某中學教學樓結構改造及抗震加固方案分析

尚于勇

(山西鋼鐵建設(集團)有限公司，山西太原 030003)

1 工程概況

某中學教學樓建于1995年，為4層磚混結構，建筑平面呈L形，建筑軸線尺寸長48.5 m，較窄處寬為7.2 m，較寬處寬為17.0 m，總建筑面積為2 275.60 m2，各層層高均為3.6 m，室內(nèi)外高差0.45 m，建筑高度為15.6 m，結構總高度為14.85 m。該樓結構形式部分為外廊式，部分為內(nèi)廊式，橫墻承重，樓屋蓋采用預制板，部分為現(xiàn)澆混凝土板，基礎為鋼筋混凝土筏板基礎，筏板厚度為350 mm，墻下基礎梁截面為500 mm×500 mm，基礎以下干插兩層片石，黑砂灌縫，高度為500 mm。該工程所用工程材料為:±0.00以下磚石砌體均采用50號砂漿砌筑，磚標號為100號;1層、2層磚砌體均采用50號混合砂漿砌筑100號磚;3層、4層磚砌體均采用50號混合砂漿砌筑75號磚;所有磚均為機制磚。鋼筋混凝土構件除注明外均為200號混凝土澆筑。

結構基本信息:建筑結構安全等級為二級，基本風壓0.40 kPa。基本雪壓0.35 kPa。設計使用年限50年?？拐鹪O防信息:設防分類為乙類。清徐地區(qū)抗震設防烈度為8度，設計地震分組為第一組，設計基本地震加速度為0.2g。場地類別為Ⅲ類。

2 結構改造方案及抗震驗算

現(xiàn)業(yè)主單位擬將該教學樓改造為學生宿舍樓，擬在原結構內(nèi)增加磚橫墻，將原有大開間改為小開間，建筑功能由原教室改為宿舍，見圖1，圖2。

圖1 原教學樓平面布置示意圖

圖2 擬改造后學生宿舍樓平面布置示意圖（圖中黑色墻體為新增墻體）

以下根據(jù)原設計圖紙，對改造后結構進行了抗震計算。對增加橫墻后的結構采用結構設計軟件PKPM進行建模計算。上部結構各層建筑材料強度均按原設計取值。結構樓、屋面恒荷載取值依據(jù)建筑做法計算得到;樓、屋面活荷載取值依據(jù)現(xiàn)行GB 50009-2001建筑結構荷載規(guī)范(2006版)取值;地震作用依據(jù)現(xiàn)行結構GB 50011-2010建筑抗震設計規(guī)范取值;結構計算依據(jù)GB 50003-2010砌體結構設計規(guī)范。新增墻體材料取值同原設計。

對增加橫墻后的結構進行計算，結構各層墻體抗震承載力驗算表明1層～3層的內(nèi)外縱向墻體墻肢抗震承載力不滿足承載要求，4層內(nèi)外縱墻體抗震承載力可滿足承載要求。各層橫墻抗震承載力滿足要求。

3 新增墻體改宿舍樓后結構的抗震措施鑒定

依據(jù)原設計圖紙，對教學樓改宿舍樓后的結構進行抗震鑒定?？拐痂b定依據(jù)GB 50223-2008建筑工程抗震設防分類標準及GB 50023-2009建筑抗震鑒定標準的有關條文規(guī)定進行。

由于建筑物在改造后仍屬于學校建筑，則該樓改造為學生宿舍后的建筑抗震設防類別仍應為重點設防類(乙類)。該樓建設年代為1995年，后續(xù)使用年限宜定為40年(B類建筑)。依據(jù)GB 50023-2009建筑抗震鑒定標準第1.0.5條，對后續(xù)使用年限40年的建筑(B類建筑)，應采用GB 50023-2009建筑抗震鑒定標準各章規(guī)定的B類建筑抗震鑒定方法進行鑒定。又由GB 50023-2009建筑抗震鑒定標準第1.0.3條規(guī)定，對作為乙類設防建筑的該結構應按比本地區(qū)設防烈度(8度)提高1度(9度)的要求核查其抗震措施，抗震驗算按不低于本地區(qū)設防烈度的要求采用。

1)層數(shù)、結構高度及層高。改造后宿舍樓為4層磚混結構，結構高度為14.85 m，各層層高均為3.6 m。依據(jù)GB 50023-2009建筑抗震鑒定標準第5.3.1條、5.3.2條規(guī)定，結構層數(shù)限值為4層，結構高度限值為12 m，層高限值為3.6 m，因此，結構層數(shù)(4層)及層高(3.6 m)均可滿足規(guī)范要求，滿足抗震鑒定要求，但結構高度(14.85 m)超過12 m的限值，不滿足鑒定要求。

2)抗震橫墻間距。改造后宿舍樓結構抗震橫墻最大間距為3.0 m＜7.0 m，按9度核查抗震措施，抗震橫墻間距為7 m，因此，滿足GB 50023-2009建筑抗震鑒定標準第5.3.3條第1款的要求，滿足抗震鑒定要求。

4)房屋建筑布置及結構體系。改造后宿舍樓結構縱橫墻的布置均勻對稱，沿平面內(nèi)對齊，沿豎向上下連續(xù)，樓板無錯層，同一軸線窗間墻寬度一致，立面不存在高差，各部分剛度、質(zhì)量基本均勻，但在房屋L形轉角處設置樓梯間，不符合規(guī)范要求。改造后結構不存在獨立磚柱支承情況。本結構基礎為同一類型鋼筋混凝土筏板基礎。因此，房屋建筑布置及結構體系基本滿足GB 50023-2009建筑抗震鑒定標準第5.3.3條第3款～第8款的要求?；緷M足鑒定要求。

5)材料實際強度。根據(jù)原結構設計圖紙，該結構砌筑砂漿強度(M5)、磚強度(MU7.5)、混凝土為200號(C18)均可滿足 GB 50023-2009建筑抗震鑒定標準第5.3.4條關于建筑材料的要求(磚墻體砌筑砂漿強度等級不應低于M2.5，磚不應低于MU7.5，混凝土構件混凝土強度不低于C15)。

6)整體性連接構造、圈梁及構造柱設置情況鑒定。依據(jù)GB 50023-2009建筑抗震鑒定標準第 5.3.5～5.3.7 砌體房屋的整體性連接鑒定要求，對改造后宿舍樓結構整體性連接構造、圈梁及構造柱設置情況進行鑒定。

a.改造后宿舍樓結構墻體在平面內(nèi)閉合，原有縱橫墻交接處咬槎砌筑，新增橫墻與原有縱墻按抗震措施要求加強連接，結構中無煙道、風道、垃圾道等削弱墻體的情況。

b.鋼筋混凝土構造柱的布置情況。該建筑原有結構在外縱墻與橫墻所有交接處，結構外圍四角、樓梯間四角、門廳四角設置有鋼筋混凝土構造柱;混凝土大梁與縱墻交接處大部分均設置鋼筋混凝土構造柱，混凝土大梁梁端缺少構造柱的4個位置分別為?/③軸，?/④軸，?/③軸，?/④軸。鋼筋混凝土構造柱截面及配筋為:240 mm×240 mm，配筋4φ12，φ6@100/200。構造柱根部伸入基礎圈梁內(nèi)，頂部伸入屋頂圈梁?；緷M足鑒定要求。

關于構造柱布置，可以對缺少構造柱的位置，在新增磚橫墻時補充布置，改造后宿舍結構可滿足構造柱布置要求。

c.該建筑原結構在每層層高處設置圈梁，圈梁布置于每道墻體上。滿足布置要求，圈梁配筋也滿足鑒定規(guī)范要求。關于圈梁布置，可以在新增磚橫墻時補充布置，改造后宿舍結構可滿足圈梁布置要求。

7)墻體拉結連接。可以在新增磚橫墻時，將新增橫墻與原縱墻進行可靠拉結。滿足鑒定要求。

8)房屋局部尺寸。經(jīng)現(xiàn)場勘查實測可知，該樓承重外墻盡端至門窗洞口的最小距離為1.0 m，雖設置有鋼筋混凝土構造柱，但仍小于9度抗震措施要求的1.5 m的80%，即1.2 m，故不滿足抗震措施要求，應進行抗震加固。

內(nèi)墻陽角至洞口處的最小距離為0.48 m，雖設置鋼筋混凝土構造柱;但遠小于9度抗震措施要求的2.0 m，故不滿足抗震措施要求，應進行抗震加固。

外縱墻承重窗間墻最小寬度為1.12 m，雖設置有鋼筋混凝土構造柱，但仍小于9度抗震措施要求的1.5 m的80%，即1.2 m，故不滿足抗震措施要求，應進行抗震加固。

9)樓梯間抗震措施。目前樓梯間無法做到頂層樓梯間墻體沿墻高每隔500 mm設置鋼筋拉結網(wǎng)片，按9度要求還應在樓梯休息平臺或樓層半高處設置60 mm厚鋼筋混凝土帶或配筋磚帶等要求，抗震措施無法滿足GB 50023-2009建筑抗震鑒定標準第5.3.11的要求，故不滿足抗震鑒定要求，必須采取抗震加固措施。

4 結構改造及抗震加固方案制定

4.1 結構改造后帶來的抗震問題

根據(jù)前述對增加橫墻進行改造后的結構進行抗震驗算和抗震措施鑒定結果，需要解決的主要抗震安全問題如下:

1)對增加橫墻后的結構，1層～3層的內(nèi)外縱向墻體墻肢抗震承載力不滿足承載要求，需進行抗震加固。

2)改造后的結構層數(shù)滿足要求，但結構高度超過規(guī)范要求，需采取改變結構體系的措施進行抗震加固。

3)房屋局部尺寸不滿足規(guī)范要求，主要是內(nèi)外縱墻門窗洞口尺寸不滿足抗震措施要求，應進行抗震加固。

4)樓梯間抗震措施不滿足要求，應進行抗震加固。

5)結構整體性連接措施局部不滿足抗震要求，應進行加固。

4.2 結構改造及抗震加固

1)在擬增加橫墻的位置增加橫墻，并將所有墻體交接處均補充設置鋼筋混凝土構造柱，新增墻體下部設置基礎梁，基礎梁做法同原設計;同時做好新增橫墻與原有縱墻的連接措施。加固方案見圖3。2)對1層～3層內(nèi)、外縱墻及外橫墻增設70 mm厚鋼筋混凝土板墻，鋼筋混凝土板墻設置專門基礎，同原有鋼筋混凝土筏板基礎連接。加固方案見圖3。3)為提高樓梯間墻體抗震性能，專門對樓梯間四周墻體增設70 mm厚鋼筋混凝土板墻，鋼筋混凝土板墻設置專門基礎，同原有鋼筋混凝土筏板基礎連接。加固方案見圖3。經(jīng)對改造后結構進行計算，結構各層墻體抗震承載力驗算結果可滿足抗震安全要求。

圖3 結構改造及抗震加固平面示意圖

5 結語

通過對該教學樓結構改造及抗震加固方案的分析，為業(yè)主決策提供了科學依據(jù)，并在后續(xù)的改造加固設計及結構加固施工中收到了良好的效果。

［1］GB 50223-2008，建筑工程抗震設防分類標準［S］.

［2］GB 50023-2009，建筑抗震鑒定標準［S］.

［3］GB 50011-2010，建筑抗震設計規(guī)范［S］.

［4］GB 50007-2002，建筑地基基礎設計規(guī)范［S］.

［5］GB 50009-2011，建筑結構荷載規(guī)范［S］.