淺談砌體結構校舍的抗震加固設計

宋晉鵬

（太原理工大學，山西太原030024；山西建筑職業(yè)技術學院，山西 太原 030006）

2008年舉世矚目的5·12汶川大地震，給社會造成了巨大的人員傷亡和財產損失。地震中，由于學校的房屋建筑抗震設防水平偏低，造成了大量的人員傷亡。2010年青海玉樹地震，學校又是重災區(qū)。兩次地震給無數個家庭帶來了心靈上難以彌補的傷痛，也引起了社會各界對學校建筑抗震設計的廣泛關注。汶川地震中，北川縣桑棗中學的教學樓卻經受住了8級地震的考驗，地震中2200余名學生和上百名老師安全撤離了教學樓，沒有出現(xiàn)一人傷亡，這一切得益于地震前教學樓做了加固。按照國務院部署，2009年全國普遍開始對學校的既有建筑物展開大規(guī)模的抗震加固，下面以筆者曾經做過的工程為指導，談一談砌體結構校舍的抗震加固設計。

一、概述

1.校舍抗震設防分類

依據汶川地震后新頒布的《建筑工程抗震設防分類標準》中規(guī)定，幼兒園、小學、中學的教學用房以及學生宿舍和食堂，抗震設防類別應不低于重點設防類（乙類）。

抗震驗算時，應按不低于本地區(qū)抗震設防烈度確定其地震作用。6-8度應按比本地區(qū)設防烈度提高一度的要求核查其抗震措施，9度時應適當提高。

2.校舍后續(xù)使用年限

現(xiàn)有校舍應根據實際需要和可能，按要求選擇其后續(xù)使用年限：

⑴在20世紀70年代及以前建造經耐久性鑒定可繼續(xù)使用的校舍，其后續(xù)使用年限不應少于30年；在20世紀80年代建造（按TJ 11-78系列設計）的現(xiàn)有校舍，宜采用40年或更長，且不得少于30年。此類校舍按照規(guī)范規(guī)定的A類建筑抗震鑒定方法進行鑒定。

⑵在20世紀90年代建造（按GBJ 11-89系列設計）的現(xiàn)有校舍，后續(xù)使用年限不宜少于40年。此類校舍按照規(guī)范規(guī)定的B類建筑抗震鑒定方法進行鑒定。

⑶在2001年以后建造（按GB50011-2001系列設計）的現(xiàn)有校舍，后續(xù)使用年限宜采用50年。此類校舍簡稱C類，按照現(xiàn)行國家標準《建筑抗震設計規(guī)范》GB50011-2001（2008版）的要求進行抗震鑒定。

二、被加固校舍存在的問題

本次抗震加固設計的校舍（包括教學樓、學生宿舍樓、食堂、單層磚混結構教室），大部分建造于20世紀70年代至80年代，主要存在以下問題：

1.部分校舍（主要是教學樓）超高超限。筆者本次加固設計的主要是A類建筑，對于磚混結構教學樓，在太原地區(qū)（8度設防）允許的層數和建筑高度為5層、16m，對于橫墻較少的教學樓則應減少一層，降低3m，對于橫墻很少的教學樓則應再減一層，降低3m。

2.材料強度偏低，不滿足抗震鑒定標準的要求。

3.部分校舍（主要是教學樓）采用預制板，橫墻間距達9m，超過規(guī)范要求的7m間距。

4.部分校舍沒有設圈梁、構造柱，或者設有圈梁、構造柱，但不符合現(xiàn)行抗震要求，房屋外墻轉角及內外墻交接處未設置拉接鋼筋，不符合《建筑抗震設計規(guī)范》GB50011-2001（2008年版）第7.3節(jié)多層黏土磚房抗震構造措施的要求，結構達不到整體抗震設防的要求。

5.部分校舍的窗間墻間距較小，不能滿足《建筑抗震鑒定標準》的要求。

三、建筑抗震鑒定

1.抗震鑒定的內容

⑴現(xiàn)有校舍抗震加固前，應收集現(xiàn)有校舍的設計圖紙、計算書、詳細的巖土工程勘察報告、竣工驗收等原始資料；當資料不全時，應根據鑒定的需要進行補充或實測。

⑵調查建筑現(xiàn)狀與原始資料相符合的程度、施工質量和維護狀況，發(fā)現(xiàn)相關的非抗震缺陷。

⑶對砌體校舍鑒定時需要做必要的檢測。房屋的層數和高度、抗震墻的厚度和間距、墻體實際達到的砂漿強度等級和砌筑質量、墻體交接處的連接以及女兒墻、樓梯間和出屋面煙囪等易引起倒塌傷人的部位應重點檢查；7-8度時，尚應檢查墻體布置的規(guī)則性，檢查樓、屋蓋處的圈梁，檢查樓、屋蓋處與墻體的連接構造等。

⑷根據各類建筑結構的特點、結構布置、構造和抗震承載力等因素，采用相應的逐級鑒定方法，進行綜合抗震能力分析。

⑸對現(xiàn)有建筑整體抗震性能作出評價，對符合抗震鑒定要求的建筑應說明其后續(xù)使用年限，對不符合抗震鑒定要求的建筑提出相應的抗震減災對策和處理意見。

2.抗震鑒定的程序

抗震鑒定分為兩級。第一級鑒定應以宏觀控制和構造鑒定為主進行綜合評價，第二級鑒定應以抗震驗算為主，結合構造影響進行綜合評價。

⑴A類建筑的抗震鑒定。當符合第一級鑒定的各項要求時，建筑可評為滿足抗震鑒定要求，不再進行第二級鑒定；當不符合第一級鑒定要求時，除本標準各章有明確規(guī)定的情況外，應由第二級鑒定作出判斷。

⑵B類建筑的抗震鑒定。應檢查其抗震措施和現(xiàn)有抗震承載力，再作出判斷。當抗震措施不滿足鑒定要求而現(xiàn)有抗震承載力較高時，可通過構造影響系數進行綜合抗震能力的評定；當抗震措施鑒定滿足要求時，主要抗側力構件的抗震承載力不低于規(guī)定的95%、次要抗側力構件的抗震承載力不低于規(guī)定的90%，也可不要求進行加固處理。

四、抗震加固方法

加固方案應根據抗震鑒定結果經綜合分析后確定，分別采用房屋整體加固、區(qū)段加固或構件加固，加強校舍的整體性，改善構件的受力狀況，提高綜合抗震能力。

1.整體加固的方法

⑴外加圈梁-構造柱加固

這種做法主要針對單層磚混結構教室。在墻體轉角處設置由12B12縱筋、A6@200箍筋組成的構造柱。分別在內外墻交接處、大梁與外墻搭接處設截面為250mm×200mm，由4B12縱筋、A6@200箍筋組成的構造柱，與外墻通過穿墻箍連接形成組合柱。外加構造柱在樓層1/3、2/3層高處，同時設置拉結筋和銷鍵與墻體連接。

在外墻外側與屋面板連接處，設置截面為200mm×300mm，由6B12縱筋、A6@200箍筋組成的圈梁。內墻圈梁采用B20鋼拉桿代替，沿橫墻布置的鋼拉桿兩端錨入外加柱、圈梁內或與原墻體錨固。外加圈梁通過間距為1.5m的銷鍵與墻體連接。

⑵鋼筋網砂漿面層加固

鋼筋網砂漿面層加固法應根據砌體墻的厚度和砂漿實際強度等級，經計算其綜合抗震承載力與現(xiàn)有校舍所需要的抗震承載力相差10%～70%時，且墻體砌筑砂漿的實際強度等級≤M2.5的砌體結構。可以根據抗震驗算結果，選擇單面或雙面鋼筋網砂漿面層加固，這種做法適合于層數較低的建筑（2層或3層）。

鋼筋網采用雙向A6@200的鋼筋網片，面層砂漿為40mm厚M10。鋼筋網采用梅花狀布置的錨筋、穿墻筋固定于墻體上；鋼筋網四周采用錨筋、插入短筋或拉結筋與樓板、大梁、柱或墻體可靠連接，鋼筋網外保護層厚度不小于10mm，鋼筋網片與墻面的空隙不小于5mm。

單面加面層的鋼筋網采用A6@600的L形錨筋，雙面加面層的鋼筋網采用A6@800的S形穿墻筋連接。豎向鋼筋應連續(xù)貫通穿過樓板。為避免鉆孔太密，造成樓板過大損傷，在樓板處可采用集中配筋方式通過，鋼筋規(guī)格為A12@600上下搭接各400mm，端部焊A6橫筋兩道，以便與鋼筋網焊接。

⑶鋼筋混凝土板墻加固

適用于層數較多（4層及以上）、高度超高的建筑，或者是層數及高度均超過規(guī)范的要求，需改變結構體系的建筑。可以根據實際情況，選擇單面或雙面鋼筋砼板墻加固。雙面加固時，采用雙向A8@200的鋼筋網片，面層噴射60厚C20混凝土。單面加固時，采用由水平A8@200、豎向A10@200組成的鋼筋網片，面層噴射80厚C20混凝土。

板墻采用呈梅花狀布置的錨筋、穿墻筋與原有墻體連接。單面板墻采用A8@600的L形錨筋與原砌體墻連接，錨筋在砌體墻內的錨固深度為150mm，雙面板墻采用A8@800的S形穿墻拉結筋與原砌體墻連接。板墻沿墻高每隔600mm在兩端各設1根B14的拉結鋼筋，一端錨入板墻內的長度為500mm，另一端錨固在端部原有墻體內。板墻上下與樓、屋蓋可靠連接，每隔600mm設置穿過樓板且與豎向鋼筋等面積的短筋，短筋兩端分別錨入上下層的板墻內，錨固長度不小于短筋直徑的40倍。板墻底部基礎與原有建筑基礎相同。

2.部分構件的加固

⑴針對部分校舍采用預制板、房屋整體性差的情況，在預制板上方設現(xiàn)澆混凝土疊合層。考慮到不過大加重建筑物荷載，僅在屋蓋上做60mm厚（內配A6@200雙向鋼筋網片）的現(xiàn)澆混凝土疊合層，使其成為裝配整體式屋蓋，增加其整體性。

⑵為保證預制板與墻體、大梁搭接的寬度，在支撐預制板的大梁兩側、內墻一側增設L125X80X8角鋼支撐。

⑶對單面走廊外側的獨立磚柱，采用外包鋼筋混凝土套的做法，并與主體結構拉結。

⑷針對部分校舍（單層教室除外）構造柱設置不符合現(xiàn)行規(guī)范的情況，當墻體采用鋼筋網砂漿或混凝土板墻加固時，在需設置構造柱的位置設配筋加強帶。

⑸針對樓梯間墻體比較空曠而缺少支撐，地震時受力復雜容易受到破壞的特點，本次加固工程中，對所有樓梯間的墻體均采用雙面板墻加固。

五、其他

⑴考慮到本次加固的校舍使用年限大部分在30年以上，地基土靜承載力長期壓密，地基承載力可提高20%以上，對于本次加固建筑物所增加的荷載不大于原建筑物荷載的10%，故對基礎不進行加固處理。

⑵考慮到梁、板為非抗側力構件，在地震中不承擔水平地震剪力，對梁與板暫時不進行加固（未發(fā)現(xiàn)梁、板出現(xiàn)受力裂縫，及較大的撓度變形）。在施工過程中及后續(xù)使用期間，注意觀察，如發(fā)現(xiàn)構件撓度增大或有受力裂縫出現(xiàn)時，應及時通知相關單位，并及時處理。

⑶穿墻拉筋“ S”應在磚的灰縫位置打眼鉆孔,以減少對主體結構的破壞。“L”筋用化學植筋的方式與原墻體連接。

學校是個重點場所，校舍的抗震加固關系到廣大師生的生命安全，關系到國家的未來和希望。對校舍的抗震加固，要做到整體性加固和部分構件加固相結合，抗震驗算和抗震構造措施相結合，多方位、多角度地采取措施，把我們的學校建設成為讓廣大師生放心、讓社會各界放心的安全場所。