提高設(shè)備管線免拆率的既有建筑結(jié)構(gòu)加固技術(shù)

□文/張 陽(yáng) 張淑朝

近年來(lái)，既有建筑加固改造工程越來(lái)越多，在既有建筑結(jié)構(gòu)加固施工過程中，為準(zhǔn)確實(shí)施承重構(gòu)件加固，往往須對(duì)原有建筑相應(yīng)位置的設(shè)備管線進(jìn)行一定數(shù)量的拆除；無(wú)論是設(shè)備管線的拆除亦或是后續(xù)恢復(fù)施工，均會(huì)產(chǎn)生機(jī)械設(shè)備、人力、物力等方面的消耗，施工工期也會(huì)相應(yīng)延長(zhǎng)，都難以滿足節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材和環(huán)境保護(hù)的綠色施工要求[1]。本文以天津市某校舍加固工程為例，在滿足相關(guān)規(guī)范要求的基礎(chǔ)上，通過合理優(yōu)化調(diào)整加固設(shè)計(jì)方案，提高了設(shè)備管線的免拆率，實(shí)現(xiàn)了既有建筑結(jié)構(gòu)加固綠色施工。

1 工程概況

某校舍加固改造工程共涉及19棟既有單體建筑，總建筑面積51 933 m2，擬加固建筑均為B、C 類[2]。以往校舍加固建筑多為A 類建筑，但近兩年校舍加固建筑逐漸轉(zhuǎn)向B、C 類建筑，A、B、C 類建筑的后續(xù)使用年限不同，構(gòu)造措施設(shè)置及復(fù)核驗(yàn)算執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)亦不同，本工程均依據(jù)建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)內(nèi)容實(shí)施抗震加固[2]。此次加固工程呈現(xiàn)出建設(shè)年代更近，教學(xué)設(shè)備配套更加齊全，重要設(shè)備管線更多，加固實(shí)施中限制條件更多等新特點(diǎn)、新趨勢(shì)。為縮短工期、節(jié)約工程造價(jià)，實(shí)現(xiàn)綠色施工，在結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)合理提高既有校舍建筑設(shè)備、管線的免拆率。

2 詳勘及建模

2.1 詳勘現(xiàn)場(chǎng)

在詳讀各單體建筑鑒定報(bào)告的基礎(chǔ)上，結(jié)合此次提高既有校舍結(jié)構(gòu)加固中設(shè)備管線免拆率的任務(wù)要求，進(jìn)行詳細(xì)的現(xiàn)場(chǎng)查勘，統(tǒng)計(jì)收集整理相關(guān)承重構(gòu)件結(jié)構(gòu)加固信息，對(duì)查找出的問題點(diǎn)進(jìn)行分析匯總，見表1。

表1 現(xiàn)場(chǎng)查勘匯總

2.2 建筑物現(xiàn)狀問題

本次擬加固建筑均為乙類建筑，工程所在地位于8 度（0.20g）分區(qū)，依據(jù)規(guī)范相關(guān)內(nèi)容確定抗震設(shè)防烈度、抗震驗(yàn)算參數(shù)及抗震構(gòu)造措施執(zhí)行的相關(guān)要求[3～4]。

根據(jù)加固實(shí)施前現(xiàn)場(chǎng)查勘、鑒定報(bào)告及初步驗(yàn)算情況，結(jié)合表1，此次工程19 棟既有單體建筑的加固應(yīng)解決如下問題：砂漿強(qiáng)度、砌體強(qiáng)度等級(jí)普遍偏低，不滿足抗震計(jì)算要求；結(jié)構(gòu)抗震構(gòu)造措施不滿足相關(guān)規(guī)范要求；墻體構(gòu)件裂縫，鋼筋混凝土構(gòu)件保護(hù)層開裂、脫落、露筋問題；梁、板、柱等重要構(gòu)件混凝土強(qiáng)度偏低，不滿足抗震復(fù)核驗(yàn)算要求；鋼筋配置，如框架柱構(gòu)件箍筋間距、鋼筋直徑，不滿足相關(guān)規(guī)范要求；樓梯間、走廊等重要疏散區(qū)域不滿足現(xiàn)行荷載規(guī)范要求。

由于單體建筑較多，計(jì)算不能逐一展開論述，列舉其中一個(gè)典型案例進(jìn)行結(jié)構(gòu)復(fù)核驗(yàn)算及免拆加固方案制定過程詳述。

3 免拆加固實(shí)施

3.1 典型建筑

該建筑建于1999 年，為主體四層（局部五層）磚混結(jié)構(gòu)教學(xué)樓。建筑平面呈近似矩形，長(zhǎng)度為69.28 m，寬度為17.28 m，建筑面積為4 307 m2。采用墻下鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)，局部為滿堂筏板基礎(chǔ)；樓（屋）蓋采用預(yù)制混凝土梁、板結(jié)構(gòu)，局部樓板采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土板結(jié)構(gòu)；屋面為SBS卷材防水不上人平頂。

設(shè)計(jì)后續(xù)使用年限為40 a，建筑結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)為二級(jí)，抗震設(shè)防類別為乙類；地震分組為第二組；按抗震設(shè)防烈度7 度（0.15g）抗震驗(yàn)算，按8 度（0.20g）采取抗震措施。

墻體砌筑用磚均為MU10，墻體砌筑砂漿強(qiáng)度一層為M7.5，二層為M5，三層為M7.5，四層為M5；局部五層為M2.5；鋼筋混凝土構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度均為C20。根據(jù)原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工圖及現(xiàn)場(chǎng)查勘實(shí)測(cè)結(jié)果建立PKPM結(jié)構(gòu)計(jì)算模型。見圖1。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)詳勘實(shí)測(cè)及加固方案布置

3.2 原擬定加固方案

依據(jù)現(xiàn)行抗震設(shè)計(jì)規(guī)范和抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定輸入計(jì)算參數(shù)，對(duì)不滿足復(fù)核驗(yàn)算要求的墻體構(gòu)件進(jìn)行鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層加固。此方案能夠有效提高墻體構(gòu)件的抗震承載力，但由于該建筑內(nèi)大開間教室較多，教室內(nèi)橫墻于講臺(tái)一側(cè)普遍設(shè)置多媒體設(shè)備及黑板等教學(xué)設(shè)施和管路，教室內(nèi)縱墻于樓道一側(cè)亦設(shè)置設(shè)備和管路；實(shí)施單面鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層加固不能保證墻體抗震承載力驗(yàn)算通過，因此實(shí)施雙面鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層進(jìn)行墻體加固。對(duì)雙面鋼筋網(wǎng)加固方案進(jìn)行抗震承載力復(fù)合驗(yàn)算，見圖2。

圖2 原加固方案驗(yàn)算結(jié)果

其首層內(nèi)縱墻、內(nèi)橫墻抗震能力指數(shù)分別為1.61、1.93，綜合抗震能力指數(shù)為2.34，可以滿足結(jié)構(gòu)抗震要求，但是須拆除諸多教室教學(xué)設(shè)施，相關(guān)的管線和設(shè)施亦會(huì)拆除，加固完成后的恢復(fù)造價(jià)成本較高，工期也會(huì)延長(zhǎng)。

3.3 確定合理免拆加固方案

調(diào)整后的免拆加固實(shí)施方案須保證諸多教室內(nèi)橫墻于講臺(tái)一側(cè)的多媒體設(shè)備、黑板等教學(xué)設(shè)施和管路免于拆除，內(nèi)縱墻于樓道一側(cè)設(shè)備和管路免于拆除。

經(jīng)詳細(xì)分析和反復(fù)驗(yàn)算，方案調(diào)整為黑板背對(duì)一側(cè)內(nèi)橫墻、內(nèi)縱墻于教室內(nèi)一側(cè)進(jìn)行單面鋼筋混凝土板墻加固。該方案并不是簡(jiǎn)單將雙面鋼筋網(wǎng)改為單面板墻，而是需要對(duì)板墻厚度及強(qiáng)度、鋼筋配置和細(xì)部節(jié)點(diǎn)進(jìn)行合理調(diào)整設(shè)置。見圖3。

圖3 加固方案對(duì)比

對(duì)調(diào)整后的單面板墻加固方案進(jìn)行抗震承載力復(fù)合驗(yàn)算，見圖4。

圖4 調(diào)整后加固方案驗(yàn)算結(jié)果

首層內(nèi)縱墻、內(nèi)橫墻抗震能力指數(shù)分別為1.41、1.69，綜合抗震能力指數(shù)為1.64。該方案墻體構(gòu)件的抗震能力指數(shù)雖較原方案略有下降，但仍能夠滿足抗震加固復(fù)核驗(yàn)算要求，而且可以使多媒體設(shè)備、黑板等教學(xué)設(shè)備和管路免于拆除。

4 免拆加固實(shí)施效果

此次加固工程的19 棟既有建筑主體結(jié)構(gòu)抗震承載能力全部滿足抗震復(fù)核驗(yàn)算要求及構(gòu)造措施提高一度設(shè)防的要求。經(jīng)統(tǒng)計(jì)測(cè)算，此次結(jié)構(gòu)加固過程中重要設(shè)備管線的免拆率到達(dá)92.3%，工期縮短了15 d，有效節(jié)約工程造價(jià)超過590 萬(wàn)元，減少了拆除及恢復(fù)施工造成的不必要的環(huán)境污染及設(shè)備管線、建筑材料浪費(fèi)，一定程度上實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)加固綠色施工。

5 結(jié)論

1）既有建筑結(jié)構(gòu)加固工程，可通過采用合理的加固方法提高原有設(shè)備管線免拆率，從而在一定程度上實(shí)現(xiàn)綠色施工。

2）既有建筑結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)前，應(yīng)結(jié)合擬加固建筑的房屋鑒定報(bào)告詳細(xì)查勘現(xiàn)場(chǎng)，匯總加固實(shí)施相關(guān)信息，重點(diǎn)查勘原有設(shè)備管線的布置情況和具體位置，以確保后續(xù)免拆加固實(shí)施的準(zhǔn)確性。

3）免拆加固方案的選取，應(yīng)以能夠滿足相關(guān)規(guī)范承載力復(fù)核驗(yàn)算要求為前提，通過比選不同方案的驗(yàn)算結(jié)果和免拆效果，確定更為合理的方案?！酢?/p>