結合實例論述建筑結構抗震加固設計

趙暉

(鄭州大學綜合設計研究院有限公司，河南 鄭州 450000)

現(xiàn)階段，國內(nèi)學校類人員密集場所的房屋建筑抗震設防水平偏低，造成大量傷亡，引起了社會各界對學校建筑等抗震設計的廣泛關注。汶川地震中建筑物的破壞情況，體現(xiàn)出了明顯的時代特征。70年代以前的建筑基本全部倒塌；80年代建筑受到嚴重破壞；90年代建筑呈現(xiàn)局部破壞；本世紀初的建筑只是輕度損壞。其原因是不同時期的建筑執(zhí)行不同的標準，體現(xiàn)了從70年代建筑無抗震設防到建筑抗震設防標準逐步提高的過程。鑒于此，我國對學校建筑的安全性重新提到更高的高度。2010年開始對學校的既有建筑物展開大規(guī)模的校舍抗震安全普查工作，并展開抗震加固設計工作。本文通過對某學校建筑加固設計項目所總結的一些體驗，希望對從事此類加固設計行業(yè)的技術人員有所借鑒。

1 工程概況

本次抗震加固設計的學校建筑(教學辦公樓、辦公室、食堂等)均建于1978年左右，因設計年代久遠，絕大部分為磚混結構。其中教學辦公樓分為Ⅰ、Ⅱ區(qū)，Ⅰ區(qū)為教學樓，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，均為磚混結構。依據(jù)地震后新頒布的《建筑工程抗震設防分類標準》中規(guī)定，小學、中學的教學用房以及宿舍和食堂，抗震設防類別應不低于重點設防類，即不低于乙類。依據(jù)清華大學房屋安全鑒定室提供的檢測鑒定報告，顯示教學辦公樓存在如下問題：

1.1 建筑高度超限

按照《建筑抗震設計規(guī)范》及《北京地區(qū)中小學校舍抗震鑒定與加固技術細則》中規(guī)定，對于一般教學用房，磚混結構高度限值為15m，對于橫墻較少的教學樓建筑，高度限值應減少3m，對于橫墻很少的教學樓則應再減少一層，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

建筑均采用預制樓板，整體剛度差?！督ㄖ拐鹪O計規(guī)范》中規(guī)定磚混結構橫墻間距限值為7m。而本樓中Ⅰ區(qū)教學樓橫墻間距一般為9m，最大開間為10.38m,均超過了規(guī)范要求。

1.3 抗震構造

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

局部樓板與墻體連接不滿足規(guī)范的構造要求。

1.4 建筑材料不滿足抗震鑒定標準

砌筑砂漿、砌體材料等強度偏低，導致抗震節(jié)點構造差。經(jīng)采用中國建筑科學研究院編制的 PKPM 砌體結構鑒定加固軟件分析，1～2層大部分墻體及3～4層個別墻體的抗震承載力與荷載效應之比＜1.0；1、2層大部分墻體的正截面受壓承載力＜1.0。

2 結構抗震加固設計思路

2.1 抗震加固計算

依據(jù)2009年9月發(fā)布的《中小學校舍抗震鑒定與加固技術細則》(以下簡稱細則)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)有中小學校舍，其后續(xù)使用年限不應少于30年；在80年代（按TJ11-78設計）建造的現(xiàn)有中小學校舍，可采用40年或更長，且不得少于30年。確定本工程后續(xù)使用年限為30年，在進行鑒定加固計算時其加固標準為A類。按《建筑抗震加固技術規(guī)程》中第5.1.4條，應按下式計算墻體的綜合抗震能力指數(shù)：

βs﹦η﹒ψ1﹒ψ2﹒β0 (1）

式中：βs——加固后樓層或墻段的綜合抗震能力指數(shù)；

η——加固增強系數(shù)，與加固方法有關；

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《細則》中第5.3條選取。建立計算模型并將鑒定報告給出的砌筑砂漿、砌體材料輸入后，計算得出本樓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。外固法一般結合磚混結構的層數(shù)及抗震鑒定的結果，需要在建筑外側增加不同數(shù)量的構造柱、圈梁以及保證構造柱、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，對用戶影響較小，但對建筑立面造型影響較大。內(nèi)加固法基本原理同外固法，也需要增設構造柱、圈梁及拉桿，必要時，如原有抗震墻體問距過大，需加設抗震墻體，內(nèi)加固法不會改變建筑立面造型，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鋼筋網(wǎng)，用錨筋、插入短筋、拉結筋等方法把鋼筋網(wǎng)四周與樓板或大梁、柱或墻體連接。

本教學樓存在1、2層大部分墻體及3、4層個別墻體的抗震承載力不足；1、2層大部分墻體的正截面受壓承載力不足，橫墻與內(nèi)縱墻交接處無構造柱等問題。2010年，某市的中小學校舍都進行了抗震加固，所有中小學校還為此提前兩個月放暑假，所有校舍要趕在暑假結束前結束加固施工。綜合上述因素，決定采用如下方法加固學校建筑物的原有墻體：1)對1、2層承載力不足的墻體采用雙面夾板墻加固法，即在原有墻體兩側各增加60mm厚的鋼筋混凝土板墻，混凝土強度等級為C20，板墻豎向鋼筋采用Φ10@200，水平鋼筋為Φ6@200,板墻采用呈梅花狀布置的錨筋、穿墻筋與原有砌體墻連接，板墻上下應與樓、屋蓋可靠連接。鋼筋混凝土板墻需另設基礎梁放置于墻體基礎之上。經(jīng)驗算，采用上述方法加固的墻體的抗震承載力、受壓承載力均＞1.0。另一方面由于采用混凝土板墻加固墻體結構，使原來的純磚砌體變?yōu)榻M合砌體結構，可以間接地解決建筑超高問題。對3、4層抗震承載力不足的墻體，采用單面60mm厚的板墻加固均滿足計算要求。依據(jù)《細則》中第5.4.4條第4款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相互可靠拉結的配筋加強帶時，可不另設構造柱。所以在每層橫墻與內(nèi)縱墻交接處設置的60mm厚的鋼筋混凝土板墻可解決此處原墻體無構造柱的抗震構造要求。鋼筋混凝土板墻施工方法主要采用噴射混凝土法施工，這樣可保證施工進度和質(zhì)量。2)對空心樓板與墻體連接不足的問題，考慮到增設鋼筋混凝土板墻處樓板的擱置長度可增加60mm，均可滿足規(guī)范要求≧100mm的要求；在3、4層未設板墻的墻體處，采取了在樓板與墻體交接處增設角鋼以加強其連接。在Ⅱ區(qū)每層有兩根混凝土簡支梁，承載樓板及其上120mm厚墻體重量，考慮到年代有些長，雖然配筋基本滿足承載力要求，所以決定采用貼碳纖維布法對其加固。這種加固技術在目前都是比較常用、成熟的，同時也是被實踐證明是行之有效的方法。

本工程的抗震加固，從設計方案的優(yōu)化，到施工方法的正確選擇，再加上合理的施工安排，在學校要求的施工工期內(nèi)完成，加固效果良好，滿足了房屋的抗震設防要求，在經(jīng)濟性上也滿足了校方的要求。施工時間為暑假期間，對學校的開學使用無任何影響，受到了學校和上級主管部門的一致好評。

3 結 語

鑒于我國90年代以前的中小學校舍大部分均采用砌體結構，建筑布局基本相似，基本上均存在本教學樓中的問題。地震時所造成的嚴重后果，使國家對中小學校舍的安全性更加重視。目前全國已經(jīng)廣泛的進行了校舍抗震安全普查工作，以后從事加固設計工作的技術人員會接觸到很多此類工程。上述加固方法已經(jīng)應用于實際加固工程當中，本工程施工作業(yè)方便，技術先進，進度迅速，經(jīng)濟效果突出，加固效果良好，在各方面都取得了良好的效益。