混凝土框架結構教學樓抗震加固設計與施工研究

齊特，尹醉

（中建二局第二建筑工程有限公司，廣東 深圳 518000）

1 引言

我國地震發(fā)生較為頻繁，很容易造成人員傷亡。為此，應對建筑項目進行加固設計，提升其抗震性能。當前很多建筑的抗震性能不足，在地震中很容易由于材料質量、施工質量以及建筑布局等原因，使結構構件產生一定的破壞，如柱結構剪切破壞、柱墻交接處的豎向裂縫、梁底裂縫、填充墻體交叉裂縫等。本文案例項目中的鋼筋、模板、混凝土及碳纖維加固等施工設計可提升建筑安全性，應對其加以探究。

2 教學樓抗震加固項目概況

深圳市第二特殊教育學校施工項目地處光明區(qū)玉堂街道辦事處寮社區(qū)同觀路以南，松白路以東，建筑總用地面積9 735.7m2，總建筑面積29 950 m2，其中，地上18 079 m2，地下11 871 m2（見表1）。項目總投資24 696.00萬元，總包合同額為156 316 021.71元。建筑包括教學綜合樓、宿舍樓、地下車庫與設備房等設施，計劃工期為700 d，已經在2022年3月31日完成了正負零板面，預計竣工驗收時間為2023年5月31日，而新建一所辦學規(guī)模為18/180學位，按照培智學校二級標準設計的培智類特殊教育高中，混凝土框架結構由2棟綜合教學樓、1棟宿舍樓與地下室組成（見圖1）。

圖1 教學樓鳥瞰效果圖

表1 建筑工程概況

3 混凝土框架結構教學樓抗震加固設計

3.1 加固方案設計

傳統(tǒng)的建筑抗震加固設計普遍通過外包鋼筋混凝土的方式實現(xiàn)，可以用于加固一些框架柱結構，并通過增加結構柱截面面積的方式提升整體結構的剛度，還可以對結構位移與扭轉效應進行一定的控制，提升建筑的安全性。而在施工中，這種施工方式由于需要進行大量的柱體加固及補充施工，因此，需要耗費大量的資源及時間，且難以保證施工質量[1]。

為了強化施工效果，可通過改變建筑結構體系的方式進行加固施工，可對結構柱架設剪力墻結構，提升結構剛度，并控制結構層之間的位移情況，控制結構的扭轉效應，減少結構由于地震的影響而出現(xiàn)的位移與形變，而對于個別的軸壓比不足的框架柱結構，依然可以采用外包混凝土鋼筋增加其截面面積，提高軸壓比。另外，在本項目的設計中，在地基結構方面采用了樁基礎、筏板基礎與抗拔錨桿相結合，提升了地基結構的穩(wěn)定性，將結構安全等級上升為一級，建筑抗震設防類別也為重點設防類，抗震設防烈度達到了7度，全面提升項目整體的抗震能力[2]。

3.2 柱加固設計

在柱體設計中，對于軸壓比不足的結構柱可通過增加截面面積的方式進行施工，增加其配筋情況，且不影響建筑的功能，可通過在結構柱四周鋪設箍筋與縱筋的方式，以四邊加大的形式進行施工，還可以增加U形箍筋，柱體結構內的角筋則在樓體結構內上下銜接，中間受到框架梁阻礙的區(qū)域也可以進行一定的彎折，強化混凝土結構的協(xié)調性與穩(wěn)定性（見圖2）[3]。

圖2 增加柱體結構截面面積

對于其他結構柱，可布置剪力墻結構，可沿著建筑結構的兩端與中部對稱增設橫向與縱向剪力墻，并將原有的單一柱體結構轉換為剪力墻結構，布設中應合乎剪力墻相關設計規(guī)范，確保增設墻體數(shù)量與厚度符合要求，剪力墻的厚度應超過層高的1/20，且應貫通建筑物的整體高度，避免出現(xiàn)剛度突變。通過這種剪力墻的布設可以為結構增加一定的承重與抗震能力，使墻體與柱體相連接，緩解地震對結構的影響。

3.3 梁加固設計

項目中的梁結構均有較大的跨度，且荷載較大，為此，應對梁體進行加固，提升其抗震性能。在梁加固的過程中也可增加其截面面積，而在梁體與墻體的交接處也可增設副梁進行支撐，日后使用中還可懸掛空調、雨棚板等小構件。在梁體的加固設計中，可在梁體兩端頭加入U形箍與構造筋，且縱筋的布置應方便后續(xù)混凝土的澆搗施工，同時通過U形箍可以強化與原有梁體的連接程度，還可以在梁體中粘貼碳纖維，補充其彎矩承載力。

加固設計中還應對其抗震能力進行計算，加固后，結構局部產生的局部影響系數(shù)可取1，若結構面層對縱橫結構交界處墻體有拉結作用，也應依據(jù)實際情況重新確定影響系數(shù)。加固設計中，結構的抗震性能可通過式（1）判斷：

式中，βa為加固后樓體結構的抗震能力系數(shù)；γp為抗震承載力增強系數(shù)；φ1、φ2為加固后的體系影響系數(shù)及局部影響系數(shù)；βb為墻體原有的抗震能力系數(shù)?？拐鸪休d力增強系數(shù)γp可通過式（2）計算：

式中，γpi為加固后第i層樓體的抗震增強系數(shù)；Aai為第i墻段的水平凈截面面積；Aa為第i墻段的橫向與縱向抗震墻體截面面積；n為第i層橫向或縱向中共需要加固的結構數(shù)量。

4 混凝土框架結構教學樓抗震加固施工

4.1 鋼筋施工

教學樓結構的加固施工中，首先應清除構件結構表面的各類雜質及碳化部分，而在鋼筋結構的施工中，本項目鋼筋主要集中在結構柱、梁體截面等方面，由于增加了很多截面尺寸較小的配筋，很容易導致鋼筋密集，為此，在施工中應合理控制鋼筋間距及鋼筋保護層的厚度，且在間距難以滿足施工條件的情況下應合理進行修改。因此，在鋼筋施工中應對結構截面尺寸、新增鋼筋數(shù)量、構件配筋情況等提前做好布置圖繪制，并在施工圖中放樣測量，為施工過程提供參數(shù)依據(jù)，且施工前每個構件均應做好質量檢查，確保施工質量。

4.2 增設抗震墻

通過增設抗震墻的方式可以提高原框架結構的整體剛度，降低地震影響下導致的結構變形情況，通過抗震墻承受地震的作用力，降低原有框架結構的負擔（見圖3）。而在本教學樓的施工中，可以通過加設抗震墻的方式，為樓體結構加裝多道抗震防線，提升結構的穩(wěn)定性，且在框架結構具有明顯的扭轉效應或承載能力較低時，也可以通過抗震墻的方式對結構進行加固。施工中應注意抗震墻的布設不應過于集中，應均勻且對稱地分布在建筑物的四周及縱向荷載較高的位置，相互間距應控制在約24 m，且上下樓層間應連續(xù)布置，各連續(xù)樓層的剛度差距應低于50%。

圖3 抗震墻加固

4.3 混凝土施工

混凝土結構施工的位置較為分散，且施工中需要一次性地運輸大量的混凝土，因此，應確?；炷良皶r入模，特別是在澆筑過程中，由于樓體只能通過開通澆筑孔的方式進行澆筑，因此，也難以確保施工效率，這就需要在施工中合理規(guī)劃澆筑過程，并通過分區(qū)澆筑的方式進行施工。還應注意混凝土模板的尺寸與標高，同時著重檢查埋件數(shù)量，如鋼筋、地下鋼纜的厚度以及其分布狀況，并做好詳細的數(shù)據(jù)記錄，例如，在地基澆筑中，應做好雜質清理與排水工作，并應遵循從高向低的順序進行分層澆筑，確?；炷恋木鶆蛐?。

施工中對于梁體與柱體的分區(qū)加固中，應確?；炷恋恼駬v密實性，特別是對于柱體結構的底部以及梁體結構的交界處，更應強化其密實度，提升結構的加固效果，或通過運用膨脹混凝土強化混凝土的緊固效果，并做好防漏漿、漏液處理，例如在模板的支護施工中，應降低橫楞與縱楞的間距，起到提升結構剛度的效果。

4.4 碳纖維加固施工

碳纖維的加固施工直接影響著整體建筑的施工質量，還會影響結構的加固效果，為確保加固質量，在運用碳纖維加固前，應做好結構的表面處理，并適當浸潤表面，直到碳纖維布完全潤透為止，并做好內部氣泡的排除，避免出現(xiàn)空鼓情況，如果出現(xiàn)空鼓，可通過針管注膠的方式進行修補，并重新鋪設等厚的纖維布，通過碳纖維布的布設可起到強化結構剛度的效果，提升結構的固定性及抗震能力，但這種碳纖維布的鋪設雖然流程簡單，但其造價成本較高，因此，施工中可選擇重點區(qū)域，少量運用。

5 結語

混凝土框架作為我國當前常見的建筑框架，很容易在地震中受到損傷，為此，應做好加固措施，削弱混凝土框架結構受到的地震的影響。本文以深圳市第二特殊教育學校施工項目為例，施工中應做好加固方案、柱體及梁體的設計，通過鋼筋、混凝土、抗震墻及碳纖維等加固施工，滿足抗震性能需求，提升樓體的穩(wěn)定性與安全性。