以永州為例淺析中小學(xué)砌體教學(xué)樓加固施工技術(shù)

孫明+賀治宇+李歡

摘要：根據(jù)砌體結(jié)構(gòu)房屋在抗震上存在問題，結(jié)合新版中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖的抗震設(shè)防要求，以湖南省永州市的中小學(xué)砌體教學(xué)樓為研究對象，分析現(xiàn)有砌體結(jié)構(gòu)加固技術(shù)存在的優(yōu)勢和弊端，提出使用價(jià)格低廉，抗震加固效果好，施工簡便易于實(shí)施的托換技術(shù)加固砌體教學(xué)樓，盡可能減少了加固施工對原有建筑使用空間與功能的影響，為類似抗震加固工程提供參考。

Abstract： According to the earthquake-resistant problems of masonry structure， combining the requirements for seismic resistance in new seismic ground motion parameter zonation map of China， taking masonry teaching building in primary and secondary schools at Yongzhou city in Hunan province as an example， analyze the pros and cons of exist strengthening technology， using low cost， earthquake-resistant well， simple and convenient underpinning construct technique to strengthening masonry teaching building， reduce the influence of space and function for old building in strengthening construction， offer a reference of similar earthquake-resistant strengthening construction project.

關(guān)鍵詞：教學(xué)樓；加固；托換技術(shù)

Key words： teaching building；strengthening；underpinning technique

中圖分類號：TU398+.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）34-0104-02

0 引言

在我國，砌體結(jié)構(gòu)因其材料易于就地取材、施工工藝簡單方使、造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn)，在建國后被大量使用在住宅、學(xué)校和辦公用房中。但是砌體結(jié)構(gòu)的傳力路徑單一、容易發(fā)生脆性剪切破壞，與依托鋼筋混凝土承重的框架結(jié)構(gòu)、框架剪力墻等結(jié)構(gòu)形式相比，抗震儲備水平低，承重墻在地震作用下形成貫通裂縫，大幅降低承載能力、整體性、安全性和可修復(fù)性[1]，甚至徹底破壞、倒塌。

1976年的唐山大地震中有90%的砌體結(jié)構(gòu)房屋倒塌[2]；2008年汶川地震中超過70%的砌體結(jié)構(gòu)房屋倒塌，靠近震中的北川、映秀等區(qū)域砌體房屋倒塌率接近90%[3]；2010年玉樹地震導(dǎo)致玉樹縣的所有學(xué)校中70%的校舍發(fā)生倒塌，砌體平房損毀倒塌率超過90%[4]。

有鑒于現(xiàn)行規(guī)范在抗震設(shè)防要求中存在不足之處，2015年5月15日，國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局、國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)發(fā)布2015年第15號中國國家標(biāo)準(zhǔn)公告，發(fā)布強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2015），于2016年6月1日起正式實(shí)施。新的《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》已是我國第五代地震動(dòng)參數(shù)（烈度）區(qū)劃圖，相較于之前四代區(qū)劃圖的最大變化就是取消了不設(shè)防地區(qū)。僅湖南一省行政轄區(qū)內(nèi)，過去不需要考慮抗震設(shè)防的株洲、永州、懷化、衡陽、湘潭5市及瀏陽等48縣區(qū)內(nèi)，所有的建設(shè)工程均需要按地震動(dòng)峰值加速度0.05g，地震基本烈度6度進(jìn)行抗震設(shè)防設(shè)計(jì)和施工。

考慮到地震的不可預(yù)測性和突發(fā)性，加之我國一般建筑設(shè)計(jì)使用壽命為50年，對于新增抗震設(shè)防地區(qū)而言，除了對新建建筑要嚴(yán)格執(zhí)行國家規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工以外，也需要未雨綢繆，防患于未然，對已投入使用但未進(jìn)行抗震設(shè)防設(shè)計(jì)的建筑結(jié)構(gòu)，尤其是相對脆弱的砌體結(jié)構(gòu)房屋進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固處理，才可以在災(zāi)難來臨時(shí)保障國家和人民群眾的生命安全。

現(xiàn)以永州市的中小學(xué)砌體教學(xué)樓為研究對象，分析適用的加固施工技術(shù)，為其它存在類似情況的砌體結(jié)構(gòu)抗震加固工程提供參考。

1 砌體結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀

砌體結(jié)構(gòu)抗震加固主要從整體和局部兩個(gè)方面考慮[5]，一是對設(shè)計(jì)上不滿足構(gòu)造要求的房屋進(jìn)行整體加固以避免地震倒塌；二是對承載能力不滿足規(guī)范要求的構(gòu)件或局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固。

教學(xué)樓內(nèi)房間以教室為主，開間和進(jìn)深跨度大，而且平時(shí)作為學(xué)生上課的場所，只有假期可以進(jìn)行施工，工期緊張。所以有必要根據(jù)新增抗震設(shè)防地區(qū)中教學(xué)樓結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，研究一種施工方便、工期短的加固方法，在減少對原結(jié)構(gòu)承載損傷的同時(shí)，并且綜合考慮造價(jià)、環(huán)境影響和加固效果提高以取得最大的效益。

吳昊等[6]結(jié)合汶川地震中砌體結(jié)構(gòu)教學(xué)樓大量發(fā)生“強(qiáng)梁弱柱”式破壞的震害特點(diǎn)，提出以結(jié)構(gòu)破壞機(jī)制控制為目的的抗震加固設(shè)計(jì)思路，采用常規(guī)的鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層對縱向窗間墻進(jìn)行三面加固并采取錨固措施，通過對破壞位置的控制使結(jié)構(gòu)能夠形成有效的抗倒塌機(jī)制，該加固方案能夠改善結(jié)構(gòu)的抗震性能和實(shí)現(xiàn)對結(jié)構(gòu)宏觀破壞機(jī)制的有效控制。

孫立春等[7]采取外加圈梁-構(gòu)造柱與鋼筋網(wǎng)砂漿面層相結(jié)合的方法加固某砌體辦公樓，以此提高墻體的抗剪承載力和結(jié)構(gòu)的整體延性，通過結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件PKPM證明砌體結(jié)構(gòu)的抗震性能大為改善。

周芬娟等[8]基于將砌體結(jié)構(gòu)的抗震加固與節(jié)能改造相結(jié)合的思路，采用聚合物保溫砂漿與鋼筋網(wǎng)相結(jié)合的方法對砌體磚墻進(jìn)行了加固改造，通過低周反復(fù)加載試驗(yàn)分析其抗震加固效果。并闡述了聚合物保溫砂漿鋼筋網(wǎng)加固方法的施工過程，并與常用的鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層加固效果進(jìn)行了對比分析，結(jié)果表明該方法施工效果良好，加固作用明顯。endprint

Wight等[9]通過對新西蘭的多處加固后的老舊房屋在地震中中的表現(xiàn)進(jìn)行分析并通過試驗(yàn)驗(yàn)證，研究發(fā)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力筋加固后砌體結(jié)構(gòu)的抗震性能要明顯強(qiáng)于普通砌體結(jié)構(gòu)。

王洪濤等[10]針對一地處高烈度區(qū)的磚混結(jié)構(gòu)學(xué)校建筑進(jìn)行了隔震加固技術(shù)的應(yīng)用?？紤]到老建筑結(jié)構(gòu)參數(shù)的不完整，通過實(shí)地測試得到精確的動(dòng)力特性，建立層剪切模型對采用組合基礎(chǔ)隔震技術(shù)的砌體房屋進(jìn)行了罕遇地震響應(yīng)校核，證明砌體結(jié)構(gòu)采用隔震加固技術(shù)提高了上部結(jié)構(gòu)的地震安全性，以經(jīng)濟(jì)、有效的結(jié)構(gòu)變動(dòng)達(dá)到了現(xiàn)行規(guī)范的抗震設(shè)防要求。

2 現(xiàn)狀分析

目前在墻體的一側(cè)或者兩側(cè)采用增加鋼筋網(wǎng)砂漿面層和鋼筋混凝土面層的加固是最常用的加固方法，但是這種施工方式需要騰空房屋，需要現(xiàn)場噴射混凝土或砂漿，對環(huán)境影響大，施工周期長，無法在短時(shí)間內(nèi)完成。

在墻體的一側(cè)或者兩側(cè)貼預(yù)制鋼筋混凝土板，通過特殊的連接措施保證新老結(jié)構(gòu)之間的協(xié)同工作，相對于砂漿面層加固方式，生產(chǎn)效率更高，施工周期短，對周圍環(huán)境影響小，但是會(huì)減小8%-10%的使用面積。

碳纖維布和預(yù)應(yīng)力筋加固技術(shù)其成本較鋼筋混凝土板墻等加固技術(shù)可以大幅度降低，且加固不減少使用面積，對結(jié)構(gòu)影響小，施工對環(huán)境影響較小，減低了噪音和揚(yáng)塵，但是對上部結(jié)構(gòu)干擾較大。所以在建筑物下部或?qū)娱g設(shè)置隔震支座來成為一種新的加固方式。

隔震裝置可以吸收和阻斷地震能量，通過延長結(jié)構(gòu)振動(dòng)周期減少上部結(jié)構(gòu)的層間反應(yīng)。且這種加固方式只在建筑物的下部或局部施工，不影響上部建筑正常使用。然而一般底部隔震技術(shù)都用于高烈度設(shè)防地區(qū)，對于新增抗震設(shè)防地區(qū)而言，其設(shè)防目標(biāo)是最基本的6度設(shè)防，而且其中很多縣市位于經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)區(qū)域，相對技術(shù)力量薄弱，加之需要加固的建筑數(shù)量巨大，對施工技術(shù)要求高且造價(jià)不菲的底部隔震法難以推廣。因此，迫切需要根據(jù)新增抗震設(shè)防地區(qū)已建砌體結(jié)構(gòu)房屋特點(diǎn)，使用價(jià)格低廉，抗震加固效果好，施工簡便易于實(shí)施的加固技術(shù)。

3 托換技術(shù)加固理念

托換技術(shù)是指通過對原有結(jié)構(gòu)的改造改變原結(jié)構(gòu)受力體系，使原結(jié)構(gòu)的傳力途徑發(fā)生變化，降低不可靠結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力，保證改變后的結(jié)構(gòu)整體安全可靠、既有結(jié)構(gòu)構(gòu)件在新體系下的安全可靠的一種改造方法[11]。

通過增加梁柱形成新的承重框架，將原結(jié)構(gòu)所承擔(dān)的荷載由墻體轉(zhuǎn)移到梁和柱子，使教學(xué)樓從砌體結(jié)構(gòu)變?yōu)榭蚣芙Y(jié)構(gòu)，可以避免砌體結(jié)構(gòu)抗震上的不足，從根本上解決教學(xué)樓抗震問題。加固工程與新建工程的最大差別在于要考慮已有結(jié)構(gòu)對施工的影響。教學(xué)樓加固后承重體系由板—墻—基礎(chǔ)改為板—梁—柱—基礎(chǔ)。

4 托換技術(shù)施工要點(diǎn)

新增梁的作用是代替墻體承重，為了提供施工空間，在澆筑梁之前必然要先拆墻，原墻體支撐的樓板就會(huì)存在安全隱患。為了保證結(jié)構(gòu)安全并降低施工難度，降低成本，提高支撐鋼管件的周轉(zhuǎn)率。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采取了鋼板與墻體為主的過渡支撐體系。施工前先在室內(nèi)搭建滿堂支架，然后只拆除圈梁下400mm高的墻體，在墻體與圈梁之間放置強(qiáng)度為Q235B的鋼板支撐，在鋼筋混凝土梁、柱沒達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度之前，結(jié)構(gòu)承重體系為混凝土樓板—鋼板支撐—墻—基礎(chǔ)。待梁柱澆筑養(yǎng)護(hù)完畢后，鋼板支撐留在梁中作為承重結(jié)構(gòu)的一部分，并提高梁的強(qiáng)度。

在拆除墻體施工前，必須設(shè)置卸載支撐腳手架架支撐屋面板及樓板，使用扣件式鋼管支撐體系將結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受的荷載有效地傳遞到基礎(chǔ)，保證其他結(jié)構(gòu)構(gòu)件在拆除作業(yè)時(shí)不受影響?？紤]教學(xué)樓實(shí)際情況，需搭設(shè)滿堂紅扣件式鋼管支撐架。

新增梁、柱需要通過植筋與原結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、圈梁、樓板緊密相連，組成新的承重體系。為防止植筋成孔作業(yè)與原結(jié)構(gòu)已有鋼筋沖突，影響構(gòu)件之間的連接，在植筋作業(yè)前應(yīng)鑿除原構(gòu)件混凝土保護(hù)層，檢測探明現(xiàn)有鋼筋位置。鋼筋植入后需校正方向，保證鋼筋與孔壁間距均勻，膠結(jié)劑固結(jié)前不得碰觸植入鋼筋。植筋結(jié)束后養(yǎng)護(hù)一天，待現(xiàn)場測試抗拔承載力檢驗(yàn)合格后方可進(jìn)行下一步施工。

由于加固工程要保留原有外墻、屋面板、樓板，無法使用泵送商品混凝土進(jìn)行澆筑作業(yè)。同時(shí)在已有樓板、屋面板、墻體使得攪拌混凝土面臨各種阻礙，施工空間狹窄，所以可采用干混自密實(shí)混凝土作為新增混凝土構(gòu)件材料。

5 結(jié)語

通過使用托換技術(shù)加固教學(xué)樓，可以解決施工空間狹窄、工期緊張的問題，盡可能減少加固對原有使用空間的影響，是一種行之有效的砌體結(jié)構(gòu)房屋抗震加固措施，值得在新增抗震設(shè)防地區(qū)類似建筑的加固項(xiàng)目中推廣和深入研究。

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