上海某小學砌體教學樓抗震加固設計

呂寶龍
　　（上海寶冶集團有限公司工程設計中心，上海200941）
　　摘 要：本文以某小學砌體教學樓為例，對抗震鑒定報告指出的結構存在的具體問題，給出了有針對性的解決方法，以提高結構整體抗震能力為目標，給出了砌體結構的抗震加固設計方法及部分節點詳圖，為今后砌體結構的抗震加固設計提供參考。
　　關鍵詞：砌體結構 抗震加固；板墻加固；鋼絲網砂漿面層加固

　　1 引 言
　　2008年5月12日，四川汶川發生里氏8級強烈地震，大量中小學教育建筑損毀嚴重，中小學建筑的抗震質量問題引起政府和社會高度關注。2009年4月1日，國務院總理溫家寶主持召開國務院常務會議，會議決定正式啟動全國中小學校舍安全工程。用三年時間，對地震重點監視防御區、七度以上地震高烈度區、洪澇災害易發地區、山體滑坡和泥石流等地質災害易發地區的各級各類城鄉中小學存在安全隱患的校舍進行抗震加固、遷移避險，提高綜合防災能力，使學校校舍達到重點設防類抗震設防標準，并符合其他防災避險安全要求。由此，全國范圍內開展了中小學抗震鑒定加固工作。
　　2 工程概況
　　上海市某小學教學樓建于1989年，房屋現狀與檔案資料基本相符，自建成后荷載及使用功能均無較大改變，無結構加層、改建及擴建現象。教學樓平面基本呈U形，三條抗震縫將結構分成四個獨立的單體。房屋總層數為5層，室內外高差為0.6m，一至四層層高3.5m，五層層高3.55m，女兒墻高0.85m，總高約19.0m。長約60.92m，寬約47.0m，其建筑面積約為3059m2,其平面如圖1. 房屋結構形式為砌體結構，采用條形基礎，墻體采用普通燒結磚砌筑，承重墻厚度為240mm，樓板為預制多孔板厚120，設置有圈梁和構造柱。抗震設防烈度為7度，乙類設防。

　　注：本表格為抗震鑒定報告內容，筆者認為，根據《建筑抗震鑒定標準》（GB50023-2009），7度乙類建筑普通磚砌體高度限值應為18m。房屋高度應不含女兒墻高度，為18.15m。
　　3 抗震鑒定
　　《建筑抗震鑒定標準》（GB50023-2009）規定乙類建筑在抗震設防烈度為6～8度時，應按比本地區設防烈度提高一級的要求核查其抗震措施，抗震驗算應按不低于本地區設防烈度進行。因此，該房屋按8 度進行抗震構造核查，按7度進行抗震驗算。根據《建筑抗震鑒定標準》（GB50023-2009），建于90年代前的房屋，后續使用年限定為30年，按A類房屋進行抗震鑒定。
　　3.1 抗震鑒定結論
　　（1）房屋主要損傷是外走廊地板開裂、室內地板通長裂縫和墻面滲水受潮等；
　　（2）根據房屋不均勻沉降檢測結果，基礎局部傾斜為向西1.58‰，小于《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2002）關于同類建筑基礎局部傾斜的限值（2‰）；（由于沉降觀測包含施工誤差，此數據僅作參考）；
　　（3）根據傾斜檢測結果，教學樓房屋結構墻體最大傾斜率為向西1.11‰，小于《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2002）關于同類建筑基礎整體傾斜的限值（4‰），基礎無靜載缺陷；
　　（4）教學樓結構砂漿實測強度推定值一層為M2.3，其余樓層為M2.5，不滿足規范要求；磚強度推定值為MU10；
　　（5）由《建筑抗震鑒定標準》（GB50023-2009）知，教學樓房屋抗震構造措施中有多項規定明顯不符合現行規范要求，房屋的綜合抗震能力不滿足抗震鑒定要求。具體問題詳見表1。
　　4 抗震加固設計
　　4.1 加固設計
　　房屋抗震承載力不滿足要求時，有如下加固方法：（1）拆砌或增設抗震墻，（2）修補和灌漿，（3）面層或板墻加固，（4）外加柱加固，（5）包角或鑲邊加固，（6）支撐或支架加固。為便于校安工程順利推進，當地組織專家討論形成校安工程加固設計指導意見：原則上除明顯靜載缺陷外，盡可能不對基礎進行大范圍的加固；對磚混結構加固優先采用鋼絲網水泥砂漿面層加固；對未設或少設構造柱、圈梁的磚混房屋，應增設必要的構造柱、圈梁或拉桿，以提高房屋結構的整體性。
　　在符合國家及地方規范的前提下，根據專家指導意見，對本工程采取如下加固設計：
　　1）本房屋沉降量及房屋傾斜均在規范允許的范圍以內，基礎無靜載缺陷，且多年來基礎已經穩定，承載力尚有一定提高，故基礎不進行加固。
　　2）本建筑高寬比超出限值較大、高度稍超過規范限值，應改變結構體系或減少層數。由于學校不允許減少層數且不能改變結構布局，設計上考慮采用混凝土板墻加固，根據《建筑抗震加固技術規程》，板墻雙面厚度不小于140時可按剪力墻考慮，相當于改變為剪力墻結構體系。板墻加固同時解決了抗震橫墻間距不滿足規范的問題。考慮到板墻加固施工難度大，造價高，且結構自重增加大，故決定僅橫墻端部2m 范圍采用雙面混凝土板墻加固（單側70mm厚c20細石混凝,豎向筋10@150,水平筋Φ6@150，拉筋sΦ8@900），其余均采用鋼筋網砂漿面層加固（40mm厚M10水泥砂漿，Φ4@120鋼筋網片，拉筋sΦ6@900）。按此方法進行加固，采用PKPM加固模塊復核計算，整體抗震能力滿足要求。
　　3）外墻四角，大房間內、外墻交接處，樓梯間等必須設置構造柱處，增設構造柱。采用鋼絲網水泥砂漿加固時，根據《建筑抗震加固技術規程》條文說明，可以利用面層中的配筋加強帶起構造柱圈梁的約束作用，在外墻四角，大房間內、外墻交接處，樓梯間四角及梯段兩端部位加強鋼筋，并配置U形箍筋可靠拉結墻體兩側的加強筋，如圖2.

　　原結構每層均設有圈梁，故樓層處未再設置加強鋼筋。

　　4）預制樓板無整澆層加固處理方法。根據專家組意見，預制樓板增設整澆層時有兩個難以避免的問題：一是鏟除原有面層時施工難度大，而且會對預制板造成嚴重的破壞；二是50mm混凝土整澆層重量大，會明顯增加房屋自重，加大地震時的地震力，且會對基礎產生不利影響。預制板地震時的破壞主要是支座部位斷裂脫落，根據上海市校安工程的經驗，決定在預制板板底周邊增加角鋼支座，增加預制板的擱置長度，同時加強樓層處的拉結整體作用，提高抗震能力。角鋼應在錨固點處設置加勁肋。如圖3。

　　經鑒定檢測，預制板本身質量較好，無明顯缺陷，故設計僅提出對個別有損壞的預制板進行碳纖維布加固。
　　5）外走廊懸挑梁承載力不足，采用加大截面法進行加固。如圖6。

　　6）窗間墻寬度過小及抗震能力不滿足要求的墻段，采用了鋼絲網砂漿面層加固，保證其地震作用下不發生脆性倒塌。對原構件非結構裂縫處要求填充環氧樹脂并外貼碳纖維進行修補。
　　7）加固后要求加強結構的沉降觀測。
　　4.2 施工過程中的問題處理
　　在拆除墻體裝飾層時，由于施工不當，造成墻體破壞嚴重，尤其窗間墻小墻肢，如圖4、圖5。發現此問題后，設計要求對破壞嚴重墻體采取支模后灌灌漿料進行加固。
　　5 抗震加固效果
　　該項目施工圖圖紙順利通過了審圖部門的審查，施工也通過了竣工驗收，目前已投入使用一年多。沉降觀測結果正常，使用過程中一切正常，加固效果較好。
　　6 結論和建議
　　房屋結構抗震加固設計之前，應全面收集房屋的原始設計資料、改擴建資料，進行房屋質量檢測和抗震鑒定，在全面正確地了解房屋現狀的基礎上，針對存在的問題，選擇經濟合理、不損壞原有結構并且施工方便的加固方法。
　　砌體結構抗震加固設計應從結構整體考慮，在保證整體抗震承載力滿足的前提下，局部小墻肢抗震承載力計算無法通過時可以忽略，但必須對該局部位置進行構造加強，保證其在地震時不發生倒塌。
　　墻體抗震承載力不足時，優先考慮面層或鋼絲網面層加固，其對原結構剛度及荷載增加影響較小。混凝土板墻加固由于與原磚墻彈性模量等指標相差過大，應盡量避免使用。本工程由于高度超限、房屋高寬比超限較多，須改變結構體系，不得已才采用。
　　加固工程的施工必須由具備特種施工資質的專業施工隊伍完成。所有的施工工藝及流程，應符合國家現行有關標準以及設計的要求。
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