單跨框架結(jié)構(gòu)教學(xué)樓抗震鑒定及抗震加固設(shè)計
——以云南省昭通市昭陽區(qū)某中學(xué)為例

冉曦陽

四川省建筑設(shè)計研究院有限公司，四川 成都 610000

1 工程概況

某中學(xué)教學(xué)樓位于云南省昭通市昭陽區(qū)，修建于2000年，為單跨框架結(jié)構(gòu)，建筑面積為1661m2。教學(xué)樓共5層，層高3.6m，房屋長37.5m，寬7.8m，2～5層外側(cè)有懸挑長度為2.1m的通長外走廊。教學(xué)樓標準層結(jié)構(gòu)平面布置圖如圖1所示。

圖1 教學(xué)樓標準層結(jié)構(gòu)平面布置圖（單位：mm）

2 現(xiàn)場檢測、調(diào)查

2.1 工程資料查閱

教學(xué)樓混凝土強度等級均為C25；基礎(chǔ)采用獨立基礎(chǔ)，埋深約1.5m；框架柱尺寸分別為400mm×400mm、400mm×500mm及500mm×500mm；橫向框架梁尺寸分別為250mm×650mm和250mm×750mm；縱向框架梁尺寸分別為250mm×400mm和250mm×600mm；樓板厚度均為90mm。

2.2 現(xiàn)狀調(diào)查

教學(xué)樓未見不均勻沉降造成的上部結(jié)構(gòu)承重構(gòu)件開裂現(xiàn)象，未見整體傾斜；框架柱、框架梁、現(xiàn)澆樓板、外走廊挑梁等，均未見開裂、變形。

2.3 現(xiàn)場實體檢測

現(xiàn)場對教學(xué)樓結(jié)構(gòu)平面布置及層高進行復(fù)核，結(jié)果表明，教學(xué)樓結(jié)構(gòu)布置、層高與原設(shè)計一致；對構(gòu)件尺寸進行抽樣檢測，結(jié)果表明，抽檢框架梁、柱及樓板的尺寸均與原設(shè)計一致；對混凝土構(gòu)件強度采用回彈法進行抽樣檢測，結(jié)果表明，抽檢構(gòu)件混凝土抗壓強度等級均大于C25，滿足設(shè)計要求；對構(gòu)件鋼筋配置進行抽樣檢測，結(jié)果表明，抽檢框架梁、柱的主筋根數(shù)、箍筋間距均滿足設(shè)計要求。

3 抗震鑒定

3.1 教學(xué)樓抗震類別及抗震鑒定方法選擇

該工程教學(xué)樓的抗震設(shè)防類別為乙類；教學(xué)樓所在云南省昭通市昭陽區(qū)抗震設(shè)防烈度為7度，加速度為0.10g，設(shè)計地震分組為第三組。教學(xué)樓建成于2000年，該項目后續(xù)使用年限為40年，教學(xué)樓應(yīng)按照B類建筑抗震鑒定方法進行鑒定。

3.2 地基基礎(chǔ)

教學(xué)樓上部結(jié)構(gòu)無明顯傾斜，未見因不均勻沉降造成的上部結(jié)構(gòu)承重構(gòu)件開裂現(xiàn)象，教學(xué)樓地基基礎(chǔ)無明顯靜載缺陷，教學(xué)樓地基基礎(chǔ)符合抗震要求。

3.3 抗震措施鑒定

教學(xué)樓為乙類建筑，抗震等級提高一度確定抗震等級，根據(jù)《建筑抗震鑒定標準》（GB 50023—2009）房屋框架結(jié)構(gòu)抗震等級為二級。按照規(guī)范要求對原結(jié)構(gòu)抗震措施進行核查，經(jīng)核查，教學(xué)樓有多項抗震措施不滿足要求，核查主要內(nèi)容如表1所示。

表1 第一級抗震鑒定主要情況

3.4 抗震承載力及變形指標驗算

按照現(xiàn)行國家抗震設(shè)計規(guī)范規(guī)定的方法進行結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震驗算及變形驗算。該框架結(jié)構(gòu)第一周期為扭轉(zhuǎn)周期，扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯，部分柱軸壓比超過規(guī)范限值，部分梁配筋不足，不滿足規(guī)范要求。

3.5 抗震鑒定結(jié)論

教學(xué)樓多項抗震措施不滿足規(guī)范要求，部分構(gòu)件承載力及配筋不滿足規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯，綜合評定教學(xué)樓抗震性能不滿足規(guī)范要求，需進行抗震加固處理。

4 抗震加固設(shè)計

4.1 加固方案選擇

教學(xué)樓為單跨框架，一般可選擇新增一排框架柱將單跨框架改為多跨，增設(shè)抗震剪力墻或抗震支撐的方案。由于教學(xué)樓還存在部分框架柱軸壓比偏大及柱體積配箍率不足的情況，若采用增設(shè)支撐或新增框架柱進行加固，仍需對不滿足構(gòu)造要求的框架柱進行加固，故綜合考慮此次選用增設(shè)剪力墻的方式進行結(jié)構(gòu)整體抗震加固。增設(shè)剪力墻后，房屋變?yōu)榭蚣?抗震墻結(jié)構(gòu)，框架的抗震等級可降低一級，其抗震措施也可相應(yīng)降低。

4.2 加固設(shè)計

新增抗震墻時間距不應(yīng)大于24m，分布應(yīng)盡量均勻、對稱。新增剪力墻均緊靠原框架柱，厚度為250mm，與原框架梁等寬，墻長應(yīng)盡量保證大于8倍墻厚以免形成短肢剪力墻。

教學(xué)樓為乙類建筑，增加剪力墻后，結(jié)構(gòu)體系由純框架變?yōu)榭蚣芗袅?，此時框架抗震等級可比原設(shè)計降低一級為三級，新增剪力墻抗震等級為二級。結(jié)構(gòu)其余計算參數(shù)均按原設(shè)計取。經(jīng)計算教學(xué)樓增設(shè)剪力墻前后結(jié)構(gòu)的主要整體指標參數(shù)對比如表2所示。

表2 加固前后結(jié)構(gòu)主要整體指標參數(shù)對比

由表2可知，增設(shè)剪力墻后結(jié)構(gòu)第一自振周期變?yōu)槠絼又芷?，且周期均明顯變小，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)顯著降低；結(jié)構(gòu)層間位移角、位移比均明顯降低，結(jié)構(gòu)剪重比增大，結(jié)構(gòu)整體剛度變大，抗震性能明顯提高。加固后剪力墻分擔(dān)了部分豎向力，各框架柱軸壓比均有所降低，同時由于框架柱抗震等級降低了一級，最小體積配箍率也有所降低，避免了大范圍的框架柱加固。加固后教學(xué)樓標準層結(jié)構(gòu)平面布置如圖2所示。

圖2 加固后教學(xué)樓標準層結(jié)構(gòu)平面布置圖（單位：mm）

5 結(jié)論

（1）對于既有建筑，進行抗震加固前必須進行抗震鑒定，通過抗震鑒定可準確判斷出既有建筑具體不滿足抗震要求的部位，從而為后續(xù)抗震加固提供依據(jù)，指明方向。

（2）抗震加固的方式多種多樣，應(yīng)根據(jù)工程的實際情況，選取最合適加固方案進行抗震加固，這樣不僅可以顯著提高結(jié)構(gòu)的抗震性能，還可以縮短施工工期，節(jié)省施工成本。