上海某小学砌体教学楼抗震加固设计

吕宝龙
　　（上海宝冶集团有限公司工程设计中心，上海200941）
　　摘 要：本文以某小学砌体教学楼为例，对抗震鉴定报告指出的结构存在的具体问题，给出了有针对性的解决方法，以提高结构整体抗震能力为目标，给出了砌体结构的抗震加固设计方法及部分节点详图，为今后砌体结构的抗震加固设计提供参考。
　　关键词：砌体结构 抗震加固；板墙加固；钢丝网砂浆面层加固

　　1 引 言
　　2008年5月12日，四川汶川发生里氏8级强烈地震，大量中小学教育建筑损毁严重，中小学建筑的抗震质量问题引起政府和社会高度关注。2009年4月1日，国务院总理温家宝主持召开国务院常务会议，会议决定正式启动全国中小学校舍安全工程。用三年时间，对地震重点监视防御区、七度以上地震高烈度区、洪涝灾害易发地区、山体滑坡和泥石流等地质灾害易发地区的各级各类城乡中小学存在安全隐患的校舍进行抗震加固、迁移避险，提高综合防灾能力，使学校校舍达到重点设防类抗震设防标准，并符合其他防灾避险安全要求。由此，全国范围内开展了中小学抗震鉴定加固工作。
　　2 工程概况
　　上海市某小学教学楼建于1989年，房屋现状与档案资料基本相符，自建成后荷载及使用功能均无较大改变，无结构加层、改建及扩建现象。教学楼平面基本呈U形，三条抗震缝将结构分成四个独立的单体。房屋总层数为5层，室内外高差为0.6m，一至四层层高3.5m，五层层高3.55m，女儿墙高0.85m，总高约19.0m。长约60.92m，宽约47.0m，其建筑面积约为3059m2,其平面如图1. 房屋结构形式为砌体结构，采用条形基础，墙体采用普通烧结砖砌筑，承重墙厚度为240mm，楼板为预制多孔板厚120，设置有圈梁和构造柱。抗震设防烈度为7度，乙类设防。

　　注：本表格为抗震鉴定报告内容，笔者认为，根据《建筑抗震鉴定标准》（GB50023-2009），7度乙类建筑普通砖砌体高度限值应为18m。房屋高度应不含女儿墙高度，为18.15m。
　　3 抗震鉴定
　　《建筑抗震鉴定标准》（GB50023-2009）规定乙类建筑在抗震设防烈度为6～8度时，应按比本地区设防烈度提高一级的要求核查其抗震措施，抗震验算应按不低于本地区设防烈度进行。因此，该房屋按8 度进行抗震构造核查，按7度进行抗震验算。根据《建筑抗震鉴定标准》（GB50023-2009），建于90年代前的房屋，后续使用年限定为30年，按A类房屋进行抗震鉴定。
　　3.1 抗震鉴定结论
　　（1）房屋主要损伤是外走廊地板开裂、室内地板通长裂缝和墙面渗水受潮等；
　　（2）根据房屋不均匀沉降检测结果，基础局部倾斜为向西1.58‰，小于《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）关于同类建筑基础局部倾斜的限值（2‰）；（由于沉降观测包含施工误差，此数据仅作参考）；
　　（3）根据倾斜检测结果，教学楼房屋结构墙体最大倾斜率为向西1.11‰，小于《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）关于同类建筑基础整体倾斜的限值（4‰），基础无静载缺陷；
　　（4）教学楼结构砂浆实测强度推定值一层为M2.3，其余楼层为M2.5，不满足规范要求；砖强度推定值为MU10；
　　（5）由《建筑抗震鉴定标准》（GB50023-2009）知，教学楼房屋抗震构造措施中有多项规定明显不符合现行规范要求，房屋的综合抗震能力不满足抗震鉴定要求。具体问题详见表1。
　　4 抗震加固设计
　　4.1 加固设计
　　房屋抗震承载力不满足要求时，有如下加固方法：（1）拆砌或增设抗震墙，（2）修补和灌浆，（3）面层或板墙加固，（4）外加柱加固，（5）包角或镶边加固，（6）支撑或支架加固。为便于校安工程顺利推进，当地组织专家讨论形成校安工程加固设计指导意见：原则上除明显静载缺陷外，尽可能不对基础进行大范围的加固；对砖混结构加固优先采用钢丝网水泥砂浆面层加固；对未设或少设构造柱、圈梁的砖混房屋，应增设必要的构造柱、圈梁或拉杆，以提高房屋结构的整体性。
　　在符合国家及地方规范的前提下，根据专家指导意见，对本工程采取如下加固设计：
　　1）本房屋沉降量及房屋倾斜均在规范允许的范围以内，基础无静载缺陷，且多年来基础已经稳定，承载力尚有一定提高，故基础不进行加固。
　　2）本建筑高宽比超出限值较大、高度稍超过规范限值，应改变结构体系或减少层数。由于学校不允许减少层数且不能改变结构布局，设计上考虑采用混凝土板墙加固，根据《建筑抗震加固技术规程》，板墙双面厚度不小于140时可按剪力墙考虑，相当于改变为剪力墙结构体系。板墙加固同时解决了抗震横墙间距不满足规范的问题。考虑到板墙加固施工难度大，造价高，且结构自重增加大，故决定仅横墙端部2m 范围采用双面混凝土板墙加固（单侧70mm厚c20细石混凝,竖向筋10@150,水平筋Φ6@150，拉筋sΦ8@900），其余均采用钢筋网砂浆面层加固（40mm厚M10水泥砂浆，Φ4@120钢筋网片，拉筋sΦ6@900）。按此方法进行加固，采用PKPM加固模块复核计算，整体抗震能力满足要求。
　　3）外墙四角，大房间内、外墙交接处，楼梯间等必须设置构造柱处，增设构造柱。采用钢丝网水泥砂浆加固时，根据《建筑抗震加固技术规程》条文说明，可以利用面层中的配筋加强带起构造柱圈梁的约束作用，在外墙四角，大房间内、外墙交接处，楼梯间四角及梯段两端部位加强钢筋，并配置U形箍筋可靠拉结墙体两侧的加强筋，如图2.

　　原结构每层均设有圈梁，故楼层处未再设置加强钢筋。

　　4）预制楼板无整浇层加固处理方法。根据专家组意见，预制楼板增设整浇层时有两个难以避免的问题：一是铲除原有面层时施工难度大，而且会对预制板造成严重的破坏；二是50mm混凝土整浇层重量大，会明显增加房屋自重，加大地震时的地震力，且会对基础产生不利影响。预制板地震时的破坏主要是支座部位断裂脱落，根据上海市校安工程的经验，决定在预制板板底周边增加角钢支座，增加预制板的搁置长度，同时加强楼层处的拉结整体作用，提高抗震能力。角钢应在锚固点处设置加劲肋。如图3。

　　经鉴定检测，预制板本身质量较好，无明显缺陷，故设计仅提出对个别有损坏的预制板进行碳纤维布加固。
　　5）外走廊悬挑梁承载力不足，采用加大截面法进行加固。如图6。

　　6）窗间墙宽度过小及抗震能力不满足要求的墙段，采用了钢丝网砂浆面层加固，保证其地震作用下不发生脆性倒塌。对原构件非结构裂缝处要求填充环氧树脂并外贴碳纤维进行修补。
　　7）加固后要求加强结构的沉降观测。
　　4.2 施工过程中的问题处理
　　在拆除墙体装饰层时，由于施工不当，造成墙体破坏严重，尤其窗间墙小墙肢，如图4、图5。发现此问题后，设计要求对破坏严重墙体采取支模后灌灌浆料进行加固。
　　5 抗震加固效果
　　该项目施工图图纸顺利通过了审图部门的审查，施工也通过了竣工验收，目前已投入使用一年多。沉降观测结果正常，使用过程中一切正常，加固效果较好。
　　6 结论和建议
　　房屋结构抗震加固设计之前，应全面收集房屋的原始设计资料、改扩建资料，进行房屋质量检测和抗震鉴定，在全面正确地了解房屋现状的基础上，针对存在的问题，选择经济合理、不损坏原有结构并且施工方便的加固方法。
　　砌体结构抗震加固设计应从结构整体考虑，在保证整体抗震承载力满足的前提下，局部小墙肢抗震承载力计算无法通过时可以忽略，但必须对该局部位置进行构造加强，保证其在地震时不发生倒塌。
　　墙体抗震承载力不足时，优先考虑面层或钢丝网面层加固，其对原结构刚度及荷载增加影响较小。混凝土板墙加固由于与原砖墙弹性模量等指标相差过大，应尽量避免使用。本工程由于高度超限、房屋高宽比超限较多，须改变结构体系，不得已才采用。
　　加固工程的施工必须由具备特种施工资质的专业施工队伍完成。所有的施工工艺及流程，应符合国家现行有关标准以及设计的要求。
　　参考文献
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