某教學樓抗震加固方案探析

趙國鵬 陳 東 任潤田

(西安市政設計研究院有限公司，陜西 西安 710068)

某教學樓抗震加固方案探析

趙國鵬 陳 東 任潤田

(西安市政設計研究院有限公司，陜西 西安 710068)

通過西安市某教學樓的抗震鑒定實踐，對建筑墻體進行抗震承載力復核，在對設計基準周期進行換算的基礎上，對該教學樓進行了抗震加固設計，達到了預期的加固效果。

設計基準周期，承載力，抗震加固，外包加固法

1 工程概況

西安某教學樓為3層砌體內框結構，建筑面積21 400 m2。屋蓋為木屋架承重屋蓋，基礎為磚砌體條形基礎，地基處理為灰土墊層。該建筑墻體材料強度采用MU7.5普通粘土磚，砂漿強度等級采用M2.5混合砂漿。該建筑建于1965年。原設計抗震設防烈度為8度，基本加速度0.2g,場地為Ⅱ類場地。建筑立面見圖1?，F經學校發展要求該建筑經過抗震加固后使用年限為30年。

2 結構檢測及構造措施檢查

1)查閱設計圖紙、設計變更及地質勘察報告，了解工程概況、結構形式及相關設計要求和參數。

通過現場對工程外觀進行檢查及目前使用狀況調查，了解建筑物與設計的相符程度、多年來的結構使用情況以及是否受內外環境的影響，確定建筑物現有實際使用狀況；對工程是否存在裂縫、周圍地面、散水是否存在不均勻沉降等各種損傷情況進行普查，對建筑結構布置及結構形式，圈梁及支撐的布置，結構及其支承構造，構件的連接構造，原始施工、歷次修繕、改造、用途改變等情況進行詳細調查。由于客觀因素未對材料的材性檢測分析。

經普查后發現未按GB 50011—2010建筑抗震設計規范設置構造柱?？缍却笥? m的梁支撐條件不符合GB 50011—2010建筑抗震設計規范第7.3.6條的規定。局部墻體有裂縫，如圖2所示。

2)設計基準周期和設防烈度的選取。

我國建筑抗震設計規范所采用的設計基準周期為50年，對于設計使用年限為30年的建筑，在其設計基準期內的活荷載、雪荷載、風荷載、地震等荷載和作用的取值另行確定。鑒于上述原因，在基本設防烈度為8度的西安地區，對設計使用年限為30年對應的設防烈度的確定是定值驗算的根本所在。

按照《建筑抗震設計規范疑問解答》(中國建筑工業出版社)第二章.第一節.第2，3條的計算方法確定計算參數如下：

地震重現周期：X=9.58T=9.58×30=287.4年。

其中，T為設計使用年限，本次設計為30年。

基本烈度為8度地區重現期為287.4年的設防烈度為：

I=a(logX)2+blogX+C=0.01×(log287.4)2+1.5×log287.4+3.85=7.597 7度。

其中，a為基本烈度為8度時取0.01；b為基本烈度為8度時取1.50；C為基本烈度為8度時取3.85。

由上述計算可知，在基本設防烈度為8度的西安地區，設計使用年限為30年，重現期為287.4年的設防烈度可近似取為7.5度。

3)計算分析。

按基本設防烈度8度，30年重現期對應的烈度7.5度依照GB 50011—2010建筑抗震設計規范進行計算。計算選用中國建筑科學研究院的PKPM系列軟件，按半剛性樓、屋蓋方案分配地震力，材料強度及構件尺寸按原設計圖紙選用，荷載按30年對應選取。計算結果不能通過的部位為底部一層。

3 結構抗震加固方案

本次加固方案的結構布置和連接構造遵照下列原則：按照GB 50011—2010建筑抗震設計規范采用的三水準設防思想，即小震不壞，中震可修，大震不倒進行抗震加固。

3.1 材料強度的加固

對于強度不滿足計算要求的柱、梁、墻擬采用以下加固方法。

3.1.1 磚墻加固

1)加固方法一：壓力灌注水泥漿加固法。

此方法可以提高砌筑砂漿強度等級增強磚墻的抗震承載能力。根據JGJ 116—2009建筑抗震加固技術規程第5.2.1.2條規定：“滿墻灌漿加固后的墻體，可按原砌筑砂漿強度等級提高一級計算。”采用壓力灌漿加固，可從根本上解決構件自身強度過低的問題。該方法操作空間小，未增加結構重量，建筑的原貌及內部功能不受影響。該方法在天津地區應用較為普遍，西安地區尚無經驗。該方法的使用范圍為：a.墻體厚度不小于240 mm；b.砌筑砂漿強度等級小于M2.5；c.每層墻垂直偏差不大于10 mm；d.墻體無嚴重酥裂及出現平面錯動。具體實施方法為：a.灌漿嘴在水平與垂直方向間距約為0.5 m；b.清水磚墻勾縫不牢時，應先將松動部位清理，然后進行勾縫封閉。

2)加固方法二：外包加固法(見圖3)。

此方法又稱鋼筋網水泥砂漿面層加固法。此法可以不用支模板，鋪設鋼筋后分層抹灰，比較簡便。鋼筋網能有效提高磚墻的抗倒塌能力。按照JGJ 116—2009建筑抗震加固規程第5.3.1.3條規定，加固后粘土磚墻體剛度的提高系數按下式計算：

單面加固實心磚墻：

雙面加固實心磚墻：

具體實施方法為：

a.面層砂漿強度等級為M10,面層厚度35 mm，鋼筋直徑4，網格尺寸300 mm×300 mm，以鋼筋與墻體拉接或錨接。b.原墻面堿蝕嚴重部位，應先清除松散部分，并用1∶3水泥砂漿抹面，已松動的勾縫砂漿應鏟除。c.鋪設鋼筋網。d.抹水泥砂漿。

3.1.2 柱、梁加固

該方法分為外包混凝土加固和外包型鋼加固(見圖4)。外包混凝土加固主要為濕作業，周期長、需要支模且對結構自重增加較多。外包鋼加固(又稱鋼構套加固)主要為干作業，無需支模，自重輕、操作簡便且施工周期短。該方法充分利用鋼材強度，可有效提高柱梁的強度、剛度及結構的抗倒塌能力。按照JGJ 116—2009建筑抗震加固技術規程第6.3.2.4條規定：

柱加固后的初始剛度可按下式計算：

K=K0+0.8EaIa。

柱加固后的現有正截面受彎承載力可按下式計算：

My=My0+0.7Aafayh。

柱加固后的現有斜截面受剪承載力可按下式計算：

Vy=Vy0+0.7Aafayh/S。

3.2 構造保證措施

3.2.1 構造柱的設置

歷次震害表明，在水平地震作用下，當一側的墻體倒塌時，與之正交的另一側墻體會由于失去側向支撐而隨后坍塌，因此不僅要求墻體在強度方面滿足抗震驗算的要求，而且要求與其他墻體有可靠的構造連接。縱橫墻的交接部位設置構造柱能有效提高結構的抗倒塌能力。原設計縱橫墻相交部位灰縫內均設有水平壓筋，已有壓筋與新增構造柱結合可有效提高結構的抗倒塌能力。

新增構造柱的設置方式可分為以下幾種：

方式一：嵌入式(見圖5)。

按構造柱尺寸鑿除部分磚墻，將構造柱嵌于墻內，構造柱施工完畢后。內墻部位以粉刷層掩蓋，外墻在構造柱粉刷層表面按照外墻磚縫尺寸勾縫。此方法的優點在于不占用室內空間且外觀與現有建筑物一致，但施工時需破壞墻體，在結構受力部位需支頂、卸荷，操作難度大。

方式二：外露式(見圖6)。

此方法無需破壞墻體，不必支頂、卸荷，直接將構造柱設置于墻角部位，施工相對容易，費用較嵌入式低。本次加固擬在建筑物內部設置外露式構造柱，構造柱與樓蓋連接按規范要求可靠連接。

方式三：增設砌體抗震墻。

拆除原有隔墻，在此部位增設砌體抗震墻，墻厚不小于240 mm，磚強度MU10，砂漿強度不高于M5。一層墻下設置基礎，墻頂設置混凝土壓梁，此方法可有效提高樓層的綜合抗震承載能力，提高樓層的整體剛度，施工簡便，但此方法可能會對局部使用功能有影響。

3.2.2 梁的支承條件

梁的支承條件是保證樓、屋蓋與墻體整體性的重要措施，結構抗震性能的重要保證，因此在跨度大于6 m的梁下設置構造柱。構造柱與樓蓋按規范要求可靠連接。

4 結語

1)經過對墻體、柱、梁進行抗震加固后該結構承載能力及抗震能力提高30%，滿足GB 50011—2010建筑抗震設計規范采用的三水準設防思想，既達到小震不壞，中震可修，大震不倒的抗震設防目標，同時達到預期的加固效果。

2)該加固方案對結構自重增加小，對原結構不會造成損傷，同時對結構和外觀影響不大，整個加固過程施工簡單，周期短，確保學校開學后正常教學。

[1] GB 50011—2010，建筑抗震設計規范[S].

[2] JGJ 116—2009，建筑抗震加固技術規程[S].

[3] 王亞勇.建筑抗震設計規范疑問解答[M].北京：中國建筑工業出版社，2011.

Analysis on the teaching building seismic reinforcement scheme

Zhao Guopeng Chen Dong Ren Runtian

(Xi’anMunicipalDesignAcademyCo.,Ltd,Xi’an710068,China)

Based on the teaching building of Xi’an seismic identification practice, the article audits the wall seismic bearing capacity, carries out seismic reinforcement design on the basis of design criteria cycle, with a view to achieve expected reinforcement effect.

design criteria cycle, bearing capacity, seismic reinforcement, outsourcing reinforcement method

2015-02-10

趙國鵬(1981- )，男，工程師； 陳 東(1979- )，男，工程師； 任潤田(1977- )，男，高級工程師

1009-6825(2015)13-0034-02

TU352

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