南橋小學教學樓結構加固設計的概念與分析

袁軍

【摘要】簡述南橋小學教學樓的結構現(xiàn)狀，并根據(jù)現(xiàn)行的抗震設計要求提出該項目加固設計的概念。在對該項目進行計算后，對項目進行施工圖設計分析，最終實現(xiàn)對該項目的加固設計工作。

【關鍵詞】鋼筋砂漿面層加固;混凝土板墻加固;增加外構造柱;柱增大截面加固

1、項目概況

汶川地震后，校舍的結構安全問題凸顯出來。2009年開始上海市應《國務院辦公廳關于印發(fā)全國中小學校舍安全工程實施方案的通知》文件要求，全市展開了對不符合重點設防7度抗震烈度要求的中小學校舍進行加固的工作。南橋小學教學樓于2017年補充開展此項工作。

南橋小學教學樓分為三個單體，北樓、南樓、輔助樓，均為4層磚混結構。三個單體樓分別于上世紀80年代～90年代建造，單體間設伸縮縫脫開。本結構加固設計安全等級：一級;抗震設防烈度：7度（0.10g）;設計地震分組為第二組;建筑抗震設防類別：乙類;B類建筑，加固后的設計使用年限：40年。本工程承重墻為240厚粘土磚，橫墻間距為7.8米，樓面采用預制空心樓板，圈梁的布置基本完整，設計保留單體間的伸縮縫。

2、主要問題及相應采取的加固措施

按上海市房地產(chǎn)科學研究院提供的《奉賢南橋小學北教學樓、南教學樓、輔助用房抗震鑒定》（2018-K003）結構主要情況及主要存在問題如下。

（1）乙類設防房屋總高度與總寬度（單面走廊房屋的總寬度不包括走廊寬度）的最大比值為2.3，大于2.0。（2）構造柱與墻體連接處砌成馬牙槎，但無拉結筋。（3）部分墻體抗震承載力不足，部分墻體抗壓承載力不足。（4）北樓承重墻體的砌筑砂漿實際達到的強度等級低于M2.5，砌筑砂漿強度推定值一層至四層均為1.2MPa。（5）教學樓橫墻較少、跨度較大的房間，宜為現(xiàn)澆或裝配整體式樓屋蓋，現(xiàn)狀為預制空心樓板。（6）乙類設計的教學樓橫墻較少，外墻四角、內(nèi)外墻交接處、樓梯間四角未設置構造柱或構造柱設置不足。（7）南樓的北側端頭處，結構布置在平面內(nèi)不閉合，僅靠樓板拉結。（8）承重窗間墻最小寬度1.2m、承重外墻盡端至門窗洞邊的最小距離為1.5m等局部砌體墻段尺寸略小。

采取加固措施如下：（1）整體上建筑采用加大墻體截面法加固，北樓采用單面、雙面混凝土板墻加固方法;南樓、輔助樓采用單面、雙面鋼筋砂漿面層加固。鋼筋砂漿面層加固或者混凝土板墻加固，可較大程度的提高砌體的抗剪、抗壓能力。新增砂漿面層或混凝土墻板的內(nèi)部鋼筋使得構造柱、圈梁、墻體與新增混凝土形成有效拉結、形成整體，結合原有磚墻形成抗震墻，以達到加強墻體抗震承載力、加強砂漿強度、增大墻體厚度的效果。（2）預制空心樓板的加固上，采用墻頂增加角鋼方式，以增加預制空心樓板搭接寬度，增強整體性。（3）外墻四周、樓梯四角內(nèi)外墻縱橫墻交界處設構造柱，外墻采用捆綁方式增加鋼筋混凝土構造柱，內(nèi)墻采用捆綁方式增加鋼箍磚核心構造柱，以改善其承載力、增強建筑整體性。（4）南樓的北側端頭處樓面下增設梁，與兩側原有柱子拉結，以形成結構圍合。（5）在滿足建筑規(guī)范及使用的前提下，門窗適當縮小，以增設混凝土收口，局部增設構造柱，以補強門窗洞口削弱的影響。

除了上述處理方式，結構設計時還采取了下列方法作為加強措施：（1）南樓最北側外伸段端頭的兩個承重柱采用截面加大法增大柱加強，以更好的控制建筑在地震作用下產(chǎn)生的扭轉效應。（2）通道、開洞四周、窗間墻寬度過小或抗震能力不滿足要求的部位，周邊增設構造柱，采用雙面鋼筋砂漿面層或者雙面混凝土板墻加固。（3）建筑四角增設構造柱外，建筑四角周邊原有墻體即便計算滿足，設計也人為的布置了鋼筋砂漿面層或者混凝土板墻，以加強其角部剛度、改善平面抵抗地震的影響。

3、電子計算與手算復核

計算上主要采用PKPM鑒定加固模塊按時建模，經(jīng)計算加固后的高厚比、抗震（抗力與效應之比）、受壓承載力計算、局部受壓計算等計算均符合設計要求。考慮實際的加固工程有一定的復雜度，電子計算程序可能存在計算偏差，故此進行手算抗震承載力以復核。計算思路及過程如下，依據(jù)抗震鑒定報告，本工程為B類建筑，一二級鑒定都應滿足，由于高寬比等不滿足規(guī)范要求，應按《建筑抗震鑒定標準》（GB50023-2009）公式5.2.14計算墻體綜合抗震能力指數(shù)

βi-為樓層墻體平均抗震能力指數(shù)，此處 應為加固后樓層平均抗震能力指標進行計算，故此應乘以加固增強系數(shù)η。即公式為

其中φ1φ2-分別為體系影響系數(shù)和局部影響系數(shù)。φ1φ2按 《建筑抗震加固技術規(guī)程》（JGJ116-2009）中表5.2.11-1及5.2.11-2取值， 按《建筑抗震加固技術規(guī)程》（JGJ116-2009）中公式5.3.2-2及公式5.3.2-1計算， η0查表5.3.2.1，插入法求值，tw0原墻厚為240。按《建筑抗震鑒定標準》（GB50023-2009）公式5.2.13，

Ai-樓層抗震墻在層高1/2處凈截面積的總面積，Abi-樓層建筑平面面積，ζoi-抗震墻的基準面積率，λ-地震7度烈度及設計基本地震加速度0.1g參數(shù)為1。取最弱處計算，βci大于1，滿足要求，不必計算局部墻體綜合抗震能力指數(shù)。因此，加固后墻體抗震承載力計算滿足。

4、加固設計與施工措施

4.1承重墻增大截面加固法

采用鋼筋砂漿面層加固及混凝土板墻加固是砌體結構磚墻較為傳統(tǒng)的加固方法，也是目前最為通常的技術。鋼筋砂漿面層加固及混凝土板墻加固方法：鑿除磚墻粉刷面層，鑿除墻頂斜磚，墻體如有裂縫進行修補，敷設鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)與墻及構造柱用拉結筋拉結，與原有構造柱拉結措施采用化學植筋，墻頂空隙采用微膨脹細石混凝土灌實，墻面抹高標號（鋼筋砂漿面層加固）砂漿或者澆筑混凝土（混凝土板墻加固）。

設計上值需注意，鋼筋宜采用HRB335或HRBF335級鋼筋，鋼筋網(wǎng)的橫向鋼筋遇有門窗時，單面加固宜將鋼筋彎入洞口側邊錨固，雙面加固宜將兩側橫向鋼筋在洞口閉合。雙面的鋼筋網(wǎng)應采用Ф6的S型穿墻筋固定，間距宜為900mm，單面加面層的鋼筋網(wǎng)應采用Ф6的L型錨墻筋固定，間距宜為600mm，錨固長度宜不小于180mm。鋼筋遇樓板時應進行穿洞，為了減少穿洞對樓板的影響，建議每隔800mm設穿樓板洞，豎向鋼筋面積應不小于設計的每延米的豎向鋼筋面積。

混凝土板墻加固混凝土面層厚度不應小于60mm，當采用噴射混凝土施工時，不應小于50mm，豎向受力鋼筋直徑不應小于12mm。板墻加固應自基礎起，混凝土錨入原有基礎。

鋼筋砂漿面層加固的厚度室內(nèi)應為35～45mm，室外或潮濕環(huán)境鋼筋砂漿面層應45～50mm。鋼筋網(wǎng)外保護層厚度不應小于10mm，鋼筋網(wǎng)片與墻面的空隙不應小于5mm，鋼筋網(wǎng)的鋼筋直徑宜為4mm或6mm，實心墻宜為300x300。底層的面層，在室外地面下宜加厚并伸入地面下500mm。

4.2增加外構造柱做法

外墻四角、樓梯間四周及墻體交匯處如無構造柱按計算及相關構造增設構造柱，構造柱布置應上下層對齊，平面上也宜左右對稱。設構造柱可提升房屋的整體抗震性，并解決局部承重墻承壓不足的問題。

構造柱應埋置至基礎，并于原有條基上增設混凝土錨固柱墩，以使構造柱與原有基礎有良好的拉結。構造柱直徑應不小于12，與樓層圈梁有可靠連接，形成整體，上述措施這樣可以使構造柱與圈梁共同作用，將砌體分塊包圍又共同作用，同時采用剛4Ф12拉桿于樓層1/3及2/3層高處與垂直方向的內(nèi)墻進行拉結，使內(nèi)墻與構造柱形成一個整體，上述措施能良好的控制砌體的裂縫產(chǎn)生，保證建筑的整體性完整及與原有結構的共同作用效應。

4.3預制空心樓板增設角鋼加固

預制空心樓板下采用化學錨栓錨固與墻頂圈梁固定角鋼，角鋼固定后縫隙灌注環(huán)氧樹脂膠粘結角鋼，以增加其擱置長度，避免其地震中預制樓板突然脫落、瞬時倒塌的可能性。采取角鋼加固是目前廣泛應用的樓板加固方式，相對其他方法也很大程度上減少了施工的復雜程度。

4.4柱增大截面加固法

南樓最北側外伸段端頭的兩個承重柱經(jīng)計算，其縱筋已不滿足設計強度要求，其箍筋設置不滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求，截面加大法能較好的解決柱子的縱筋和箍筋不足的問題。增大截面也有利于其抵抗地震力。

小結：

加固工程有多種方式方法，設計人員應結合實際進行恰當?shù)募庸谭椒ㄟx擇，尤其校安工程加固的設計其特殊性：它牽涉廣大師生們的安全，是社會的焦點;校安工程加固的作業(yè)時間不宜拉長，盡量控制施工周期，以讓學校盡早回遷，開展正常的教學秩序。所以在設計應進行合理的計算和分析，選用安全上可靠，技術上成熟，時間上可控的方案進行加固作業(yè)。

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