上海金山區(qū)中小學(xué)校舍抗震加固的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)用

夏先清

摘要：一般建筑物的設(shè)計使用年限為50年，在接近或達(dá)到設(shè)計使用年限以前，必須采取有效的措施對已有建筑進(jìn)行抗震加固，且加固以后的建筑要滿足現(xiàn)行國家和地方的有關(guān)設(shè)計規(guī)范和使用標(biāo)準(zhǔn)才可以繼續(xù)使用。 通過實際工程出發(fā)，對八十年代左右的一些中小學(xué)校舍進(jìn)行抗震加固，依據(jù)現(xiàn)在最新的抗震鑒定報告，提出了有效、可行的抗震加固設(shè)計方法。

關(guān)鍵詞：中小學(xué)校舍；抗震鑒定報告；結(jié)構(gòu)類型；抗震加固方法

中圖分類號：TU746 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號1672-3791（2016）01（b）-0000-00

目前金山區(qū)現(xiàn)有的、已建的比較老的中小學(xué)校舍大多數(shù)都建于八十年代左右，近三十幾年了，已接近設(shè)計使用年限。且隨著人口的增長，九年義務(wù)教育的普遍實行，受教育的人數(shù)也極速增長。在大力新建校區(qū)的同時，對原有中小學(xué)校舍的加固使用也刻不容緩。因新建校區(qū)的各項手續(xù)繁瑣，以及施工的實際工期都比較長；而對原有的中小學(xué)校舍進(jìn)行抗震鑒定加固，不同的結(jié)構(gòu)類型，各個建筑分段施工，工期短，可控性和操作性很強，利用每年的5-10月份，基本不影響學(xué)校的正常使用，且后續(xù)使用年限可增加30～40年。

1. 建筑抗震加固的結(jié)構(gòu)設(shè)計理念

八十年代左右的中小學(xué)校舍大多是砌體結(jié)構(gòu)為主，承重砌體和預(yù)制樓板，包括教學(xué)樓、宿舍樓和辦公樓等；而像食堂和階梯教室等多為框架結(jié)構(gòu)，主框架承重和預(yù)制樓板，抗震性能的整體性差；有的還存在砌體和框架混合承重的結(jié)構(gòu)體系，傳力比較模糊。在現(xiàn)階段的抗震中，這些結(jié)構(gòu)都已經(jīng)不能滿足現(xiàn)有的規(guī)范和設(shè)計要求。因此，依據(jù)現(xiàn)行最新的抗震鑒定報告，改變原有結(jié)構(gòu)的承重體系和受力性能，對原有承重墻、柱和樓板進(jìn)行抗震加固，加強原有結(jié)構(gòu)的抗震性能，在預(yù)期的后續(xù)使用年限內(nèi)能夠達(dá)到抗震設(shè)防的標(biāo)準(zhǔn)，滿足使用的安全性。

2.工程概況及基本設(shè)計參數(shù)

本工程為上海市民辦金盟中學(xué)校安工程（抗震加固）項目，位于上海市金山區(qū)。原建筑的設(shè)計時間為上世紀(jì)八十年代初，含中學(xué)部和小學(xué)部，包括教學(xué)樓、行政辦公樓、宿舍樓、舞蹈房、食堂和階梯教室等等，結(jié)構(gòu)類型有砌體結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)，各樓之間設(shè)置的單跨連廊為框架結(jié)構(gòu)。本文以小學(xué)部的南、北宿舍樓及連廊和大開間的單層舞蹈房的加固為例，根據(jù)抗震鑒定報告，詳細(xì)介紹抗震加固的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法和實際應(yīng)用。

本工程建筑結(jié)構(gòu)的安全等級為二級，結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防類別為重點設(shè)防類（乙類），抗震設(shè)防烈度為7度（0.1g），設(shè)計地震分組為第一組，建筑場地類別為IV類，地面粗糙度為B類，加固設(shè)計后續(xù)使用年限為30年（簡稱A類建筑）。

小學(xué)部的南北宿舍樓為砌體結(jié)構(gòu)，中間連廊為單跨框架結(jié)構(gòu)；單層舞蹈房為砌體結(jié)構(gòu)。

3.抗震加固的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法

（1）由于都是老建筑，原有結(jié)構(gòu)的類型、樓板的形式、墻體和砂漿的等級以及目前使用后的損壞情況等，能表面觀察的東西比較少，需要借助檢測工具和專門的鑒定機(jī)構(gòu)對原有建筑做出技術(shù)鑒定，出具相關(guān)的抗震鑒定報告。依據(jù)報告的內(nèi)容和實測的建筑的各項指標(biāo)，才能針對性的建立模型和計算。因此，抗震鑒定報告是結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要前提和關(guān)鍵部分，缺一不可。

（2）原有建筑的建筑和結(jié)構(gòu)設(shè)計圖紙也是加固設(shè)計的前提條件之一。原有建筑的功能布置和結(jié)構(gòu)形式，是加固設(shè)計結(jié)構(gòu)建模的基礎(chǔ)，墻體厚度和柱子大小、定位，窗洞和門洞以及層高等。抗震加固結(jié)構(gòu)設(shè)計時，需要在PKPM里建立兩個計算模型：加固前的原模型和加固后的新模型。

（3）抗震加固計算的過程：第一步，按照抗震鑒定報告的數(shù)據(jù)以及現(xiàn)有的圖紙，建立加固前的原模型，包括原有梁柱的實際配筋量，而計算時則按照現(xiàn)行有關(guān)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和抗震要求計算。對于不滿足要求的梁柱和墻體，查看不滿足的指標(biāo)，采取相應(yīng)的加固措施。第二步，對不滿足要求的部位采取相應(yīng)加固措施后，再行按照現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)計算。如果滿足要求，則加固可行；如果不能滿足要求，則需另行采取更好的加固方法，直到達(dá)到抗震加固的設(shè)計要求。

（4）砌體結(jié)構(gòu)的墻體加固設(shè)計：本工程的小學(xué)部南北宿舍樓以及舞蹈房均為砌體結(jié)構(gòu)，原有砌體和砂漿強度明顯低于原有設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，部分門洞、窗洞以及轉(zhuǎn)角處的砌體已經(jīng)不滿足抗震的能力要求，需要加固。為了提高整體的抗震性能，對宿舍樓原有砌體采取單面或雙面鋼筋網(wǎng)砂漿面層加固；舞蹈房由于開間比較大，層高較高，經(jīng)試算后采用雙面板墻加固承重砌體墻。

（5）砌體結(jié)構(gòu)中無構(gòu)造柱的加固設(shè)計：原有建筑在轉(zhuǎn)角、大開間處的縱橫墻處和門洞間的小墻垛處均未設(shè)構(gòu)造柱。加固設(shè)計時，在墻垛薄弱處和建筑四周以及大開間處均增設(shè)砌體組合構(gòu)造柱。在原有墻體上鉆孔開洞增設(shè)箍筋，并與35mm厚墻體的砂漿網(wǎng)面層或60mm厚板墻面層結(jié)合，形成具有整體抗震性的砌體承重墻。

（6）預(yù)制空心樓板的加固設(shè)計：本工程建于八十年代，所有的樓面板和屋面板均為預(yù)制空心板（除衛(wèi)生間和部分不規(guī)則處的樓板外）。預(yù)制空心樓板單向擱置受力，抗震整體性差，地震時容易出現(xiàn)斷裂破碎，造成房屋整體垮塌。預(yù)制樓板的加固可采用樓板下整體支托斜撐和全部碳纖維加固的方法，增加整個樓板的整體抗震性，以滿足抗震要求。支托斜撐對于不吊頂?shù)慕ㄖ嬖谝曈X效果不好的局限，因此大多數(shù)情況下采用碳纖維加固樓板。

（7）混凝土梁和柱的加固設(shè)計：本工程因位于上海市金山區(qū)，以前的抗震設(shè)防烈度為6度。現(xiàn)規(guī)范已明確規(guī)定按7度抗震設(shè)防，因此原有的砼梁和柱的配筋大多無法滿足現(xiàn)行抗震的要求。對不滿足承載力要求的梁或柱，采用加大截面法、粘碳纖維和鋼板加固。因每種方法對承載力提高的程度都有不同，實際加固設(shè)計時要考慮的因素很多。具體到每一根梁、每一根柱都是不同的。對于混凝土柱的箍筋間距不滿足要求的，可采用螺桿箍進(jìn)行斜截面加固。

（8）單跨的框架結(jié)構(gòu)連廊加固：學(xué)校建筑屬于乙類，規(guī)范規(guī)定不應(yīng)采用單跨框架結(jié)構(gòu)。而中小學(xué)校舍中，樓與樓之間都有連廊，且均為單跨框架結(jié)構(gòu)。加固設(shè)計時，可采取增加一跨框架柱的形式，形成兩跨框架或者增加剪力墻，改變結(jié)構(gòu)類型，變成框剪結(jié)構(gòu)。因兩種結(jié)構(gòu)都會改變連廊的外立面，而增加一跨框架柱，可以不做樓板，僅為框架的構(gòu)架，實際施工更為方便和可行，大多采用此方法。

（9）樓梯的加固設(shè)計：實際工程中，為增加樓梯的剛度和強度，可采用鋼絞線網(wǎng)片聚合物砂漿加固樓梯底板和底版粘鋼板加固。樓梯處的梯梁一般采用加大截面法加固。如果通過計算，樓梯能滿足現(xiàn)行的抗震設(shè)計要求，也可不加固。但樓梯四周的墻體需采用雙面鋼筋網(wǎng)砂漿面層加固，提高樓梯處整體剛度。

（10）對于某些框架結(jié)構(gòu)的加固，采用以上的方法都不能完全達(dá)到現(xiàn)行規(guī)范的抗震要求，也可采用屈曲約束支撐加固。加固后的結(jié)構(gòu)抗震性能大幅度提高，且有大量的抗震安全儲備。但因影響外立面的效果，實際加固設(shè)計時也要多方溝通，得到認(rèn)可才能實施。另外，學(xué)校的老建筑使用近三十幾年，很多墻體和樓板都會有不同程度的裂縫產(chǎn)生。對于各種裂縫的修補方法最常見的是壓力注漿法，易施工，也能達(dá)到對裂縫的封閉或補強。

4.結(jié)語

對于中小學(xué)校舍的抗震加固工程，根據(jù)國家的標(biāo)準(zhǔn)圖集以及關(guān)于抗震加固的設(shè)計規(guī)范、規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)，實際中采用的加固方法可根據(jù)具體工程加以深化和改進(jìn)，大同小異。每一個工程里都有自己的特點和具體要求，而中小學(xué)校舍的抗震加固，因受時間和空間的限制，如何在滿足抗震加固設(shè)計的前提下，尋求更好更方便更省力的加固方法，也是抗震加固中結(jié)構(gòu)設(shè)計的難點。只有在實際的應(yīng)用中多多積累經(jīng)驗，才能不斷創(chuàng)新。

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