某小學教學樓檢測鑒定與加固技術應用研究

田 野， 張 鵬， 宋顯銳

1 河南省建筑科學研究院有限公司（450053）2 河南高速公路發展有限責任公司安新改建工程項目部（450000） 3 河南建筑職業技術學院（450007）

隨著我國宏觀經濟的快速發展,中小學教學樓等教育基礎建設也得到了飛速的發展。但是，由于結構在長期使用過程中損傷、劣化，設計施工及管理的缺陷，后期使用功能的改變，火災、地震等偶然因素的影響及規范要求的提高，導致中小學教學樓等結構物存在諸多安全隱患,為提高教學樓等結構物的安全性、可靠性、耐久性，保障學生安全，減少負效益，以使它能更好的為社會服務。為此，加強對中小學教學樓建筑檢測、鑒定及加固進行開發和研究相當有必要，具有重要的社會意義和巨大的經濟效益[1]。

1 工程概況

1.1 原結構設計概況

鄭州市某小學教學樓加固工程為四層磚混結構,建筑面積為2910.01m2，該工程由鄭州市教委建筑設計室于1990年12月設計。該工程現澆混凝土構件采用200號混凝土（墊層采用100號混凝土）。墻體為240mm厚普通紅粘土75號磚、50號混合砂漿砌筑。梁截面設計為矩形250mm×500 mm。

該教學樓始建于1995年，1996年投入使用，施工期間無工程監理。1～3每層各8個教室，4層為6個教室，至今仍在使用。

1.2 工程結構病害

工程結構正常使用中出現的病害有以下幾點:

1）隨機抽取梁進行檢測，經對所測數據進行統計、計算及分析，測得梁的混凝土強度嚴重偏低，部分梁混凝土強度低于C10，造成梁的承載能力不足，也是形成梁裂縫的原因。

2）該教學樓的混凝土呈現黃色，梁上混凝土用直尺可刮落，有的地方甚至用手可以捻碎；梁存在蜂窩、麻面現象，部分地方出現露筋現象且露出的鋼筋已經銹蝕。

3）混凝土梁出現裂縫，其寬度大于0.3mm，最大裂縫寬度達到1.5mm。超出GB50010-2002的允許范圍，梁承載能力不足，該教學樓的安全性不符合國家規范要求，極大地影響承載能力。

4）此教學樓抗震設防為丙類，不符合新規范學校乙類抗震設防要求，故需抗震加固。

5）該教學樓存在嚴重質量問題，故需加固來滿足其安全性、適用性、耐久性的要求。

1.3 鑒定結論

1）梁混凝土強度嚴重偏低,部分梁混凝土強度低于C10，造成梁承載能力不足，是梁形成裂縫的主要原因。

2）混凝土梁存在蜂窩、麻面現象，部分地方有露筋現象，且露出的鋼筋銹蝕。梁裂縫寬度大于0.3mm,最大裂縫達1.5 mm。超出GB50010-2002的允許范圍。梁承載能力不足，該教學樓的安全性不符合國家規范要求，顯著影響承載能力。

3）鑒于該工程存在嚴重質量問題，建議該工程暫停使用并立即采取措施，以策安全。

2 加固設計

該教學樓加固設計使用年限經多方共同商定為30年，其加固設計計算按規定進行了承載能力極限狀態和正常使用極限狀態設計、驗算。驗算時，考慮原結構在加固時的實際受力狀態以及加固部分與原結構的共同工作程度，根據現場調查核實結構上的荷載作用,其抗震能力可按JGJ116-2009的有關規定分析、結構整體計算分析，對墻段抗力與荷載效應進行比較[2][3]。

2.1 加固計算分析

對鄭州市某小學教學樓的砌體結構計算控制數據如表1所示。

表1 教學樓砌體結構計算控制數據

目前，結構整體計算分析沒有相應的軟件，在本次計算中將砂漿面層部分按等效剛度的方法，折合成砌體，同時降低材料的比重,以使恒載設計值與實際教學樓的情況相接近，用結構分析計算軟件對該教學樓進行計算，對抗震、局部受壓、墻高厚比、墻體受壓承載力的抗力與結構效應進行比較，抗力大于荷載效應為滿足要求,其結構計算總結果如表2所示。

表2 結構計算總結果

2.2 加固方案制定

鄭州市某教學樓蓋中矩形截面梁尺寸:b×h＝250mm×500mm,現澆混凝土采用200號HRB335級鋼筋,受拉鋼筋為 3B18（Aso＝763mm2,配筋率 0.64%）,梁初始設計彎矩值為96.72kN·m。經現場檢測，梁體混凝土強度偏低僅為C18,部分強度低于C10，造成梁承載能力不足，形成裂縫。為使梁體最薄弱部位恢復原有的承載能力及抗震規范要求,梁體承載力彎矩設計值為118.56kN·m，并對抗剪進行驗算，其計算流程如下[4]:

取 ψf＝1.0

由 α1fc0bx＝ψspfspAsp+fy0As0+f′yA′s0-f′spA′sp可得:

7.2·250 ·166＝1.0·215·Asp+335·763

Asp＝200.6mm2

由于教學樓混凝土強度較低，綜合考慮后確定，其梁體采用厚度4mm的鋼板，寬度B＝240mm，通長布置。

梁體加固方案如圖1、圖2所示。

2.3 構造柱加固方案的確定

為抑制墻體開裂,增加其整體性、抗震性,依據GB50009-2001[3-4]、JGJ116-2009[31]核實結構上的荷載與作用，結合結構的計算圖形及其實際受力構造狀況，考慮偏心變形等附加應力，最后確定墻體加固方案如圖3所示。

3 加固施工

3.1 鋼板加固鋼筋混凝土梁施工工藝

粘鋼加固應由專業施工隊伍施工,其施工必須嚴格按工藝流程進行，主要步驟:黏貼面處理、結構膠配制、粘貼固化、防銹、檢驗等工序。粘貼鋼板加固具體施工操作工藝如下[5]:

1）構件結合面處理:清理粉刷層、剔除表面的粉刷層及飾面層，清理干凈，用角向磨光機磨去粘結面浮漿并清理干凈，用丙酮將表面擦干凈。

2）螺栓定位:用鋼尺和鉛筆在欲粘鋼板處劃線，在預定位置打孔，以便安裝螺栓。

3）打磨鋼板:用角向磨光機磨去粘結面浮漿并清理干凈，打磨粗糙度越大越好，打磨紋理盡量與鋼板受力方向垂直，直至出現金屬光澤，然后用脫脂棉花沾丙酮擦拭干凈。

4）配制結構膠:按產品使用說明要求配制粘結劑。粘鋼膠是由甲乙兩組分組合而成，甲組料為結構膠基料，乙組料為固化劑。兩組材料配合后必須在30min內使用，否則開始固化后就無法粘合。使用易散熱的寬淺軟塑料(聚乙烯)盆或筒作為盛器，先放入甲組料、然后乙組料，拌合均勻。

5）涂結構膠及粘貼:將新配好拌合均勻的粘鋼膠用鏟刀緊密地均勻地涂抹在做過表面清潔處理的鋼板粘合面上,使之充分浸潤在粘合面上,然后再把結構膠涂抹在鋼板粘合面上，使之在板寬中央涂抹膠的厚度大3mm，兩側可薄一些,并有多人共同托住鋼板對準膨脹螺旋向混凝土粘合面上合，并迅速用鋼管頂推固定鋼板，使鋼板與混凝土粘合面緊密粘合，擠出多余建筑結構膠。

6）檢驗粘貼質量滿足規范要求后，鋼板外抹20mm厚1∶3水泥砂漿，灑水養護。

3.2 鋼筋網片加固墻體施工工藝

1）表面處理:首先用物理或化學方法對該教學樓需加固墻體的粉刷層和抹灰層進行鏟除,然后用清潔壓縮空氣吹掉灰塵顆粒并修補損傷墻體裂縫等病害。

2）鋼筋網固定:穿墻孔用電錘鉆孔，鋼筋網在加固柱子墻體兩側對稱布置，用穿墻“S”筋與墻體固定。

3）在鋼筋網及原構件表面上涂抹或噴射砂漿層，以保證新抹砂漿層與舊混凝土表面緊密接觸。

4）豎向鋼筋下端錨入樓面60mm，上端與最上排水平筋綁扎牢固，最上排水平筋由穿墻筋與墻體固定牢固。水平筋兩端錨入墻體60mm。錨孔用電錘在樓面、墻體成孔。

5）在加固部位上刷水泥漿一道，抹35mm厚1:3水泥砂漿，濕水養護砂漿，并防止凍壞。

4 結語

通過后期回訪觀測，建筑物在服役過中使用狀況良好。

[1]蔡業志.縱墻承重的多層砌體教學樓房屋抗震能力分析[J].建筑結構,2009,39（11）:37-41

[2]邵蓮芬,李勇等.從漢川地震之影響談我國中小學教學樓的加固與設計[J].工程抗震與加固改造,2008（8）,30（4）:81-82

[3]葉增平.某教學樓加層改造前的鑒定與加固設計[J].工程抗震與加固改造,2008（10）,30（5）:89-92

[4]GB50367-2006,混凝土結構加固設計規范[S]

[5]黃興棣,田煒,王永維,婁宇.建筑物鑒定加固與增層改造[M].北京:中國建筑工業出版社,2008