某多層砌體結(jié)構(gòu)教學(xué)樓的抗震鑒定及加固設(shè)計(jì)

孟亮河南省建筑科學(xué)研究院有限公司（450000）

某多層砌體結(jié)構(gòu)教學(xué)樓的抗震鑒定及加固設(shè)計(jì)

孟亮
河南省建筑科學(xué)研究院有限公司（450000）

通過實(shí)例，對(duì)某教學(xué)樓進(jìn)行抗震鑒定分析，提出了抗震加固設(shè)計(jì)方案，同時(shí)給出了多層砌體結(jié)構(gòu)抗震加固設(shè)計(jì)建議。

多層砌體結(jié)構(gòu)；抗震鑒定；抗震加固設(shè)計(jì)

我國是地震高發(fā)國家，地震造成的人員傷亡居世界首位。同時(shí)，我國地震區(qū)也分布較廣。2008年5月12日四川省汶川發(fā)生了里氏8.0級(jí)的強(qiáng)烈地震，造成了大量房屋倒塌。特別是校舍建筑的毀壞最為嚴(yán)重。

作為人員較為密集的公共建筑，校舍建筑一般均采用大開間，外挑走廊，為了滿足教室采光，要求填充墻體開大窗洞。以上造成此類結(jié)構(gòu)體系整體性較其他相同結(jié)構(gòu)差。

為了最大限度保護(hù)師生的生命安全，建設(shè)部對(duì)抗震相關(guān)的一系列規(guī)范進(jìn)行了及時(shí)修訂：幼兒園、中小學(xué)的教學(xué)用房、宿舍以及食堂抗震設(shè)防類別不應(yīng)低于重點(diǎn)設(shè)防類，即不低于乙類。同時(shí)對(duì)若干結(jié)構(gòu)抗震的構(gòu)造措施加以修訂，提高了結(jié)構(gòu)抗震能力的要求。

1　房屋結(jié)構(gòu)概況及抗震鑒定分析

本次抗震鑒定及加固設(shè)計(jì)主要依據(jù)是《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50023-2009）以及《建筑抗震加固技術(shù)規(guī)程》（JGJ 116-2009）。

1.1建筑結(jié)構(gòu)概況

本工程位于河南省鄭州市城南路，始建于1991年。建設(shè)單位為鄭州市第四十五中學(xué)，設(shè)計(jì)單位為鄭州市教委建筑設(shè)計(jì)室，施工單位、監(jiān)理單位不詳。

該建筑為磚混結(jié)構(gòu)，共4層，建筑面積約1 800 m2。

材料強(qiáng)度：依據(jù)原設(shè)計(jì)圖紙，墻厚均為240 mm，1層至2層采用75號(hào)磚、50號(hào)水泥混合砂漿砌筑，3層至4層采用75號(hào)磚、25號(hào)混合砂漿砌筑。

活荷載：教室以及辦公室取2.0 kN/m2，衛(wèi)生間取2.0 kN/m2，走廊、樓梯間過道取3.5 kN/m2，非上人屋面取0.5 kN/m2。

恒荷載：預(yù)制樓面取4.5 kN/m2，預(yù)制屋面取5.5 kN/m2。

墻體荷載：原有240 mm厚黏土磚墻體，考慮雙面20 mm厚抹灰的重量，荷載取值為5.4 kN/m2。

1.2抗震鑒定結(jié)果

該房屋建造于1991年4月，根據(jù)《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50023-2009）的相關(guān)規(guī)定，按B類建筑（后續(xù)使用年限為40年）進(jìn)行鑒定；該房屋為教學(xué)實(shí)驗(yàn)樓，屬乙類建筑，按8度核查其抗震措施，按照7度（0.15 g）進(jìn)行抗震性能驗(yàn)算。

以下幾項(xiàng)構(gòu)造不滿足要求：

1）此教學(xué)樓的橫墻間距最大為13.2 m，橫向抗震墻較少，根據(jù) 《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》GB 50023-2009第5.3.1條的規(guī)定該房屋總高限值為15 m，層數(shù)限值為四層。

2）根據(jù)《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》GB 50023-2009規(guī)定，房屋的高寬比不宜大于2.0，該房屋高寬比為2.2。

3）根據(jù)《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》GB 50023-2009第5.3.3條第五款的規(guī)定，房屋盡端和轉(zhuǎn)角處不宜有樓梯間，該房屋盡端和轉(zhuǎn)角處設(shè)有樓梯間。

4）樓（屋）蓋為預(yù)制板，不滿足《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的“宜采用現(xiàn)澆或裝配整體式樓、屋蓋”。

5）絕大多數(shù)應(yīng)該設(shè)置構(gòu)造柱的部位未設(shè)置構(gòu)造柱，所有構(gòu)造柱的拉結(jié)鋼筋以及馬牙槎的設(shè)置不滿足要求。

6）房屋的易倒塌部位，如承重外墻盡端至門窗洞邊的距離、非承重外墻盡端至門窗洞邊的距離、內(nèi)墻陽角至門窗洞邊的距離不滿足《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的最小值。

1.3抗震承載力驗(yàn)算結(jié)果

根據(jù)中國建筑科學(xué)研究院開發(fā)的PKPM系列軟件JDJG模塊以及現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)，對(duì)房屋結(jié)構(gòu)建模計(jì)算分析，驗(yàn)算結(jié)構(gòu)在地震力作用下的承載能力，建模時(shí)，適當(dāng)考慮了原結(jié)構(gòu)中施工缺陷、鋼筋銹蝕等不利因素的影響，結(jié)果如下：

1）地基及基礎(chǔ)：上部結(jié)構(gòu)整體變形不大，無明顯沉降開裂，可評(píng)定地基基礎(chǔ)無明顯靜載缺陷。

2）上部承重構(gòu)件：教學(xué)樓1～4層部分承重墻抗震承載力不足，同時(shí)1～4層部分墻體受壓承載力不足。樓層綜合抗震能力見表1。

表1　樓層縱、橫向墻體綜合抗震能力指數(shù)計(jì)算結(jié)果

2　加固設(shè)計(jì)方案

根據(jù)校舍砌體結(jié)構(gòu)震害分析以及對(duì)本教學(xué)樓的抗震鑒定結(jié)論，提出以下加固設(shè)計(jì)方案。

1）設(shè)置鋼絲網(wǎng)水泥砂漿面層。由于原有部分縱、橫墻抗震承載能力不滿足要求，所以對(duì)不滿足要求的墻體增加鋼絲網(wǎng)水泥砂漿面層。設(shè)置鋼絲網(wǎng)水泥砂漿面層時(shí)，應(yīng)充分考慮建筑外立面，如計(jì)算要求外立面必須設(shè)置面層，宜全高布置。

2）設(shè)置鋼筋混凝土板墻。按《建筑抗震加固技術(shù)規(guī)程》（JGJ 116-2009）5.1.3第一條，對(duì)原結(jié)構(gòu)應(yīng)該采取高于一般房屋的承載力且加強(qiáng)墻體約束的有效措施。本工程所采用的做法是采用雙面鋼筋混凝土板墻作為結(jié)構(gòu)抗震墻以增加結(jié)構(gòu)抗震能力。鋼筋混凝土板墻設(shè)置在房屋外墻四角、大房間內(nèi)外墻交接處、隔開間橫墻與外墻交接處、樓梯間四角等位置。同時(shí)也對(duì)房屋易倒塌部位進(jìn)行了加強(qiáng)。

3）設(shè)置構(gòu)造柱。根據(jù)鑒定結(jié)果，本項(xiàng)目構(gòu)造柱的設(shè)置的數(shù)量以及構(gòu)造均不滿足要求。根據(jù)《建筑抗震加固技術(shù)規(guī)程》5.2.2條，當(dāng)墻體采用鋼筋混凝土板墻加固時(shí)，如在墻體交接處增設(shè)相互可靠拉結(jié)的配筋加強(qiáng)帶時(shí)，可代替構(gòu)造柱的作用。

4）設(shè)置外廊懸挑梁端部增設(shè)鋼筋混凝土柱。本教學(xué)樓結(jié)構(gòu)是外廊式，外走廊下懸挑大梁外挑1.8 m。此類單跨建筑橫向偏心受力，外廊側(cè)傾覆力矩較大，縱向質(zhì)心、剛心偏離，地震時(shí)扭轉(zhuǎn)較為嚴(yán)重。在汶川地震中，不少類似建筑挑梁下部窗間墻受損嚴(yán)重，部分外廊受豎向地震力作用直接掉落，同時(shí)帶動(dòng)和其相連接部位，致使教學(xué)樓逃生通道喪失。

在懸挑梁外側(cè)加設(shè)縱向一排通長的鋼筋混凝土柱，并在縱向柱頂設(shè)置一排拉梁，使結(jié)構(gòu)橫向大梁從單跨變成兩跨，鋼筋混凝土柱增加了結(jié)構(gòu)縱向的剛度，將外廊這一安全通道的可靠性大幅提高，教學(xué)樓結(jié)構(gòu)的高寬比也得以相應(yīng)降低。為了保證新增柱子不會(huì)因?yàn)樽陨沓两祵?dǎo)致對(duì)原有結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響，柱基礎(chǔ)采用縱橫向條形基礎(chǔ)，和原有結(jié)構(gòu)墻下條形基礎(chǔ)連成一體。新增混凝土柱與原有懸挑梁及走廊板應(yīng)可靠連接。

5）設(shè)置混凝土疊合層和圈梁。本教學(xué)樓以及相當(dāng)多的砌體結(jié)構(gòu)校舍，樓（屋）蓋采用預(yù)制板，在施工階段預(yù)制板的優(yōu)勢非常明顯，但抗震能力卻相對(duì)較弱。預(yù)制板和砌體縱、橫墻，大梁連接節(jié)點(diǎn)往往整體性較差，地震時(shí)候常常因?yàn)樵趬w的擱置長度不夠而將預(yù)制板震落。預(yù)制板的剛度無法達(dá)到現(xiàn)澆樓板的剛度，地震時(shí)水平力無法較為均勻地分配到墻體，造成墻體變形。為了增加樓板和墻體的整體性，本項(xiàng)目屋面和部分樓面設(shè)計(jì)采用45 mm厚配筋細(xì)石混凝土整澆層加固，利用整澆層的穿墻鋼筋增加對(duì)內(nèi)、外墻的拉結(jié)，增加了樓（屋）蓋的整體性和平面內(nèi)剛度，樓（屋）面板的豎向承載能力也得到了大幅提高。

在沒有設(shè)置整澆層的樓蓋，在預(yù)制板板底和梁、墻交接位置設(shè)置通長封閉的角鋼支托，角鋼支托通過螺栓和縱橫墻錨固。支托的作用相當(dāng)于圈梁將樓面板和墻體拉結(jié)起來，增加了結(jié)構(gòu)的整體性。同時(shí)支托給預(yù)制板提供了附加的擱置長度，降低了其震落的可能性。

6）對(duì)樓梯間、出屋面小房的加固。出屋面小房等房屋局部突出物，剛度遠(yuǎn)小于下部主結(jié)構(gòu)，在地震的過程中會(huì)產(chǎn)生“鞭梢效應(yīng)”。此部分結(jié)構(gòu)加固經(jīng)常被設(shè)計(jì)人員所忽視，留下安全隱患。本設(shè)計(jì)對(duì)出屋面小房內(nèi)側(cè)四周加設(shè)鋼絲網(wǎng)水泥砂漿面層進(jìn)行整體加固，以提高其抗側(cè)力剛度，防止其脫落傷人。

3　結(jié)論

汶川地震造成了巨大的損失，房屋的震害也給工程設(shè)計(jì)人員敲響了警鐘。正確認(rèn)識(shí)震害發(fā)生的機(jī)理，通過合理的方法評(píng)估鑒定抗震較為不利的多層砌體結(jié)構(gòu)，并采取經(jīng)濟(jì)有效的方法對(duì)抗震不利結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固。