結合實例論述建筑結構抗震加固設計

趙暉

(鄭州大學綜合設計研究院有限公司，河南 鄭州 450000)

現階段，國內學校類人員密集場所的房屋建筑抗震設防水平偏低，造成大量傷亡，引起了社會各界對學校建筑等抗震設計的廣泛關注。汶川地震中建筑物的破壞情況，體現出了明顯的時代特征。70年代以前的建筑基本全部倒塌；80年代建筑受到嚴重破壞；90年代建筑呈現局部破壞；本世紀初的建筑只是輕度損壞。其原因是不同時期的建筑執行不同的標準，體現了從70年代建筑無抗震設防到建筑抗震設防標準逐步提高的過程。鑒于此，我國對學校建筑的安全性重新提到更高的高度。2010年開始對學校的既有建筑物展開大規模的校舍抗震安全普查工作，并展開抗震加固設計工作。本文通過對某學校建筑加固設計項目所總結的一些體驗，希望對從事此類加固設計行業的技術人員有所借鑒。

1 工程概況

本次抗震加固設計的學校建筑(教學辦公樓、辦公室、食堂等)均建于1978年左右，因設計年代久遠，絕大部分為磚混結構。其中教學辦公樓分為Ⅰ、Ⅱ區，Ⅰ區為教學樓，Ⅱ區為辦公樓，總建筑面積為3900m2，建筑1～4層層高3.70m，建筑物總高度為15.10m，均為磚混結構。依據地震后新頒布的《建筑工程抗震設防分類標準》中規定，小學、中學的教學用房以及宿舍和食堂，抗震設防類別應不低于重點設防類，即不低于乙類。依據清華大學房屋安全鑒定室提供的檢測鑒定報告，顯示教學辦公樓存在如下問題：

1.1 建筑高度超限

按照《建筑抗震設計規范》及《北京地區中小學校舍抗震鑒定與加固技術細則》中規定，對于一般教學用房，磚混結構高度限值為15m，對于橫墻較少的教學樓建筑，高度限值應減少3m，對于橫墻很少的教學樓則應再減少一層，高度降低3m。本樓中，Ⅰ區屬于橫墻很少，Ⅱ區屬于橫墻較少，建筑高度均超過上述規范限值。

1.2 橫墻間距超限，建筑物整體性差

建筑均采用預制樓板，整體剛度差。《建筑抗震設計規范》中規定磚混結構橫墻間距限值為7m。而本樓中Ⅰ區教學樓橫墻間距一般為9m，最大開間為10.38m,均超過了規范要求。

1.3 抗震構造

抗震構造中，建筑物建筑物各層均設置有圈梁，同時在外墻四大角、樓梯間角部、大開間內橫墻與外縱墻交接處均設置有鋼筋混凝土構造柱，建筑物具有一定的抗震構造措施，但橫墻與內縱墻交接處無構造柱，不滿足規范的構造要求。

局部樓板與墻體連接不滿足規范的構造要求。

1.4 建筑材料不滿足抗震鑒定標準

砌筑砂漿、砌體材料等強度偏低，導致抗震節點構造差。經采用中國建筑科學研究院編制的 PKPM 砌體結構鑒定加固軟件分析，1～2層大部分墻體及3～4層個別墻體的抗震承載力與荷載效應之比＜1.0；1、2層大部分墻體的正截面受壓承載力＜1.0。

2 結構抗震加固設計思路

2.1 抗震加固計算

依據2009年9月發布的《中小學校舍抗震鑒定與加固技術細則》(以下簡稱細則)中第1.0.4條第1款，在70年代及以前建造經耐久性鑒定可繼續使用的現有中小學校舍，其后續使用年限不應少于30年；在80年代（按TJ11-78設計）建造的現有中小學校舍，可采用40年或更長，且不得少于30年。確定本工程后續使用年限為30年，在進行鑒定加固計算時其加固標準為A類。按《建筑抗震加固技術規程》中第5.1.4條，應按下式計算墻體的綜合抗震能力指數：

βs﹦η﹒ψ1﹒ψ2﹒β0 (1）

式中：βs——加固后樓層或墻段的綜合抗震能力指數；

η——加固增強系數，與加固方法有關；

ψ1——體系影響系數；

ψ2——局部影響系數；

β0——樓層或墻段原有的抗震能力指數。

公式(1)中的參數ψ1、ψ2按《細則》中第5.3條選取。建立計算模型并將鑒定報告給出的砌筑砂漿、砌體材料輸入后，計算得出本樓Ⅰ、Ⅱ區的墻體存在抗震承載力及正截面受壓承載力不滿足要求。

2.2 加固方法的選擇

抗震加固施工方法主要有外加固法，內加固法，夾板墻加固法。外固法一般結合磚混結構的層數及抗震鑒定的結果，需要在建筑外側增加不同數量的構造柱、圈梁以及保證構造柱、圈梁和抗震墻體協同工作的拉桿。這種方法一般不占用室內建筑面積，對用戶影響較小，但對建筑立面造型影響較大。內加固法基本原理同外固法，也需要增設構造柱、圈梁及拉桿，必要時，如原有抗震墻體問距過大，需加設抗震墻體，內加固法不會改變建筑立面造型，一般適用于公共建筑。夾板墻加固法為在加固原有抗震墻體的基礎上提高抗震性能，目前最常用的是鋼筋網水泥砂漿面層加固法和混凝土板墻鋼筋網面層加固，即在要加固墻體的單面或雙面加設鋼筋網，用錨筋、插入短筋、拉結筋等方法把鋼筋網四周與樓板或大梁、柱或墻體連接。

本教學樓存在1、2層大部分墻體及3、4層個別墻體的抗震承載力不足；1、2層大部分墻體的正截面受壓承載力不足，橫墻與內縱墻交接處無構造柱等問題。2010年，某市的中小學校舍都進行了抗震加固，所有中小學校還為此提前兩個月放暑假，所有校舍要趕在暑假結束前結束加固施工。綜合上述因素，決定采用如下方法加固學校建筑物的原有墻體：1)對1、2層承載力不足的墻體采用雙面夾板墻加固法，即在原有墻體兩側各增加60mm厚的鋼筋混凝土板墻，混凝土強度等級為C20，板墻豎向鋼筋采用Φ10@200，水平鋼筋為Φ6@200,板墻采用呈梅花狀布置的錨筋、穿墻筋與原有砌體墻連接，板墻上下應與樓、屋蓋可靠連接。鋼筋混凝土板墻需另設基礎梁放置于墻體基礎之上。經驗算，采用上述方法加固的墻體的抗震承載力、受壓承載力均＞1.0。另一方面由于采用混凝土板墻加固墻體結構，使原來的純磚砌體變為組合砌體結構，可以間接地解決建筑超高問題。對3、4層抗震承載力不足的墻體，采用單面60mm厚的板墻加固均滿足計算要求。依據《細則》中第5.4.4條第4款當墻體采用雙面鋼筋網砂漿面層或鋼筋混凝土板墻加固，且在墻體交接處增設相互可靠拉結的配筋加強帶時，可不另設構造柱。所以在每層橫墻與內縱墻交接處設置的60mm厚的鋼筋混凝土板墻可解決此處原墻體無構造柱的抗震構造要求。鋼筋混凝土板墻施工方法主要采用噴射混凝土法施工，這樣可保證施工進度和質量。2)對空心樓板與墻體連接不足的問題，考慮到增設鋼筋混凝土板墻處樓板的擱置長度可增加60mm，均可滿足規范要求≧100mm的要求；在3、4層未設板墻的墻體處，采取了在樓板與墻體交接處增設角鋼以加強其連接。在Ⅱ區每層有兩根混凝土簡支梁，承載樓板及其上120mm厚墻體重量，考慮到年代有些長，雖然配筋基本滿足承載力要求，所以決定采用貼碳纖維布法對其加固。這種加固技術在目前都是比較常用、成熟的，同時也是被實踐證明是行之有效的方法。

本工程的抗震加固，從設計方案的優化，到施工方法的正確選擇，再加上合理的施工安排，在學校要求的施工工期內完成，加固效果良好，滿足了房屋的抗震設防要求，在經濟性上也滿足了校方的要求。施工時間為暑假期間，對學校的開學使用無任何影響，受到了學校和上級主管部門的一致好評。

3 結 語

鑒于我國90年代以前的中小學校舍大部分均采用砌體結構，建筑布局基本相似，基本上均存在本教學樓中的問題。地震時所造成的嚴重后果，使國家對中小學校舍的安全性更加重視。目前全國已經廣泛的進行了校舍抗震安全普查工作，以后從事加固設計工作的技術人員會接觸到很多此類工程。上述加固方法已經應用于實際加固工程當中，本工程施工作業方便，技術先進，進度迅速，經濟效果突出，加固效果良好，在各方面都取得了良好的效益。