新文件規(guī)定下中小學(xué)教學(xué)樓抗震加固分析

郝成義

（安徽省建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，安徽 合肥 230031）

0 前言

2008年汶川地震，中小學(xué)校舍在地震中受到了較大的破壞，損失巨大，并由此引起了一系列抗震規(guī)范的更新，形成了2010版系列抗震設(shè)計(jì)規(guī)范。其中關(guān)于中小學(xué)校舍的抗震加強(qiáng)主要是通過將中小學(xué)校舍的設(shè)防類別設(shè)置為重點(diǎn)設(shè)防類以及由此引起的一系列抗震措施的提高。在之后的中小學(xué)校舍抗震設(shè)計(jì)以及加固設(shè)計(jì)基本按此進(jìn)行抗震加強(qiáng)，但是部分中小學(xué)校舍并沒有針對(duì)抗震設(shè)防烈度以及地震動(dòng)參數(shù)進(jìn)行提高。

2021年，隨著國(guó)務(wù)院令744號(hào)（建設(shè)工程抗震管理?xiàng)l例）的施行，其中第十六條中規(guī)定“學(xué)校、幼兒園、醫(yī)院、養(yǎng)老機(jī)構(gòu)、兒童福利機(jī)構(gòu)、應(yīng)急指揮中心、應(yīng)急避難場(chǎng)所、廣播電視等建筑，應(yīng)當(dāng)按照不低于重點(diǎn)設(shè)防類的要求采取抗震設(shè)防措施?！盵1]安徽省幾個(gè)部門聯(lián)合發(fā)布了皖震發(fā)防[2021]34號(hào)文件（以下簡(jiǎn)稱為34號(hào)文件），其中“中小學(xué)、幼兒園、醫(yī)院等人員密集場(chǎng)所的建設(shè)工程，應(yīng)當(dāng)按照高于當(dāng)?shù)胤课萁ㄖ目拐鹪O(shè)防要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工。其中，重點(diǎn)設(shè)防類工程（乙類），按地震動(dòng)參數(shù)提高一檔相應(yīng)取值進(jìn)行抗震計(jì)算，按《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011）采取抗震措施?！盵2]按照此規(guī)定在2010年之后建成的安徽省各類中小學(xué)在地震動(dòng)參數(shù)的選取上存在不滿足新文件規(guī)定的情況，需要進(jìn)行抗震加固。在此文件背景下，本文通過具體工程對(duì)中小學(xué)教學(xué)樓抗震加固設(shè)計(jì)和加固施工進(jìn)行了較為全面的介紹和分析。

1 工程概況

安徽省合肥市長(zhǎng)豐縣龐谷堆小學(xué)教學(xué)樓位于合肥市長(zhǎng)豐縣朱巷鎮(zhèn)，為地上三層框架結(jié)構(gòu)，整個(gè)學(xué)校教學(xué)樓為L(zhǎng)型，西側(cè)設(shè)抗震縫分成上下兩個(gè)結(jié)構(gòu)單體，建筑面積1640m2，于2013年6月建成，二層建筑平面詳見圖1。原設(shè)計(jì)單位將教學(xué)樓設(shè)計(jì)抗震設(shè)防類別定為重點(diǎn)設(shè)防類，選取抗震設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)時(shí)抗震設(shè)防烈度為7度，地震加速度0.10g，框架抗震等級(jí)取為二級(jí)，在當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)參數(shù)選取沒有問題，但根據(jù)前述34號(hào)文件，地震動(dòng)參數(shù)選取則不滿足最新文件規(guī)定，需進(jìn)行抗震加固。

圖1 教學(xué)樓二層平面

當(dāng)?shù)刂鞴懿块T根據(jù)文件要求委托安徽省建院工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司對(duì)該樓進(jìn)行了抗震鑒定。鑒定結(jié)論主要有：①該建筑不滿足抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)對(duì)C類建筑的抗震要求，應(yīng)委托有資質(zhì)的設(shè)計(jì)與施工單位對(duì)其進(jìn)行抗震加固；②主要存在角柱箍筋未全高加密、填充墻拉結(jié)筋未沿墻全長(zhǎng)貫通、本分框架柱非加密區(qū)箍筋間距大于10倍縱向鋼筋直徑、少數(shù)框架梁的抗震承載力不足以及電子屏與主樓連接不牢固的問題[3]。我院后來承接了該區(qū)域?qū)W校的裝修改造工程設(shè)計(jì)，該學(xué)校教學(xué)樓加固為其中較為關(guān)鍵的一項(xiàng)。

2 加固設(shè)計(jì)

根據(jù)34號(hào)文件，在加固設(shè)計(jì)建模時(shí)按照原設(shè)計(jì)梁、板、柱尺寸以及混凝土強(qiáng)度等級(jí)和鋼筋強(qiáng)度等級(jí)，根據(jù)荷載規(guī)范選取正常使用荷載，選取地震動(dòng)參數(shù)時(shí)按抗震設(shè)防烈度7度、地震加速度選0.15g，抗震等級(jí)取二級(jí)，最后按照《抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（GB50023-2009）相關(guān)規(guī)定進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算[4]。結(jié)構(gòu)計(jì)算三維模型詳圖2。

圖2 結(jié)構(gòu)三維模型

計(jì)算結(jié)果梁柱計(jì)算配筋與設(shè)計(jì)施工圖配筋進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)配筋差值進(jìn)行加固設(shè)計(jì)，由于抗震等級(jí)沒有變化，抗震構(gòu)造措施基本滿足要求，具體加固方法如下：①柱縱筋實(shí)配不足采用外粘型鋼進(jìn)行加固，柱箍筋不足以及箍筋間距不滿足采用粘貼碳纖維布進(jìn)行加固；②梁縱筋配筋不足并相差在40%以內(nèi)按粘貼碳纖維布進(jìn)行加固，相差超過40%按外粘鋼板進(jìn)行加固，梁箍筋配筋不足按粘貼碳纖維布進(jìn)行加固；③填充墻采用鋼筋網(wǎng)砂漿面層加固；具體部分加固節(jié)點(diǎn)大樣詳圖3、圖4[5]。具體節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)于抗震縫處梁柱加固應(yīng)進(jìn)行具體分析，由于碳纖維布無法環(huán)繞以及粘貼角鋼無法施工，可以采取U型碳布和鋼板替代型鋼進(jìn)行施工。

圖3 梁碳纖維加固

圖4 角柱粘型鋼加固

3 加固施工

3.1 施工前準(zhǔn)備

構(gòu)件加固前，應(yīng)考慮將原結(jié)構(gòu)除自重外進(jìn)行卸載。拆除工作應(yīng)以盡量不破壞或少破壞原結(jié)構(gòu)為原則，加固地梁以及框柱需拆除一層地坪并將覆土挖至基頂，加固上部結(jié)構(gòu)梁柱需拆除框柱周邊部分墻體（按柱兩側(cè)500mm）以及梁底墻體形成加固工作面，具體施工可以根據(jù)施工條件進(jìn)行合理安排。

該學(xué)校教學(xué)樓加固施工還有個(gè)小插曲，第一家施工單位無相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，報(bào)價(jià)嚴(yán)重脫離市場(chǎng)，后又換了一家有相關(guān)經(jīng)驗(yàn)并具備一定施工能力的施工單位，報(bào)價(jià)也合理了點(diǎn)?，F(xiàn)場(chǎng)照片詳圖5、圖6。

圖5 一層地面鑿除

圖6 柱兩側(cè)墻體拆除

3.2 粘貼碳纖維布施工

粘貼碳纖維布施工工序主要有：a.加固區(qū)域梁、板面打磨平整，并將浮灰清除干凈，轉(zhuǎn)角處磨成圓角，曲率半徑≥20mm；b.用丙酮清洗混凝土表面以清除油脂，涂一層飽滿均勻的粘接劑；c.將碳布粘貼上去并沿碳布受力方向按壓出氣泡，反復(fù)滾壓，以使碳布與混凝土表面緊密結(jié)合；d.碳布粘貼完畢后須刷面膠一遍，粘抹粗砂，膠體凝固后再分兩次涂抹25mm高強(qiáng)砂漿作為防護(hù)材料。選用碳纖維布設(shè)計(jì)參數(shù)按：?jiǎn)挝幻娣e重量為300g/m，厚度0.167mm，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值3000MPa，伸長(zhǎng)率≥1.5%。施工現(xiàn)場(chǎng)照片詳見圖7。

圖7 粘貼碳纖維布施工

3.3 外粘型鋼施工

外粘型鋼采用角鋼L75x5，Q345材質(zhì)，綴板采用5mm厚鋼板寬度40mm，加固主要工序有：a.對(duì)粘合面打磨時(shí)，必須露出混凝土新面并保證表面平整，四周磨出小圓角，半徑r≥7mm，用鋼絲刷刷毛，并用壓縮空氣吹凈；b.型鋼及鋼板粘結(jié)面須進(jìn)行除銹和粗糙處理，打磨粗糙度越大越好，打磨紋路應(yīng)與鋼板受力方向垂直；c.用丙酮或酒精清洗混凝土、鋼板表面，要求混凝土、鋼板表面無灰塵、無油污；d.鋼構(gòu)件表面涂刷一層均勻的粘接劑并安裝至梁面處，然后擰緊安裝螺栓，保證外粘型鋼的膠縫厚度控制在3～5mm；e.鋼構(gòu)件外點(diǎn)焊鋼絲網(wǎng)片，粉25mm厚1:2高強(qiáng)水泥砂漿防護(hù)層，并潤(rùn)水養(yǎng)護(hù)。施工完成后現(xiàn)場(chǎng)照片詳見圖8。

圖8 角柱粘鋼完成照片

3.4 采用鋼筋網(wǎng)砂漿面層加固墻體

雙面鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)砂漿面層加固墻體施工，先鑿除墻體粉刷，后鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)6@450x450雙面，穿孔設(shè)拉結(jié)筋6，然后粉抹砂漿面層，優(yōu)先采用噴射施工，現(xiàn)場(chǎng)照片詳見圖9。當(dāng)雙面施工有困難時(shí)，例如抗震縫兩端墻體，則采用單面鋼筋網(wǎng)砂漿面層加固施工，鋼筋網(wǎng)增大為8@450x450，拉筋鉆孔植入墻體。

圖9 雙面鋼筋網(wǎng)砂漿面層加固施工

3.5 加固完成后恢復(fù)

加固施工結(jié)束后為了后續(xù)使用應(yīng)完成后續(xù)土方回填、填充墻砌筑以及水電安裝、飾面粉刷、門窗安裝等裝修工程，在施工過程中應(yīng)做好已加固梁柱構(gòu)件的保護(hù)，避免受到二次破壞，一切完成后等待竣工驗(yàn)收。

3.6 加固驗(yàn)收

加固施工在各個(gè)工序完成后應(yīng)匯報(bào)監(jiān)理并組織各單位進(jìn)行驗(yàn)收，驗(yàn)收合格后方可進(jìn)行下一工序施工，施工單位在驗(yàn)收前應(yīng)準(zhǔn)備好驗(yàn)收需要的各項(xiàng)材料，特別是材料檢驗(yàn)及驗(yàn)收?qǐng)?bào)告以及隱蔽工程驗(yàn)收?qǐng)?bào)告等。整個(gè)項(xiàng)目完成后進(jìn)行最終竣工驗(yàn)收，合格后交給學(xué)校方使用，并做好后續(xù)質(zhì)保工作?？⒐ず蟋F(xiàn)場(chǎng)詳見圖10。

圖10 加固竣工后現(xiàn)場(chǎng)

4 案例分析

通過對(duì)長(zhǎng)豐縣龐古堆小學(xué)教學(xué)樓的抗震加固設(shè)計(jì)以及后面加固施工的具體介紹與分析，我們可以比較全面地了解中小學(xué)教學(xué)樓抗震加固設(shè)計(jì)和加固施工的具體設(shè)計(jì)流程和內(nèi)容。

中小學(xué)教學(xué)樓作為教學(xué)用房，其抗震安全責(zé)任重大，在遇到重大地震災(zāi)害時(shí)，要保證建筑物安全，做到“小震不壞、中震可修、大震不倒”[6]，給中小學(xué)生提供安全撤離的時(shí)間和條件，重點(diǎn)地區(qū)甚至可以作為避難場(chǎng)地在后續(xù)災(zāi)后安置過程中起重大作用。故國(guó)務(wù)院令744號(hào)以及安徽省34號(hào)文件的發(fā)布恰當(dāng)且及時(shí)，對(duì)中小學(xué)教學(xué)用房抗震進(jìn)行了進(jìn)一步加強(qiáng)。新建教學(xué)樓可以按照文件規(guī)定進(jìn)行后續(xù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，而在文件規(guī)定之前已投入使用的大量中小學(xué)教學(xué)樓以及教學(xué)用房，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)有可能不滿足文件的規(guī)定，那么這些教學(xué)樓和教學(xué)用房按照文件的規(guī)定就可能需要進(jìn)行抗震加固。

抗震加固設(shè)計(jì)與裝修改造不同，應(yīng)按照規(guī)范規(guī)定的固定的合法的程序進(jìn)行?！艾F(xiàn)有建筑抗震加固前，應(yīng)依據(jù)其設(shè)防烈度、抗震設(shè)防類別、后續(xù)使用年限和結(jié)構(gòu)類型，按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（GB50023-2009）的相應(yīng)規(guī)定進(jìn)行抗震鑒定?，F(xiàn)有建筑抗震加固前，建筑的抗震設(shè)防類別及相應(yīng)的抗震措施和抗震驗(yàn)算要求，應(yīng)按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50023-2009）第1.0.3條的規(guī)定執(zhí)行?！盵7]抗震加固設(shè)計(jì)單位建議由具有相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)單位進(jìn)行，設(shè)計(jì)完成后應(yīng)報(bào)相關(guān)圖審單位進(jìn)行審查，審查合格后才可發(fā)往施工單位進(jìn)行后面的加固施工。加固施工單位應(yīng)具有相應(yīng)特技施工的相應(yīng)資質(zhì)，并且應(yīng)安排監(jiān)理進(jìn)行日常施工監(jiān)管和質(zhì)量管控。施工完成后應(yīng)會(huì)同幾方責(zé)任主體進(jìn)行驗(yàn)收，驗(yàn)收合格后方能交付給學(xué)校進(jìn)行后續(xù)教學(xué)使用。而對(duì)于粘貼碳纖維布以及粘鋼等在后續(xù)使用過程中，還應(yīng)每隔一段時(shí)間進(jìn)行定期檢查。

5 結(jié)語

隨著國(guó)務(wù)院令744號(hào)（建設(shè)工程抗震管理?xiàng)l例）的施行，對(duì)中小學(xué)教學(xué)樓以及教學(xué)用房抗震設(shè)計(jì)日益加強(qiáng)和完善，根據(jù)安徽省發(fā)布的皖震發(fā)防[2021]34號(hào)文件的規(guī)定，中小學(xué)教學(xué)樓以及教學(xué)用房在設(shè)計(jì)過程中不僅僅要提高抗震措施，而且要將地震動(dòng)參數(shù)提高一檔進(jìn)行計(jì)算?，F(xiàn)實(shí)中許多學(xué)校在當(dāng)時(shí)抗震設(shè)計(jì)過程中沒有按照地震動(dòng)參數(shù)提高一檔，按文件規(guī)定，這些教學(xué)樓及教學(xué)用房則需要進(jìn)行抗震加固。抗震加固設(shè)計(jì)前必須進(jìn)行抗震安全鑒定，抗震加固設(shè)計(jì)應(yīng)遵循抗震安全鑒定報(bào)告內(nèi)容，而加固施工應(yīng)找有相關(guān)特種施工資質(zhì)的單位施工，報(bào)價(jià)應(yīng)符合市場(chǎng)。本文通過龐谷堆小學(xué)教學(xué)樓的抗震加固具體設(shè)計(jì)以及后續(xù)加固施工，對(duì)新文件規(guī)定下中小學(xué)教學(xué)樓及教學(xué)用房抗震加固有了較為直觀的理解，對(duì)后續(xù)工程的抗震加固設(shè)計(jì)與施工有一定借鑒意義。