某砌體結構加固改造工程的設計與實踐

江文林 戚志偉

(1.蘇州市建設工程質量檢測中心有限公司，江蘇 蘇州 215000； 2.蘇州市建筑工程設計院有限公司，江蘇 蘇州 215000)

1 原有建筑基本情況及加固設計難點

原蘇州市第二十三中學校舍4號建筑(原教學實驗樓四號樓)，建于20世紀80年代,該建筑物主體結構為地上3層，原主體結構采用砌體結構承重，目前處于空置狀態。委托方提供相關設計資料，進行鑒定，包含安全性鑒定和抗震鑒定。標準層結構布置圖見圖1。

結構鑒定分析：

1)該建筑物主體為地上3層，主體結構采用砌體和鋼筋混凝土結構混合承重結構體系；鋼筋混凝土結構為單跨框架+懸挑結構。

2)部分混凝土構件存在表面不平整、孔洞等缺陷；構件碳化比較嚴重，深度普遍大于35 mm，超過混凝土構件的鋼筋保護層厚度，部分構件鋼筋已出現銹蝕現象。

3)該建筑物建筑、結構設計資料基本齊全，構件截面尺寸及配筋，結構計算時根據實測數據進行歸并，并結合設計圖紙進行取值。

4)結構材料強度，所抽查1層、2層、3層構件樣品，混凝土抗壓強度均按實測最小值取值；墻體砌筑砂漿強度普遍較低，按實測最小值取值；砌筑粘土磚抗壓強度按MU7.5取值。

5)所抽查樣品，2層樓板板厚按實測取值，樓面裝飾層厚度25 mm～45 mm；3層樓板板厚約70 mm,樓面裝飾層厚度20 mm～45 mm。

本工程加固設計難點：本單體承重體系較為復雜，采用框架和承重墻共同承重，橫墻間距不滿足規范要求，在地震力作用下承重磚墻將承受大部分地震水平力，承重磚墻一旦破壞，框架部分將無法單獨承受豎向荷載，結構體系將倒塌[1]。局部框架部分為單跨框架，抗震不利，不滿足現行抗規對框架體系的要求。屋面原有的預制混凝土桿加受拉鋼筋三角形屋架無法承受水平地震作用、抗震性能差。須將屋蓋體系進行置換。主體結構混凝土構件碳化現象普遍，須真實判斷此現象對結構承載力和安全性的影響。

2 加固設計方案及施工圖中的關鍵

2.1 結構方案中的重點

1)結構體系改變及整體性加固。原有建筑中單跨框架部分不滿足《建筑抗震鑒定標準》6.2.1-2的要求，且抗震橫墻間距不滿足規范要求，故對原磚砌承重墻采取兩邊進行混凝土夾板墻加固，在縱橫墻交接及樓梯間四角部位新增框架柱，使抗震薄弱部位得到加強，在弱軸方向增加鋼筋混凝土抗震墻，使結構體系成為雙向都有抗震墻的框架抗震墻結構[2]。

2)構件抗震承載力加固。a.地基基礎。依據新增混凝土夾板墻荷載，按新老兩個模型推算內力變化比值來進行基礎承載力的復核和基礎的加固。b.墻體加固。對四周外墻面及部分內墻進行鋼筋網噴射混凝土夾板墻及鋼絲網砂漿加固。c.構件加固(板)。對于樓板破損處采取耐久性高強度灌漿料修補，現澆板承載力不足處采取粘貼碳纖維加固的方式。d.梁柱加固。對柱承載力不足處采用增大截面加固；梁加固的方式采取粘鋼的方式加固。e.鋼屋架。對于原有的鋼筋—預制混凝土桿組合屋架進行拆除置換，增設下弦水平支撐，保證下弦平面外穩定[3]。

2.2 結構施工圖中的關鍵點

1)原砌體承重墻增加夾板墻加固后，在模型中剛度和內力重新分配，墻下承受的豎向力比原來大，由于缺乏地勘報告，現場又不具有補勘條件。結構按新老兩個模型推算內力變化比值來進行基礎承載力的復核和基礎的加固，選用基礎加固方法時盡量考慮到現場施工方便，示意圖見圖2。

2)①軸山墻轉角處由于沒有端柱，且X向剛度較為薄弱，所以在此轉角處增加翼墻，使此片山墻抗震性能更好，使整個結構體系剛度更加均衡。

3)屋頂處把原來的預制混凝土桿加下弦受力鋼筋三角形屋架換成角鋼拼接的鋼三角形屋架，使屋架的平面內剛度更大，抵抗水平地震性能得到了很大加強。并增加了屋面水平支撐和豎向支撐，增加了下弦水平系桿，使整個屋面兩個方向的剛度都得到了加強，使房屋的整體性和抗震性能得到了提高。

3 施工實施中的要點及難點

3.1 加固施工中的要點

1)混凝土板墻加固工程施工要點：a.原墻面抹灰層全部鏟除，鏟除過程盡量減少對結構構件的破壞。b.根據設計圖紙和相關規范，在墻面定位位置，孔洞15 cm左右，并用水沖洗至干凈為止。c.孔洞沖洗完成后，用滿足圖紙要求的砂漿材料將鋼筋網片預埋，使用榔頭等工具保證砂漿的密實性。d.按照圖紙制作鋼筋網片，并用拉結鋼筋固定，保證其牢固，不產生位移造成位置錯誤。e.最后噴射圖紙上要求混凝土材料，均勻噴射，噴射過程中注意刮平拉毛，保證光滑度以及相對的垂直度、水平度，并留存相應試塊，供后期檢測使用。f.直至混凝土材料強度達到圖紙及相關規范要求，方可進行下一道工序。

2)植筋工程施工要點：a.鉆孔和清孔：使用電錘在標定的位置鉆孔，遇到鋼筋時，可調整鉆孔位置，合理避開鋼筋，孔深必須達到設計圖紙要求。鉆孔完成后，將孔周圍灰塵清理干凈，然后用毛刷進行清孔，再用潔凈無油的壓縮空氣清除孔內粉塵，如此反復處理不少于3次。清孔處理完畢后，應馬上植筋或采取防止雜物進入的措施。b.植入鋼筋：按照植筋膠的使用要求向孔內注入植筋膠(最先打出未混合均勻的幾滴必須廢棄不用)，注膠必須飽滿，膠層內無氣泡；不能偷工減料，減少用膠量。植筋過程中采取旋轉插入的方式，盡量減少氣泡的產生，植入過程中保證順直，植入完成后最好應有少量結構膠溢出。c.固化養護：植筋完成后注意防護，采取使其固定的措施，保證其粘結強度，滿足設計及相關規范規定的時間以保證達到足夠的強度[4]。

3.2 加固施工中的難點

鋼結構安裝工程：

1)安裝前準備工作：按構件明細表核對進場的構件數量，復核構件外形幾何尺寸；核對構件編號；針對構件變形進行校準，清潔表面，修補破損的油漆。

2)鋼結構工程吊裝：從一邊沿同一方向向另一邊安裝，復核預埋件標高及軸線位置，吊裝第一榀鋼屋架并拉纜風繩，吊裝鋼屋架示意圖見圖3。

3)安裝要點：為防止鋼屋架在安裝過程中的變形，安裝前需要加固。單機吊裝加固下弦；吊裝綁扎處必須位于桁架節點，以防屋架產生彎曲變形；第一榀屋架起吊就位后，應在屋架兩側用纜風繩固定。第二榀屋架就位后，屋架的每個坡面用一個間隙調整器進行屋架垂直度校正；然后，兩端支座中螺栓固定或焊接，安裝垂直支撐→水平支撐→檢查無誤→成為樣板跨，以此類推依次安裝。

4 結語

1)本文介紹了20世紀80年代砌體結構房屋通過增加夾板墻，改變結構體系，不滿足規范要求處新增梁柱構件，滿足現行規范要求，達到安全耐久的要求；

2)三種加固方法施工方案對重點難點進行分析總結，優先選用新技術、新工藝，施工過程中盡量減少對原結構承重構件的損壞，達到施工方便、加固的實施合理可靠達到設計目的、對原有結構的擾動降至最低的要求；

3)通過精心和創新性的設計和施工，很好的滿足適用性的要求，以建筑的功能改造的目的為前提條件靈活布置結構形式，合理采用加固方法。

截至目前，該工程加固施工已完成，加固效果良好，已經投入正常使用。

[1] GB 50011—2010,建筑抗震設計規范(2016版)[S].

[2] 王繼國，譚天樂，夏風敏.某框架結構養老建筑改善體系加固設計[A].土木工程檢測鑒定與加固改造——第十三屆全國建筑物鑒定與加固改造學術會議論文集[C]，2016.

[3] GB 50367—2013，混凝土結構加固設計規范[S].

[4] GB 50550—2010，建筑結構加固工程施工質量驗收規范[S].