某學(xué)校建筑抗震加固設(shè)計(jì)分析

【摘 要】汶川地震的發(fā)生，使學(xué)校類(lèi)建筑抗震設(shè)防問(wèn)題再次尖銳的擺在眾人面前。對(duì)于使用年代較長(zhǎng)的磚混結(jié)構(gòu)房屋，基本無(wú)抗震設(shè)防措施，在中小學(xué)校舍中此類(lèi)問(wèn)題尤為突出，其在地震中會(huì)造成學(xué)生、教職員工的巨大傷亡，所以應(yīng)予以特別重視。文章對(duì)北京市某中學(xué)教學(xué)辦公樓的抗震加固設(shè)計(jì)項(xiàng)目中遇到的問(wèn)題進(jìn)行了分析與總結(jié)。

【關(guān)鍵詞】抗震加固；墻體綜合抗震能力指數(shù)；板墻加固

在5·12汶川地震中，由于學(xué)校類(lèi)人員密集場(chǎng)所的房屋建筑抗震設(shè)防水平偏低，造成大量傷亡，引起了社會(huì)各界對(duì)學(xué)校建筑等抗震設(shè)計(jì)的廣泛關(guān)注。汶川地震中建筑物的破壞情況，體現(xiàn)出了明顯的時(shí)代特征。70年代以前的建筑基本全部倒塌；80年代建筑受到嚴(yán)重破壞；90年代建筑呈現(xiàn)局部破壞；本世紀(jì)初的建筑只是輕度損壞。其原因是不同時(shí)期的建筑執(zhí)行不同的標(biāo)準(zhǔn)，體現(xiàn)了從70年代建筑無(wú)抗震設(shè)防到建筑抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)逐步提高的過(guò)程。鑒于此，我國(guó)對(duì)學(xué)校建筑的安全性重新提到更高的高度。2010年開(kāi)始對(duì)學(xué)校的既有建筑物展開(kāi)大規(guī)模的校舍抗震安全普查工作，并展開(kāi)抗震加固設(shè)計(jì)工作。本文通過(guò)對(duì)某學(xué)校建筑加固設(shè)計(jì)項(xiàng)目所總結(jié)的一些體驗(yàn)，希望對(duì)從事此類(lèi)加固設(shè)計(jì)行業(yè)的技術(shù)人員有所借鑒。

1、工程概況

本次抗震加固設(shè)計(jì)的學(xué)校建筑（教學(xué)辦公樓、辦公室、食堂等）均建于1978年左右，因設(shè)計(jì)年代久遠(yuǎn)，絕大部分為磚混結(jié)構(gòu)。其中教學(xué)辦公樓分為Ⅰ、Ⅱ區(qū)，Ⅰ區(qū)為教學(xué)樓，Ⅱ區(qū)為辦公樓，總建筑面積為3900m2，建筑1～4層層高3.70m，建筑物總高度為15.10m，均為磚混結(jié)構(gòu)。依據(jù)地震后新頒布的《建筑工程抗震設(shè)防分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定，小學(xué)、中學(xué)的教學(xué)用房以及宿舍和食堂，抗震設(shè)防類(lèi)別應(yīng)不低于重點(diǎn)設(shè)防類(lèi)，即不低于乙類(lèi)。依據(jù)清華大學(xué)房屋安全鑒定室提供的檢測(cè)鑒定報(bào)告【清（檢）2009-01-011】，顯示教學(xué)辦公樓存在如下問(wèn)題：

1.1建筑高度超限。按照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》及《北京地區(qū)中小學(xué)校舍抗震鑒定與加固技術(shù)細(xì)則》中規(guī)定，對(duì)于一般教學(xué)用房，磚混結(jié)構(gòu)高度限值為15m，對(duì)于橫墻較少的教學(xué)樓建筑，高度限值應(yīng)減少3m，對(duì)于橫墻很少的教學(xué)樓則應(yīng)再減少一層，高度降低3m。本樓中，Ⅰ區(qū)屬于橫墻很少，Ⅱ區(qū)屬于橫墻較少，建筑高度均超過(guò)上述規(guī)范限值。

1.2橫墻間距超限，建筑物整體性差。建筑均采用預(yù)制樓板，整體剛度差?！督ㄖ拐鹪O(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定磚混結(jié)構(gòu)橫墻間距限值為7m。而本樓中Ⅰ區(qū)教學(xué)樓橫墻間距一般為9m，最大開(kāi)間為10.38m，均超過(guò)了規(guī)范要求。

1.3抗震構(gòu)造中，建筑物建筑物各層均設(shè)置有圈梁，同時(shí)在外墻四大角、樓梯間角部、大開(kāi)間內(nèi)橫墻與外縱墻交接處均設(shè)置有鋼筋混凝土構(gòu)造柱，建筑物具有一定的抗震構(gòu)造措施，但橫墻與內(nèi)縱墻交接處無(wú)構(gòu)造柱，不滿(mǎn)足規(guī)范的構(gòu)造要求。

局部樓板與墻體連接不滿(mǎn)足規(guī)范的構(gòu)造要求。

1.4建筑材料不滿(mǎn)足抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)。砌筑砂漿、砌體材料等強(qiáng)度偏低，導(dǎo)致抗震節(jié)點(diǎn)構(gòu)造差。經(jīng)采用中國(guó)建筑科學(xué)研究院編制的 PKPM 砌體結(jié)構(gòu)鑒定加固軟件分析，一～二層大部分墻體及三～四層個(gè)別墻體的抗震承載力與荷載效應(yīng)之比<1.0；一層及二層大部分墻體的正截面受壓承載力<1.0。

2、結(jié)構(gòu)抗震加固設(shè)計(jì)思路

2.1抗震加固計(jì)算

依據(jù)2009年9月發(fā)布的《中小學(xué)校舍抗震鑒定與加固技術(shù)細(xì)則》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)細(xì)則）中第1.0.4條第1款，在70年代及以前建造經(jīng)耐久性鑒定可繼續(xù)使用的現(xiàn)有中小學(xué)校舍，其后續(xù)使用年限不應(yīng)少于30年；在80年代（按TJ11-78設(shè)計(jì)）建造的現(xiàn)有中小學(xué)校舍，可采用40年或更長(zhǎng)，且不得少于30年。確定本工程后續(xù)使用年限為30年，在進(jìn)行鑒定加固計(jì)算時(shí)其加固標(biāo)準(zhǔn)為A類(lèi)。按《建筑抗震加固技術(shù)規(guī)程》中第5.1.4條，應(yīng)按下式計(jì)算墻體的綜合抗震能力指數(shù)：

βs﹦η﹒ψ1﹒ψ2﹒β0 （1）：βs---- 加固后樓層或墻段的綜合抗震能力指數(shù)。η --- 加固增強(qiáng)系數(shù)，與加固方法有關(guān)。ψ1---- 體系影響系數(shù)。ψ2---- 局部影響系數(shù)。β0---- 樓層或墻段原有的抗震能力指數(shù)。公式（1）中的參數(shù)ψ1、ψ2按《細(xì)則》中第5.3條選取。建立計(jì)算模型并將鑒定報(bào)告給出的砌筑砂漿、砌體材料輸入后，計(jì)算得出本樓Ⅰ、Ⅱ區(qū)的墻體存在抗震承載力及正截面受壓承載力不滿(mǎn)足要求。

2.2加固方法的選擇

抗震加固施工方法主要有外加固法，內(nèi)加固法，夾板墻加固法。外固法一般結(jié)合磚混結(jié)構(gòu)的層數(shù)及抗震鑒定的結(jié)果，需要在建筑外側(cè)增加不同數(shù)量的構(gòu)造柱、圈梁以及保證構(gòu)造柱、圈梁和抗震墻體協(xié)同工作的拉桿。這種方法一般不占用室內(nèi)建筑面積，對(duì)用戶(hù)影響較小，但對(duì)建筑立面造型影響較大。內(nèi)加固法基本原理同外固法，也需要增設(shè)構(gòu)造柱、圈梁及拉桿，必要時(shí)，如原有抗震墻體問(wèn)距過(guò)大，需加設(shè)抗震墻體，內(nèi)加固法不會(huì)改變建筑立面造型，一般適用于公共建筑。夾板墻加固法為在加固原有抗震墻體的基礎(chǔ)上提高抗震性能，目前最常用的是鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層加固法和混凝土板墻鋼筋網(wǎng)面層加固，即在要加固墻體的單面或雙面加設(shè)鋼筋網(wǎng)，用錨筋、插入短筋、拉結(jié)筋等方法把鋼筋網(wǎng)四周與樓板或大梁、柱或墻體連接。

本教學(xué)樓存在1～2層大部分墻體及3～4層個(gè)別墻體的抗震承載力不足；一層及二層大部分墻體的正截面受壓承載力不足，橫墻與內(nèi)縱墻交接處無(wú)構(gòu)造柱等問(wèn)題。2010年，某市的中小學(xué)校舍都進(jìn)行了抗震加固，所有中小學(xué)校還為此提前兩個(gè)月放暑假，所有校舍要趕在暑假結(jié)束前結(jié)束加固施工。綜合上述因素，決定采用如下方法加固學(xué)校建筑物的原有墻體：