淺談中小學校舍安全工程的加固

劉 翀 （宿州市建設工程質量監督站，安徽 宿州 234000）

1 中小學校舍加固依據

現在中小學校抗震加固主要設計依據是中小學現有校舍的抗震鑒定報告中的“維修、加固意見”；設計必須按“JGJ116-2009”第3.0.1、3.0.2條執行，采用不同的加固方式，解決好新老構件的連接；避免產生局部剛度和強度的突變，采用的新材料、新技術應結合現有結構的特點，現在中小學校舍的建筑抗震加固設計應按“JGJ116-2009”第3.0.3、3.0.4、3.0.5、3.0.6條要求執行；對于計算簡圖和計算參數選用應采用符合加固后結構實際情況。

A類結構的抗震驗算，優先采用與抗震鑒定相同的簡化方法，但應按加固后的實際情況，取相應的計算參數和構造影響系數；“JGJ116-2009”明確不同后續使用年限的抗震驗算方法。

對于后續使用年限50年的中小學校舍，結構材料性能設計指標、地震作用、地震作用效應調整、結構構件承載力抗震調整系數均應按現行設計規范、規程的有關規定執行。

對于后續年限少于50年的結構，按現行《建筑抗震鑒定標準》（GB50023-2009）規定的A、B類建筑結構，其設計特征周期，原結構構件材料性能設計指標、地震作用效應調整等應按GB50023-2009規范規定采用，結構構件的“承載力抗震調整系數”應采用“抗震加固的承載力調整系數”替代。

A類建筑，新增鋼筋混凝土構件、砌體墻體仍按單構件對待，“抗震鑒定的承載力調整系數”加固后的構件仍應依據其原有構件按“GB50023-2009”規定采用。

B類建筑，宜按現行國家GB50011-2010規范規定的“承載力抗震調整系數”值采用。

對于加固的砌體塊材、砂漿和混凝土強度等級、鋼筋、鋼材的性能指標應符合GB50011-2010第3.9節第3.9.2條第3款的要求規定，其他各種加固材料和膠粘劑的性能指標應符合國家相關標準、規范要求。

2 中小學校舍幾種結構類型建筑的加固

2.1 多層砌體建筑的加固

適用條件是多層砌體的最大高度和層數符合“GB50023-2009”的第5.1.2、表5.2.1、第5.3.1、表5.3.1規定的要求，加固后的樓層、墻段綜合抗震能力指數，按“GB50011-2010”驗算墻段截面抗震受剪承載力，在“JGJ116-2009”第5.1.4、5.1.5條中的公式5.1.4、5.1.5-1、5.1.5-2中的BO、VRO皆為原先樓層或墻段綜合抗震能力指數，原有墻段的受剪承載力設計值，這些值均以“GBG50023-2009規范”的計算結果為依據，各種系數仍按“GBG50023-2009”規定取值計算，加固的ψ1、ψ2取值按“JGJ116-2009”第5.1.4、5.1.5條條文說明，滿足相應條件均取1.0，那么公式5.1.4、5.1.5-1、5.1.5-2中只有“η”加固增強系數，按不同的加固方法計算出不同的增強系數，加固后驗算的實際是鑒定計算的“接力”，基礎數據來自鑒定計算。

2.1.1 水泥砂漿和鋼筋網砂漿面層加固

“JGJ116-2009”第5.3.7條強調了以下幾點：

①板墻與原有樓板，周邊結構構件應采用短筋，拉結鋼筋可靠連接；

②板墻的鋼筋應與原墻充分錨固；

③板墻應有基礎，條件允許時基礎埋深同原有基礎。第5.3.1、5.3.2這兩條明確規定了這種加固的設計方法、構造要求；加固后的樓層抗震能力的增強系數計算公式5.3.2-1、5.3.2-2，以及加固的磚墻剛度提高系數計算公式5.3.2-3、5.3.2-4、5.3.2-5，如何施工見5.3.3條，具體做法見09SG619-1第44～57頁。

2.1.2 采用鋼筋混凝土板墻加固

“JGJ116-2009”第5.3.7～5.3.9條鋼筋混凝土板墻加固時，由于混凝土與磚砌體的彈性模量相差較大，混凝土不能充分發揮作用，因而其強度等級不宜過高，厚度也不宜過大，第5.3.7條強制性條文要求：

①板墻與原有樓板，周邊結構構件應采用短筋、拉結筋可靠連接；

②板墻的鋼筋應與原墻體充分錨固；

③板墻應有基礎，條件允許時基礎埋深同原有基礎。

板墻加固后，樓層抗震能力的增強系數可按“JGJ116-2009”公式5.3.2-1計算，其中板墻加固墻段的增強系數，原有墻體的砌筑砂漿強度等級為M2.5和M5.0時可取2.5；砌筑砂漿強度等級為M10時可取0.8。其施工方法參照雙層加固要求做即5.3.3條，板墻可支模澆筑或采用噴射混凝土，其具體做法可見09SG619-1第17～44頁。

2.1.3 增設抗震墻加固

“JGJ116-2009”第5.3.10～5.3.12條是增設砌體抗震墻加固設計的材料構造，連接做法，新老墻的連接，新墻基礎要求經加固，橫墻間距的體系影響系數應作相應改變，樓層抗震能力的增強系數按5.3.10公式計算。

采用增設現澆鋼筋混凝土抗震墻加固砌體房屋時，應符合“JGJ116-2009”5.3.12條規定，加固后樓層增強系數按5.3.10公式計算，其中增設墻段的厚度可按240計算，墻段的增強系數，厚墻體砌筑砂漿強度等級不高于M7.5時可取2.8，M10時可取2.5。

2.2 多層鋼筋混凝土框架建筑的加固

2.2.1 一般規定

本節與GB50023-2009第6章有密切關系，鋼筋混凝土房屋的加固，體系的選擇和綜合抗震能力驗算是基本要求，應注意以下幾點。

①要從提高房屋的整體抗震能力出發，防止因加固不當而形成摟層剛度、承載力分布不均勻或形成短柱、短梁、強梁弱柱等新的薄弱環節。

②在加固的總體決策上，應從房屋的實際情況出發，側重于提高承載力或提高變形能力或二者兼有，必要時，也可采用增設抗震墻，改變結構體系集中加固，而不必對每根梁柱普遍加固。

③加固結構體系的確定，應符合抗震鑒定結論而提出的方案，當改變原框架結構體系時，應注意計算樓型是否符合實際，整體影響系數和局部影響系數的取值方法應明確。

④加固的抗震驗算與砌體結構類似，也可采用與抗震鑒定同樣的簡化方法；此時，混凝土結構綜合抗震能力應按加固后的結構狀況，確定其地震作用，樓層屈服強度系數，體系影響系數和局部影響系數的取值。

加固后的驗算方法：

采用綜合抗震能力指數方法時，就是采用“GBG50023-200 9”第6.2節第二級鑒定規定的方法，取典型的平面結構計算；但其中，結構的地震作用要根據加固后的實際情況按“JGJ116-2009”第3.0.4條規定計算；構件的抗震承載力除了按“GB50023-2009”附錄C計算外，仍需按“JGJ116-2009”第六章規定考慮新增構件應變滯后和新舊構件協同工作的程度的影響，體系影響系數和局部構造影響系數也按本章的有關規定確定。

2.2.2 加固方法：

“JGJ116-2009”第6.2.1條列舉了結構體系和抗震承載力不滿足要求時，可供大家選擇的有效加固方法。在加固之前，應盡可能的卸除加固構件相關部位的全部荷載（起碼是局部停止使用）。

原有的A類混凝土框架結構體系屬于單向框架時，需通過節點加固成雙向框架，當節點加固程度較大，也可按GB50011-2010框架—抗震墻結構的墻體布置要求，增設一定數量的鋼筋混凝土墻體并加固相關節點而改變結構體系，從而避免對所有的節點予以加固；對于B、C類混凝土框架結構，當時執行的GB50011已經明確規定設計為雙向框架，一般不會出現單向框架。

單跨框架對抗震不利是十分明確的，當鑒定報告結論明確要求加強時，可按本條規定選擇增設墻體、翼墻、支撐或框架柱的方法；需注意增設墻、支撐、柱的最大間距，應按多道防線的設計原則，符合設計規范。框架—抗震墻結構的墻體布置最大間距的規定，且不得大于24m，框架—抗震結構的抗震墻之間樓、屋蓋的長寬比見GB50011-2010第6.1.6表6.6.1；各種加固方法在“JGJ116-2009”第6.3節中有詳細敘述。

2.2.3 加固設計及施工

本節將從設計、材料、施工詳細的介紹幾種近年來成熟的加固補強的具體方法。

2.2.3.1 增設抗震墻或翼墻

增設抗震墻的加固方法，通過改變結構體系實現多道設防，避免對梁、柱的普遍加固，設計按框架—抗震墻結構進行，為了使增設抗震墻加固有效，以下幾點應注意：

①墻體的最小厚度；

②墻體的最小豎向和橫向分布筋；

③新增構件的應力滯后，在進行抗震承載力驗算時，新增混凝土和鋼筋強度均應乘以折減系數；

④加固后抗震墻之間樓、屋蓋長寬比的局部影響系數應作相應改變。

增設鋼筋混凝土抗震墻或翼墻加方法的構造要求及加固后截面的抗震驗算方法，地基承載力、復核梁跨度減小，以及確保新老構件連接的三種方法：錨筋連接、鋼筋混凝土套連接、錨栓連接及施工要求見“JGJ116-2009”的第6.3.2、6.3.3條，施工加固可參見09SG619-1第94～99頁。

2.2.3.2 鋼筋混凝土套加固

“JGJ116-2009”第6.3.7條強制性條文規定了采用鋼筋混凝土套加固的基本要求，使用這種方法，必須注意以下幾點。

①混凝土套的縱向鋼筋要與其兩端的原結構構件如樓蓋、屋蓋、基礎和柱的上下等可靠的連接。

②應考慮新增部分的應力滯后，作為整體構件驗算承載力，新增的混凝土和鋼筋的強度，均應乘以折減系數。

A、B、C類建筑不同，采用鋼筋混凝土套加固的設計要求不同；對新增的箍筋，應采取措施加強與原構件的拉接，如采用錨筋、錨栓、短筋焊接等方法。

加固后的梁柱可作整體構件進行抗震驗算，其現有的承載力，A、B類鋼筋混凝土結構可按現行“GB50023-2009”規定的方法確定，C類鋼筋混凝土結構可按現行GB50010-2010規定的方法確定。其中，新增鋼筋混凝土的強度折減系數不宜大于0.85；當新增的混凝土強度等級比原框架柱高一個等級時，可直接按原強度等級計處而不再計入混凝土強度的折減系數。對于A、B類鋼筋混凝土結構，按樓層綜合抗震能力指數驗算時，梁柱箍筋、軸壓比等的體系影響系數可取1.0。

鋼筋混凝土套的施工要求見“JGJ116-2009”第6.3.9條，施工詳圖可參見09SF619-1第91～99頁。

2.2.3.3 粘貼鋼板加固

“JGJ116-2009”第6.3.10條是參照《混凝土結構加固設計規范》（GB50367-2006）制定的，該條規定了采用粘貼鋼板加固方法的要求，加固前應卸載，且應注意防火和防腐的要求。

GB50367-2006規范中承載力計算公式是針對靜載的，膠粘劑在拉壓反復作用下的性能與荷載下有所區別，從偏于安全的角度，采用GB50367-2006的計算公式時，原有混凝土構件的抗震承載力與抗震鑒定時的取值相同，需取rRa（其值依據后續使用年限的不同而變，均小于1.0），而鋼板部分的承載力的“抗震加固承載力調整系數”取1.0，例如斜截面受剪承載力驗算公式為：V≤V0/rRa+VSP，式中V0/rRa為原有鋼筋混凝土構件的抗震承載力，對于A、B類，可按“GB50023-2009”第6章的有關附錄計算，即材料強度、計算公式與現行GB50010-2010規范不同。

為了解決粘貼的鋼板與原結構構件的有效粘接，宜采用膨脹栓壓緊鋼板使膠粘劑均勻。

2.2.3.4 粘貼纖維布加固

“JGJ116-2009”第6.3.11同樣來自GB50367-2006規范，但對采用粘貼纖維布加固梁柱時提出了一些要求，與粘鋼一樣，也提出了加固設計和施工要求，加固前應卸載，并強調對碳纖維的防火要求。

GB50367-2006規范中的承載力計算公式也是針對荷載的，與粘鋼加固一樣，對原有混凝土構件的抗震承載力與抗震鑒定時的值相同，需取rRa（其值依據后續使用年限的不同而變，均小于1.0），碳纖維部分的承載力的抗震加固承載力調整系數取1.0。

無論梁、柱原有混凝土構件抗震承載力與抗震鑒定時的取值相同，需取rRa（其值依據后續使用年限不同而變，均小于1.0）；施工前應先卸載，具體做法詳見09SG619-1第85、86頁。

以上著重介紹現有中小學校舍最常用的多層砌體建筑，多層鋼筋框架建筑的加固成熟常用的一些方法，相關的構件加固如預制板、木屋架單層砌體校舍在相關的標準圖中都有詳盡的交代，但對于一些基層現存的木屋架單層砌體校舍，無圈梁、無構造柱、無施工圖、無地質勘察報告，建議拆除重建，已無加固價值。