑒定和抗震承載力驗算。

（2）該樓結(jié)構(gòu)布置基本合理，有圈梁和構(gòu)造柱，層高在規(guī)范允許值之內(nèi)，總高超限;

（3）結(jié)構(gòu)無嚴重表現(xiàn)缺陷，結(jié)構(gòu)及構(gòu)件變形在允許值之內(nèi)；

（4）部分房間橫墻間距過大，不滿足規(guī)范和鑒定標準要求；

（5）混凝土圈梁、構(gòu)造柱配筋難以滿足規(guī)范和鑒定標準要求;

（6）部分墻體承載能力不能滿足驗算要求；

（7）現(xiàn)場檢測，該樓材料強度滿足鑒定標準要求。

經(jīng)第一級鑒定：房屋高度超過12m，層數(shù)超過四層；橫墻間距大于7m，樓、屋面為非現(xiàn)澆板，達不到剛性樓、屋面的要求；房屋缺少必要抗震構(gòu)造柱，第一級鑒定不能通過。經(jīng)第二級鑒定，房屋一～四層多個墻肢的抗力與效應(yīng)之比小于0.85，不滿足抗震承載力的要求。

綜合兩級鑒定，該房屋的綜合抗震能力不滿足抗震鑒定要求，房屋結(jié)構(gòu)需要進行整體抗震加固處理。

4、加固設(shè)計

（1）噴射鋼筋混凝土板墻加固

由于教學樓橫墻較少，高度為14.68m，高度不滿足《北京地區(qū)中小學校舍抗震鑒定與加固技術(shù)細則》5.1.5條的規(guī)定，所以采用噴射鋼筋混凝土板墻加固，改變結(jié)構(gòu)體系的抗震減災(zāi)措施。內(nèi)外墻采用噴射70厚雙面鋼筋混凝土板墻，墻體水平筋為Ф8@200，墻體豎向筋為Ф10@200，墻體拐角處增設(shè)Ф14@400錨固鋼筋，伸出墻體500（見圖8及圖2）。

圖2 鋼筋混凝土板墻加固詳圖2

（2）豎向鋼筋采用搭接受力方法，樓層豎向鋼筋終止于樓板底面，上一樓層的豎向鋼筋始于樓板頂面。穿樓板的豎向搭接筋:平行于預(yù)制板方向：沿橫墻每隔1m設(shè)置1Ф22的搭接鋼筋傳力，垂直于預(yù)制板方向：通過預(yù)制板間縫穿過的搭接鋼筋傳力，對900mm及1200mm寬的預(yù)制板搭接鋼筋分別為1Ф22/2Ф20@600/每板，伸出樓板頂面及底面各40d（d為搭接鋼筋直徑）（見圖3及圖4）。現(xiàn)場施工照片（見圖5）

圖3 板墻鋼筋穿樓板詳圖1

圖4 板墻鋼筋穿樓板詳圖2

圖1 首層平面圖

圖5 板墻鋼筋施工現(xiàn)場照片

（3）經(jīng)開挖后檢查發(fā)現(xiàn)首層室內(nèi)地面以下有較多管道溝，管道溝蓋板懸掛在370mm磚墻外伸出來的80mm寬的磚線條上。所以，在有管溝處除增設(shè)加厚的雙面鋼筋混凝土板墻之外，還要增設(shè)還原復(fù)位擱置管道溝蓋板的線條板（見圖4）。拆掉原管道溝蓋板，打掉80mm寬的磚線條，并在370mm磚墻的內(nèi)側(cè)相同標高處用后生根的辦法現(xiàn)澆一鋼筋混凝土的線條讓復(fù)位的管溝蓋板擱置在此處。在此處增設(shè)間距為Ф8@200的L型鋼筋，并在內(nèi)側(cè)噴射混凝土板墻，板墻噴射混凝土完成后，還原恢復(fù)蓋板，此時管溝的蓋板不再懸掛在370mm磚墻外伸出來的80mm的磚線條上，而是懸掛在雙面板墻上的外伸出來的鋼筋混凝土線條窄板之上。

圖6 板墻基礎(chǔ)有暖溝處做法

圖9 門洞口配筋圖

圖10 窗洞口配筋圖

（4）板墻基礎(chǔ)在地面以下做法見圖7所示，門洞口配筋圖見圖9所示，窗洞口配筋圖見圖10所示。

圖7 板墻基礎(chǔ)在地面以下做法

四、結(jié)論

中小學砌體結(jié)構(gòu)校舍量大面廣，以此小學校舍的抗震安全調(diào)查與鑒定結(jié)果分析，中小學多層砌體結(jié)構(gòu)校舍存在房屋的整體性、抗震性能較差等較為普遍的抗震性能缺陷，應(yīng)當及時采用措施對抗震性能不足的中小學校舍予以加固修復(fù)，通過對多層砌體結(jié)構(gòu)校舍進行科學合理的抗震加固，可以有效地提高砌體結(jié)構(gòu)的整體性和抗震能力，有效地延長建筑結(jié)構(gòu)使用壽命，以達到減少地震災(zāi)害破壞的目的。

[1]北京地區(qū)中小學校舍抗震鑒定與加固技術(shù)細則

[2]建筑抗震鑒定標準[S]. GB50023-2009

[3]建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S]. GB50011-2008

[4]建筑工程抗震設(shè)防分類標準[S]. GB50223－2008

[5]建筑抗震加固技術(shù)規(guī)程[S]. JGJ116-2009

After “5·12”Wenchuan earthquake,the relevant departments of the state make the corresponding modification on current seismic code about middle school . And require to perform a comprehensive seismic safety appraisal on school buildings. Through taking the aseismic accrediting and reinforcement on a primary schools in Beijing,and combining the present aseismatic appraisal standards.This paper expounds the basic process of aseismatic appraisal and the concrete method of aseismatic reinforcement.

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.10.059