某砌體教學(xué)樓的抗震加固設(shè)計(jì)

陳 飛

(大連理工大學(xué)土木建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧 大連 116023)

1 工程概況

大連市某高校的教學(xué)樓，始建于1952年，為該校最早的多層建筑物。該建筑由中部4層中廳與其北側(cè)3層階梯教室、東西兩側(cè)的3層教室組成，其中階梯教室下設(shè)局部地下室；中廳兩側(cè)設(shè)置變形縫(伸縮縫)，將建筑物分為各自獨(dú)立的3個結(jié)構(gòu)單體，3層范圍建筑高度12.2 m，4層范圍建筑高度17.0 m(各層層高分別為4.1 m，4.0 m，4.1 m，4.8 m)。3層范圍(兩側(cè)的結(jié)構(gòu)單體)于1983年加建1層，改為4層，至17.0 m，加建后建筑面積為9 909 m2，平面布置見圖1。

東西兩側(cè)結(jié)構(gòu)單體為砌體結(jié)構(gòu)，中間單體為帶內(nèi)框架砌體結(jié)構(gòu)，均采用置于強(qiáng)風(fēng)化板巖的鋼筋混凝土擴(kuò)展基礎(chǔ)。初建范圍樓屋蓋采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁板結(jié)構(gòu)，接建的4層屋蓋采用預(yù)應(yīng)力空心樓板。

抗震設(shè)防烈度為7度(0.10g)，設(shè)計(jì)地震分組為第二組；場地土類別為Ⅰ1類，基本風(fēng)壓值為0.65 kN/m2。

2 結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀

根據(jù)檢測單位的檢測結(jié)果，混凝土的強(qiáng)度等級為C15，實(shí)心紅磚的強(qiáng)度等級為MU10，砂漿的強(qiáng)度退化嚴(yán)重，強(qiáng)度推定值為0.5 MPa～0.6 MPa。經(jīng)現(xiàn)場查勘，承重墻、預(yù)制樓板、現(xiàn)澆梁及現(xiàn)澆樓板未見明顯影響承載能力的裂縫、破損及變形等，縱橫墻砌筑的咬槎良好，地基基礎(chǔ)未見明顯不均勻沉降。但抗震橫墻的最大間距17.6 m，外墻四角、樓梯四角，縱橫墻交接處等重要位置未設(shè)置構(gòu)造柱，綜合抗震能力不滿足抗震鑒定要求，應(yīng)對房屋采取加固措施[1]。

3 加固設(shè)計(jì)

作為該高校最早的多層建筑，其見證了學(xué)校建立與發(fā)展的風(fēng)雨歷程，有其特殊的文化價值。業(yè)主要求加固改造時，建筑物的外飾面要盡量維持原狀，以最大限度的減小對建筑風(fēng)格的影響，保持建筑的歷史原貌，后續(xù)使用年限要達(dá)到30年(即A類建筑)。按檢測報告提供的基本數(shù)據(jù)，結(jié)合實(shí)際情況，建模計(jì)算分析，以確定適宜的加固方案。

3.1 結(jié)構(gòu)體系

考慮建筑已使用60余年，混凝土的收縮變形已完成，可取消伸縮縫。將原單體間伸縮縫灌漿填實(shí)后，兩側(cè)采用增設(shè)面層加固，連為一體。以提高建筑的整體性，增強(qiáng)原中間單體(內(nèi)框架砌體結(jié)構(gòu))的抗震性能。

3.2 計(jì)算原則

荷載輸入時，按后續(xù)使用年限30年，使可變荷載按設(shè)計(jì)使用年限定義的標(biāo)準(zhǔn)值與按一般的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期(50年)定義的標(biāo)準(zhǔn)值有相同的概率分位值，可得出相應(yīng)的活荷載調(diào)整系數(shù)γL=0.955[2]。

抗震驗(yàn)算時，對于加固的結(jié)構(gòu)來說，若按新建結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防措施進(jìn)行設(shè)計(jì)，在后續(xù)的使用年限內(nèi)，加固的結(jié)構(gòu)與原有結(jié)構(gòu)的概率保證程度是不同的。采用地震危險性分析的研究成果，地震作用重現(xiàn)期取為30年，按相應(yīng)的超越概率確定抗震設(shè)防烈度，同時采取對應(yīng)的抗震措施，以保證結(jié)構(gòu)加固后，在其后續(xù)使用年限內(nèi)，其地震作用水準(zhǔn)與抗震性能的可靠性與新建結(jié)構(gòu)有相同的概率水準(zhǔn)。經(jīng)計(jì)算，后續(xù)使用年限為30年時，相應(yīng)的多遇地震下，水平地震影響系數(shù)最大值αmax=0.064，為7度(0.1g)使用年限為50年時的80%[3-5]。

3.3 基礎(chǔ)方案

考慮增設(shè)面層法加固承重墻荷載增大時，基底平均壓力增大20%、至180 kPa左右，仍遠(yuǎn)小于當(dāng)?shù)貜?qiáng)風(fēng)化板巖地基承載力特征值(一般為300 kPa～400 kPa)，基礎(chǔ)的混凝土強(qiáng)度與配筋也可滿足計(jì)算要求，無需加固。

3.4 承重墻加固方案

拆除原房間內(nèi)部的分隔灰條墻，新砌筑承重磚墻并在兩端增設(shè)構(gòu)造柱，以滿足抗震橫墻間距要求。

同時，計(jì)算復(fù)核原有承重墻承載力。由于砂漿強(qiáng)度退化嚴(yán)重，強(qiáng)度推定值僅為0.5 MPa～0.6 MPa，遠(yuǎn)小于原始設(shè)計(jì)時50號混合砂漿強(qiáng)度值，下部樓層僅四角處外墻與階梯教室北側(cè)長縱墻滿足抗壓承載力要求，頂層部分長橫墻滿足抗壓承載力要求；抗震驗(yàn)算時，僅4層個別橫墻能滿足抗震受剪承載力要求。

綜上，承重墻需采取加固措施。為減少對外立面的影響，一般位置承重外墻采用內(nèi)側(cè)單面加固：3層及以下內(nèi)側(cè)噴射80 mm混凝土、4層內(nèi)側(cè)噴射40 mm水泥砂漿，階梯教室支承12 m大梁的外側(cè)獨(dú)立磚柱所在面采用雙面噴射80 mm混凝土加固，并在與北側(cè)外山墻交接位置增設(shè)構(gòu)造柱過渡與加強(qiáng)，在提高獨(dú)立磚柱的抗震能力的同時，緩解結(jié)構(gòu)平面階梯教室外凸引起的平面不規(guī)則帶來的扭轉(zhuǎn)問題，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)抗扭性能。承重內(nèi)墻采用雙面加固：3層及以下內(nèi)側(cè)噴射60 mm混凝土、4層內(nèi)側(cè)噴射40 mm水泥砂漿。并相應(yīng)配筋，3層及以下典型構(gòu)造做法見圖2。

3.5 內(nèi)框架加固方案

經(jīng)計(jì)算，現(xiàn)狀框架柱的底層抗彎、抗剪承載力，部分框架梁的抗震承載力均不滿足計(jì)算要求。同時抗震構(gòu)造措施很差：層層縮尺的框架柱僅四角設(shè)置縱筋(配筋率0.4%)、僅有外圈箍筋(間距300 mm，體積配箍率0.13%)，框架梁采用開口箍筋。需采取加固措施。為實(shí)現(xiàn)內(nèi)框架的二道防線作用，加固設(shè)計(jì)時，對其適當(dāng)加強(qiáng)：雖為A類建筑，但未對抗震調(diào)整系數(shù)γRa進(jìn)行0.85倍的折減；框架柱的地震剪力按B類建筑計(jì)算[6]?？蚣芰翰捎谜迟N鋼板加固、框架柱采用外包角鋼加固。典型構(gòu)造做法見圖3。

3.6 屋蓋加固方案

盡管屋蓋現(xiàn)狀滿足A類建筑的鑒定要求，但考慮每層建筑層高均超出現(xiàn)行抗震規(guī)范規(guī)定較多，且預(yù)制板屋面防水可靠性差、已頻繁維修，在屋面預(yù)制板上增設(shè)混凝土疊合層，以提高結(jié)構(gòu)整體性，同時解決屋面防水問題。典型構(gòu)造做法見圖4。

屋面磚砌女兒墻根部受凍脹影響嚴(yán)重，已出現(xiàn)橫向貫通裂縫，拆除重砌，并增設(shè)構(gòu)造柱。

4 結(jié)語

1)在老舊建筑的加固改造中，需要現(xiàn)場踏勘，以了解結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀，確定重點(diǎn)加固內(nèi)容。

2)鑒于老舊建筑的混凝土收縮變形已基本完成，在具體的加固設(shè)計(jì)中，為提高抗震性能，可取消伸縮縫。

3)加固設(shè)計(jì)計(jì)算時，應(yīng)根據(jù)后續(xù)使用年限，在其后續(xù)使用年限內(nèi)的結(jié)構(gòu)可靠度與新建結(jié)構(gòu)有相同的保證概率前提下，對使用活荷載及抗震設(shè)計(jì)相關(guān)的地震影響系數(shù)最大值、承載力抗震調(diào)整系數(shù)等進(jìn)行相應(yīng)折減，做到安全、合理、經(jīng)濟(jì)。

4)結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀滿足后續(xù)使用年限鑒定要求的重點(diǎn)構(gòu)件，如內(nèi)框架結(jié)構(gòu)的框架柱、層高超高結(jié)構(gòu)的預(yù)制樓屋蓋等，建議按提高后續(xù)使用年限與現(xiàn)行規(guī)范要求復(fù)核與加強(qiáng)。