某幼兒園教學樓結構鑒定及加固要點分析

0 概述

上海市閔行區某幼兒園教學樓為一幢兩層的建筑，約建造于上世紀90年代，原建筑為兩層的磚混結構體系，后期在房屋西南側進行了擴建，擴建部分為兩層的混凝土框架結構體系。目前，房屋原有部分主要作為教室、打飯間及午睡室使用，擴建部分主要作為餐廳及活動室使用。在使用過程中，教學樓出現了一定程度的損壞現象，為確保房屋的結構安全及正常使用，對該教學樓進行了安全性檢測鑒定，并針對鑒定發現的問題，進行了加固設計及施工。本文針對該房屋的結構現狀及實際使用情況，對結構檢測鑒定及加固設計若干技術要點進行了分析，并提出了意見及建議。

1 工程概況

教學樓為一幢兩層的教學建筑，原始部分采用磚混結構體系，樓屋面采用預制板承重，外墻及內縱墻設圈梁，大梁擱置端設構造柱；擴建部分（1～3/A～G軸間區域）采用鋼筋混凝土框架結構體系，橫向單跨（跨距5.33m）、縱向三跨（等跨，跨距3.4m），樓屋面采用現澆板。底層建筑平面如圖1所示，2層及屋面結構平面如圖2所示。檢測數據表明，該房屋呈向東傾斜規律，南北方向上傾斜無明顯規律，各測點的傾斜率在0.2‰～3.7‰之間，均未超過《危險房屋鑒定標準（JGJ125-99，2004年版）規定限值10‰。砌筑砂漿抗壓強度離散型較大，各測區推定值介于2.3～11.6MPa之間，磚強度等級MU10。

2 房屋結構檢測鑒定要點分析

2.1 地基承載能力判定

本工程教學樓所在場地地質勘察資料及其基礎布置圖紙均缺失，現場檢測時幼兒園無法暫停其正常使用，不具備開挖檢測條件，因此地基承載能力無法直接檢測評定。理論上來講，房屋使用數年后，其地基土承載力及彈性模量均會有所提高，根據上海市民用建筑設計院1973年出版的《房屋結構設計手冊》一書中作了如下規定：“建造七年以上，軟土地基的承載能力可提高20%以上”。同濟大學高大釗主編的《軟土地基理論與實踐》一書中指出，對于建造時間在10～20年之間的房屋，其地基承載力按其原設計時的1.1～1.15倍取用[1]。基于對此規律的認識，《民用建筑修繕工程查勘與設計規程》（JGJ117-98）及《建筑抗震鑒定標準》（GB50023-2009）、《危險房屋鑒定標準》（JGJ125-2006）等現行規范標準，均考慮了隨時間的增長，地基承載力有所提高這一特性。

圖1 教學樓底層建筑平面布置圖

圖2 教學樓二層及屋面結構平面布置圖

結合本工程，教學樓整體呈向東傾斜規律，南北方向上無明顯傾斜規律，各測點的傾斜率在0.0‰～3.7‰之間，均未超過《建筑地基基礎設計規范》（GB 50007-2011）規定的4.0‰的限值。經調查，房屋自上世紀90年代建成后，未進行過增層，未拆改上部結構體系，上部使用荷載未發生過偶然作用，且考慮到房屋經過多年的使用，其地基承載力有一定程度地提高。上部結構未發現有因地基不均勻沉降造成的開裂變形現象。綜合分析房屋的傾斜數據、上部結構完損狀況以及使用歷史情況等因素，根據《建筑抗震鑒定標準》（GB50023-2009）的相關規定，認定該房屋地基無靜載缺陷；根據《危險房屋鑒定標準》（JGJ125-2006），其基礎處于非危險狀態，可繼續安全承載。

2.2 墻體受壓承載力計算結果判定

本工程中，墻體受壓承載力采用PKPM-QITI砌體結構輔助設計軟件進行計算，磚及砂漿強度采用實測值，電算結果顯示局部墻肢的抗力與效應之比小于1.0。

經仔細分析發現，PKPM軟件計算中，墻體受壓承載力是按“一”字型墻段進行計算的，相交墻體未按“T”形或“L”形截面處理。例如，圖3中的①、②兩個墻段中某一墻段不滿足受壓承載力要求，并不等于①、②兩個墻段組成的“T”形截面墻體不滿足受壓承載力要求。所以，當“T”形截面某一墻段的受壓承載力電算結果不滿足要求時，應對“T”形截面墻體重新復核，并以復核驗算結果為準[2]。

驗算中部無構造柱“T”形截面墻體受壓承載力的步驟如下：

圖3 “T” 形截面墻體

（1）計算T形截面的形心、面積A 、慣性矩I ；

（2）計算回轉半徑，截面折算高度hT=3.5i。

（3）計算高厚比β，影響系數。

（4）在墻體受壓承載力計算結果圖中，將鼠標分別放在T形截面的①、②墻段上，讀取兩個墻段的軸力設計值 N1、N2，和砌體抗壓強度設計值f 。

（5）復核是否大于1.0，如果大于1.0的話，墻體受壓承載力滿足要求，反之則不滿足要求。

上述方法適用于當①、②兩個墻段的抗力與效應之比為任意值的情況。當計算結果中出現一個值大于1.0，而另一個值小于1.0的情況時，《QITI砌體結構輔助設計軟件用戶手冊》還給出了一個簡便的計算方法，即如果兩數的平均值大于1.0，可認為兩墻段受壓承載力均滿足要求[3]，該方法大大降低了計算工作量。

本工程教學樓的計算中，房屋底層6×D、8×D、9×D三處墻體電算結果顯示，各“T”形截面均有一個墻肢抗力與效應之比（fA/N ）小于1.0，對其按照“T”形組合截面復核計算后，其受壓承載力能夠滿足要求，該計算結果科學合理。

3 結構加固措施要點分析

3.1 墻體增設構造柱加固

2008年汶川大地震導致房屋的震害現象，再次證明了砌體結構中構造柱及圈梁的重要性，為此在2009年8月1日起施行的《建筑抗震加固技術規程》中，規定了“外加圈梁-鋼筋混凝土柱”的加固方法及要求。外加柱應在房屋四角、樓梯間和不規則平面對應轉角處設置，外加柱應由底層設起并應沿房屋全高貫通，外加柱應與圈梁連成閉合系統[4]。該方法結構加固效果顯著，但嚴重影響了外立面的美觀效果，本工程中房屋為幼兒園的教學樓，外加構造柱會出現多處凹凸的棱角，嚴重影響幼兒的活動安全。

2009年上海校舍安全加固工程中，部分工程技術人員開始嘗試采用“配筋加強帶”等代構造柱及圈梁加固，該方法是在需設置構造柱或圈梁的部位，配置縱向鋼筋并采用箍筋對穿墻體拉結，增大截面部分澆筑厚約50mm的水泥基加固料，將部分墻體約束在配筋加強帶內，從而等代圈梁或構造柱的作用。采用該方法加固后的墻面，凸出外立面建筑面層約30mm（扣除原有粉刷面層），基本不影響房屋外立面的美觀，但該方法由于沒有規范規程支撐，在實際應用推廣中受到制約。

隨著理論分析及相關試驗研究的進展，2012年8月1日施行的《砌體結構加固設計規范》（GB 50702）提出了一種類似上述“配筋加強帶”的加固方法，即鋼筋網水泥復合砂漿砌體組合圈梁或構造柱[5]，本案教學樓增設構造柱及圈梁就采用了規范規定的這種方法，典型部位節點做法如圖4所示。

3.2 樓面整體性加固

該房屋室外走廊及內走廊均采用預制板樓面，整體性較差，該處又為主要逃生通道，為提高該處的樓面整體性，采用整澆配筋混凝土面層法進行加固。工程上常用的做法為，鑿除地坪裝飾面層至預制板結構層，清理干凈表面后鋪設鋼筋網片，最后隨澆隨抹混凝土。該整澆混凝土疊合層的方法能夠明顯提高預制板樓面的整體性，但也存在不少的缺點，比如：

圖4 鋼筋網水泥復合砂漿砌體組合構造柱

（1）鑿除原地坪難度大，費工費力；采用機械鑿除時容易損傷預制板孔口上緣，孔口上緣混凝土為受壓區，損傷后對結構受力明顯不利。

（2）整澆面層厚度一般為50～80mm，導致地坪與相鄰教室產生明顯的高差，這在幼兒園教學建筑中是不允許的。

（3）整澆面層會產生大約1.2～2.0kN/m2的自重荷載，對于板內鋼筋受力要求有大幅提高。而實際工程中，若圖紙缺失或者圖紙標識不明的話，預制板的承載能力評估是一件相當困難的工作。

（4）當地坪采用木地板或者靜電地板時，鑿除面層會帶來相當大的次生問題，導致總工程費用大幅增加，后期的修復工期也會明顯增加。

本工程中，根據現場實際情況，確定采用在板底增設鋼筋混凝土面層的方法，以增加預制板樓面的整體性，面層厚度50mm，內配ф6@150mm單層雙向鋼筋，鋼筋植入原混凝土梁內，做法示意如圖5所示。

面層材料采用水泥基高強早強加固料，該材料具有免振搗、自流平的特性，施工時，在地坪上部局部開孔，將配制好的加固料注滿孔洞內，加固料會自動充滿模板內的空間，大概一周后可拆模，拆模后的表面平整、光滑。采用板底配筋加固料面層法加固樓面整體性較板面加固具有以下幾個優點：

（1）板面鑿除面層范圍明顯變小，僅在需布置鋼筋的局部部位將面層開槽，敷入鋼筋后補齊即可。

（2）板底增設面層雖也增加了結構自重，但面層內鋼筋可作為板底受拉鋼筋，結構安全性可以保證。

本工程采用該方法加固樓面整體性，避免了一般常規做法的缺點，在滿足既定設計功能的前提下，大大降低了工程造價和工期，為幼兒園的正常開學提供了可靠保障。

圖5 板底配筋加固料面層法加固樓面整體性

4 結語

（1）當房屋原始設計圖紙資料缺失，基礎做法不明，不具備直接計算判定條件時，可綜合分析房屋的建造時間、使用歷史、上部結構變形及損壞狀況，間接判定房屋地基承載能力狀況。

（2）砌體墻受壓承載力計算時，對于電算結果顯示抗力與效應之比小于1.0的部位，不可貿然判定其承載力不足，對于“T”形或“L”形組合截面，應采用手算復核后判定。

（3）當砌體結構需要增設構造柱或圈梁時，在外立面條件受限的情況下，可考慮采用鋼筋網水泥復合砂漿砌體組合圈梁或構造柱進行加固。

（4）預制板樓面整體性加固時，板面增設配筋面層會帶來很多次生問題，大大限制了其加固的適用范圍，可采用在預制板板底增設配筋加固料面層的方法予以解決。

參考文獻：

[1]上海市房屋土地管理局.JGJ117-98民用建筑修繕工程查勘與設計規程[S].北京:中國建筑工業出版社,1999-3-1,102.

[2]陳岱林, 金新陽, 張志宏.砌體結構CAD原理及疑難問題解答[D].中國建筑工業出版社,2014-10-1,36.

[3]中國建筑科學研究院PKPM CAD工程部.PKPM2010-QITI砌體結構輔助設計軟件（V2.1）用戶手冊.北京:中國建筑工業出版社,2010,43.

[4]中國建筑科學研究院.JGJ116-2009建筑抗震加固技術規程[S].北京:中國建筑工業出版社,2009,22.

[5]四川省住房和城鄉建設廳.GB20702-2011砌體結構加固設計規范[S].北京:中國建筑工業出版社,2012-8-1,57.