談某砌體結構加固設計思路

梁大偉

1 工程概況

某校教學樓建于2003年，磚混結構，地上4層，平面形式呈矩形，東西向布置，長約60 m，東部寬約12 m，西部寬約10 m，1層～4層層高3.6 m，建筑總高15.0 m。鋼筋混凝土現澆樓板，板厚100 mm，屋頂為現澆混凝土女兒墻，地基3∶7灰土墊層，基礎形式為混凝土條形基礎，內外墻均厚370 mm，局部設混凝土圈梁、構造柱。該樓承重體系為縱橫墻承重結構，開間尺寸為4.6 m，窗間墻最小寬度為1.5 m，橫墻最大間距為9.2 m。該建筑位于8度區。

2 建筑抗震鑒定

2.1 外觀質量檢測

外觀墻體及地面存在裂縫，地面裂縫系找平層和抹灰層面層開裂，主要由溫度變化和材料收縮導致，位于教室地面上，裂縫最大長度達6.0 m，裂縫最寬處達1.5 mm，裂縫處地面略為隆起;墻體裂縫主要為溫度應力和砌體材料收縮而產生的變形縫，主要位于陽臺窗戶下的預制墻板上，裂縫均為貫通型，縫寬介于0.5 mm～1.8 mm。

2.2 材料強度檢測

磚混結構承重墻強度的測定采用回彈法進行檢測，各層承重磚強度等級均達到MU10;砌筑砂漿強度的測定采用貫入法進行檢測，其 1 層 ～ 4 層強度分別為 8.4 MPa，7.2 MPa，6.4 MPa，6.4 MPa;混凝土構件強度的測定采用鉆芯取樣法進行檢測，根據檢測結果，該樓現齡期混凝土抗壓強度推定區間為24.8 MPa～30.7 MPa，現齡期混凝土抗壓強度推定值為30.7 MPa。

2.3 抗震計算鑒定結果

1)根據抗震計算結果，該樓1層～3層墻體現有水平抗力均小于水平地震作用，抗力與荷載效應之比最小值為:1層橫墻0.84，1 層縱墻0.79，2 層橫墻0.87，2 層縱墻0.68，3 層橫墻0.98，3層縱墻0.78，4層滿足要求。

2)根據宏觀分析、抗震驗算，該教學樓的建筑上部結構安全性等級評為Bu級，建議修復處理。

3 加固原則

根據GB 50223-2008建筑工程抗震設防分類標準之相關規定，該教學樓屬于重點設防類建筑，即乙類建筑;根據當地抗震設防烈度，該教學樓抗震設防烈度為8度;該教學樓應劃分為B類校舍，后續使用年限為40年，修復處理后可繼續使用。

建筑抗震加固設計方案的確定，應根據抗震鑒定結果，結合原設計圖紙及建筑使用功能綜合分析后確定，主要應遵循以下原則:

1)通過采用局部加固、整體加固或個別構件加固，改善結構受力狀況，提高結構整體性;2)同時考慮減小或消除不利因素的影響，防止由于局部加強造成的結構強度或剛度突變;3)對于新增設的結構構件，應與周圍構件有可靠連接，并考慮是否增設新的基礎構件;4)加固所使用的材料，如與原結構材料不同時，需滿足其強度的要求。當與原結構材料相同時，其材料強度不得低于原材料強度;5)特別對于各種易倒塌結構構件，應結合鑒定報告及使用功能要求，做必要的拆除或加固處理。考慮結構重點部位、重點結構構件的加固;6)同時考慮施工方便，對現有生活、生產影響較小，經濟合理，外觀美觀等因素。

4 加固設計方案的選擇

該教學樓為4層磚混結構，總高度為15.0 m，根據GB 50011-2010建筑抗震設計規范之相關規定結合原設計圖紙及鑒定報告，該建筑屬于超高不超層建筑，加固采取高于一般房屋的承載力且加強墻體約束的有效措施，加固不改變原結構體系。

1)加固方案確定。

根據鑒定報告，通過水平抗震驗算，由于抗震設防類別的提高，該教學樓在抗震方面主要是現有墻體水平抗力均小于水平地震作用力，1層～3層現有橫墻及縱墻均不滿足要求。該教學樓主要承重墻體、砌筑砂漿、混凝土構件強度均未見明顯的降低，各主要材料在強度方面均能滿足要求。

加固如采用新增墻體來增強現有墻體的水平抗力，雖然在抗震方面能夠使水平抗力大于水平地震作用力，但從該建筑使用功能考慮，將嚴重影響其后續使用。根據現有結構屬于超高不超層建筑，無需改變現有結構體系，同時考慮到施工工藝、施工工期、工程造價等方面的因素，綜合確定擬采用混凝土板墻進行加固處理。

2)加固設計。

根據現有1層～4層橫墻及縱墻的抗力與荷載效應之比，結合已有工程經驗，本教學樓擬整體采用單面混凝土板墻加固、局部采用雙面混凝土板墻加固。

對于建筑四周外圍護墻體，采用單面板墻加固，考慮到加固一側如為建筑內側，則混凝土板墻在樓板及屋面板處，必須進行穿板作業，一方面對原有樓板及屋面板有損傷，另一方面施工速度慢，故建筑外圍護墻體的加固單面板墻設置于建筑外側，保證外立面鋼筋綁扎和混凝土噴射連續進行。對于建筑內橫墻及縱墻，充分考慮施工方便、對原有構件及使用功能影響小等因素，確定加固位置，同時應盡量將加固側設置于同一功能單位，減小設備搬遷及后續工藝的施工工作量。

樓梯間的墻體由于沒有樓蓋作為側向支撐，且對于頂層樓梯間，其墻高為一層半高，樓梯間比較空曠且缺少支撐，地震作用時受力復雜，很容易首先遭到破壞甚至倒塌，故對于樓梯間應進行特殊處理。

本教學樓設有兩部樓梯，加固方案對兩部樓梯均采用雙面板墻進行加固處理，保證地震力作用時，樓梯間不至于首先發生破壞而導致疏散受阻;根據原有設計圖紙，樓梯間原有梯梁直接設置于承重墻體上，本次加固考慮到樓梯的特殊性，在梯梁對應位置下部的承重墻體內，增設鋼筋加強帶，并上下貫通，對梯梁下現有局部墻體起到較好的約束與加強作用，保證地震力作用時，梯梁下部承重墻體不至于較其他承重墻體首先發生破壞。

該建筑在頂部設有現澆混凝土女兒墻，該女兒墻結構完整，連接可靠，根據鑒定報告，暫不對該女兒墻進行加固處理。同時根據鑒定報告1層～4層走廊外側窗臺下為預制混凝土欄板，欄板均出現貫通型裂縫，主要為溫度應力和砌體材料收縮而產生的變形縫。該欄板由于為預制混凝土欄板，現場拆除個別后發現其與周圍構件連接不緊密且欄板不密實，該欄板沿建筑長軸線分布，地震力作用時，很容易發生大面積倒塌，同時造成其上部窗戶及玻璃破碎，存在安全隱患，故本次加固對預制混凝土欄板全部拆除，更換現澆混凝土欄板，同時加強了欄板與周圍構件的可靠連接。

對于現有墻體局部的裂縫，在未進行加固的部位，建議采用鋼筋及砂漿進行加固處理。

相關規范要求混凝土強度等級不低于C20，本次加固考慮到采用噴射混凝土進行加固，為保證混凝土強度等級，故將混凝土強度等級提高為C25。

由于本加固方案是在原有墻體一側或兩側增設混凝土板墻，故新增設混凝土板墻對原結構相當于增加部分荷載值，結構加固方案確定后，應對原地基、基礎進行驗算，確定原有地基、基礎是否滿足要求。

5 加固驗算

本次加固按GB 50011-2001建筑抗震設計規范(2008版)規定的方法進行抗震加固驗算。本加固工程混凝土強度等級采用C25，厚度為60 mm，采用單排鋼筋網片，豎向筋為φ10@200，橫向筋為φ8@200，并梅花形布置拉結筋。采用中國建筑科學研究院PKPM程序，對加固后的建筑進行抗震驗算，根據驗算結果該樓1層～4層墻體現有水平抗力均大于水平地震作用，抗力與荷載效應之比為:1 層1.94，2 層 2.17，3 層2.84，4 層4.19，各層水平抗力均滿足要求，該方案通過加固驗算，滿足現行規范要求，方案可行。

根據計算新增的混凝土板墻自重約為原建筑自重的15%左右，通過對原地基、基礎進行驗算，原有地基、基礎滿足設計要求，本次暫不考慮對其進行加固。

6 加固方案確定

本次加固采用混凝土板墻進行加固處理，該施工工藝成熟，應用范圍較廣泛，施工過程操作簡便，施工速度較快，工期有保證，不影響學校正常使用，對原有結構構件損傷較小，加固后結構整體性較好，新增荷載值較小，對原有地基基礎影響較小，方案比較經濟合理，在可控范圍內。

在施工過程中，應采取有效措施避免或減少對原有結構構件的損傷，發現原有結構或相關工程隱蔽部位有嚴重缺陷時，應會同有關單位及時作出處理，對可能導致的傾斜、開裂、局部倒塌等現象，應提前采取安全措施，并在施工過程及施工完成后一段時間內，不間斷進行沉降觀測。

7 結語

1)對于砌體結構，采用混凝土板墻進行加固處理，可有效地提高砌體結構的水平抗力，滿足抗震設計要求。

2)對于重點部位如樓梯間、水箱間、電梯間、疏散出入口等重點部位，應特別給予重視，采取特殊的措施進行加固處理。

3)根據鑒定報告，對于易倒塌的構件，如女兒墻、煙囪、門臉、挑檐、雨棚、預制構件等，應根據實際情況進行加固處理或拆除。

4)主體結構加固方案確定后，應同時驗算原有地基基礎是否滿足要求，在可能的條件下宜盡量減少地基基礎的加固工作量。

5)加固方案的確定在考慮結構整體安全性滿足要求的同時，應考慮施工工藝的可操作性、加固工程總體造價、加固工期的長短、加固對原使用功能的影響、建筑美觀方面等因素。

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