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)。
參考文獻:
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