某砌體結構的加固改造設計方法研究

岳民禮（甘肅泓文建筑設計有限責任公司,甘肅 蘭州 730000）

近年來，我國地質災害頻發，給民眾帶來巨大生命財產損失，這就要求建筑工程應加強對抗震性能的重視程度，最大限度地提升建筑質量。砌體結構建筑大多數建設于20世紀90年代，其主要建筑材料由塊體以及砂漿組成，由于建設年代較為久遠，受當時建筑設計理論以及方法不成熟影響，其結構不滿足最低抗震需求。考慮到大部分建筑尚可使用，且推倒重建所需資源以及時間較多，因此，對其結構進行加固改造成為主流方案。盡可能地提升房屋建筑使用壽命以及安全性能是確保群眾生命財產不受影響的重要前提條件，由此，通過對砌體結構建筑進行加固改造設計，以提升其承載能力以及抗震性能也是社會經濟發展的必然要求。受此情況影響，砌體結構加固改造設計成為建筑領域內技術人員的主要研究內容。

1 砌體結構特征

砌體結構曾長期被應用于我國建筑工程之中，其實際應用過程中呈現出以下優勢：第一，施工原料取材便捷，經濟性較好；第二，砌體結構具備較強的保溫性能，相較于其他建筑結構，其隔熱以及隔音性能優勢較大，且具備較好的節能效果；第三，施工作業流程較為簡單，對施工設備無特殊要求，施工技術呈現出普及性特征。

然而，隨著建筑技術不斷發展以及砌體建筑使用年限提升，其劣勢也逐漸暴露，具體表現在以下幾方面：第一，受施工所用的磚、砂漿等多種材料影響，長期暴露在潮濕等環境下會導致結構風化、腐蝕等，嚴重影響結構耐久性；第二，砌體結構建筑自重較大，使得地基不均勻沉降情況的發生概率大幅提升，而砌體結構工程設計中通常采用條形基礎或柱下獨立基礎，這就使得不均勻沉降情況一旦發生，墻體也會產生開裂情況；第三，受砌體結構所用施工材料變形能力以及延性相對較差影響，其抗拉以及抗剪強度相對較弱，呈現出較為顯著的脆性性質，在面對強烈地震時，灰縫處更容易遭受破壞，房屋穩定性也會隨之下降，嚴重情況下會導致房屋垮塌情況發生。

2 砌體結構加固原則

施工單位在實際作業過程中應注意，充分認識到結構加固施工與新建工程不同，其實際進行施工設計時需要首先對原建筑結構進行深入分析，并在此基礎上開展有針對性的設計，具體工作中應充分遵循以下幾項原則：

第一，確保加固方案科學性。在實際加固方案設計過程中應首先對建筑實際情況進行分析，如果采用剛性結構體系設計，則應在充分考量當地實際情況的基礎上，決定采用墻垛還是固柱加固技術，以實現提升建筑物穩定性以及牢固性的目的。同時，施工技術人員在實際工作過程中還可以依據實際情況選用剛支架，以實現提升建筑結構抵抗變形能力以及抗震承載力的目的。

第二，規避剛度突變以及質量分布不均情況。在實際進行加固設計時，應注意針對房屋建筑本身存在的問題做出有針對性的加固設計，并最大限度地避免加固作業完成后出現剛度突變或是質量分布不均情況。為此，施工技術人員在實際工作中應充分遵循相關規范要求，確保加固樓層的加固抗震綜合承載力應控制在下個樓層的0.2倍左右，且加固后的自承重或非承重砌體結構抗震性能應控制在同層承重墻抗震性能以下。在實際施工過程中，如果加固后的抗震承載力超過下個樓層0.2倍，則應對以下加固層的每層樓整體抗震力進行增強。

第三，充分遵循相關規范要求。依據相關理論以及工程實踐經驗可知，多數砌體建筑物抗剪和抗彎強度僅能達到抗壓強度的0.1倍，這就使得砌體結構建筑在遭遇地震災害時難以抵御。因此，施工技術人員在實際工作過程中，應注意依照相關規范要求對其進行加固，以實現提升建筑抗震性能的目的。

第四，確保抗震整體性。抗震整體性的主要功能要求在于通過各構件之間分擔，分散地震作用力，將地震影響降到最低水平，利用建筑整體結構達成抵御地震作用的目的，切實保障建筑結構整體性不受破壞，降低因局部破壞導致建筑部分倒塌或是整體倒塌風險。

3 工程案例概述

為深入探究砌體結構建筑加固設計要點，本文選取實際工程案例進行具體說明。案例工程始建于1984年，其原始功能設計為醫院門診樓。技術人員對建筑工程進行實地勘察，并結合施工設計圖紙后發現，其基礎設計采用墻下條形基礎形式，結構高度和建筑面積分別為14.85m和3297m2。案例工程所處區域抗震設防烈度為7度，其整體結構設計采用磚混結構形式，其上部結構外墻和內部結構墻厚度分別為370mm和240mm，均采用混合砂漿、黏土磚砌筑方案。建筑其他部分除衛生間和樓梯采用現澆混凝土樓板設計外，其余樓面均采用預制空心板建設。檢測單位在對建筑物進行鑒定后得出結論，其結構中未設置構造柱，綜合抗震性能與現行抗震標準之間存在較大差異。目前該建筑功能已經轉為老年頤養樓，建筑物無地下室設計，功能改造過程中，施工單位對1、2、3、4層中的房間布局進行調整，并在4層局部增設1層，用于設置消防水池、電梯機房等，加層部分采用砌體結構設計。

4 工程建筑鑒定及加固設計

4.1 建筑鑒定結果

施工單位在實際開展加固設計作業過程中，首先聘請具備鑒定資質的單位對工程進行砌體結構砂漿抗壓強度檢測，檢測單位在工作中利用回彈法對建筑進行抽樣檢測，最終結果顯示，其1～4層砌體結構砌筑砂漿抗壓強度測定值分別為4.2MPa、2.4MPa、2.6MPa以及2.9MPa。同時，檢測單位還利用回彈法對建筑物砌體中磚抗壓強度進行抽樣檢測，該建筑中1～4層砌體砌筑磚抗壓強度等級為MU10。

依據鑒定結果可知，案例工程中的建筑不存在因地基不均勻沉降導致的承重構件開裂情況，同時也不存在因承載力不足導致的承重構件裂縫或變形情況。經過現場檢測可知，建筑物中4層南墻部分8～10軸區域存在滲水情況，8～9×D、9～10×D以及11～12×D窗角部分存在寬度為0.1mm的斜向裂縫，經過深入分析檢測后得出結果，溫差變形是導致裂縫出現的主要原因。同時檢測結果表明，建筑物未設置相應的構造柱，綜合抗震能力不符合相關規范要求。

4.2 加固設計方案

4.2.1 地基基礎加固設計

案例工程中，施工技術人員廣泛收集增設結構功能布置以及建筑物原有設計圖紙和勘探報告，并在此基礎上對建筑改造后地基基礎承載力進行驗算。驗算結果表明，建筑物基底平均壓力設計值和建筑物原墻下條基地基承載力分別為120kPa和140kPa，技術人員綜合考慮到原建筑基礎未發生明顯沉降，因此，在增設新功能層后，其原有基礎承載力也可以滿足實際使用需求。

4.2.2 砌體墻加固設計

案例工程中，施工技術人員考慮到建筑物原設計中未設置構造柱，使得其抗震性能不足。在建筑改造方案中，由于局部地區增設新的樓層，導致建筑總體重量增加，這就導致砌體墻所承受力大幅提升，原有設計中的抗震承載力難以滿足改造工程完成后的使用安全性要求。因此，技術人員在實際工作過程中對結構按照抗震設防烈度8度0.20g設計，依照乙類建筑標準進行改造，確保其滿足使用壽命30年的要求。同時依照抗震規范要求，在相關部位設計新增構造柱。

同時，施工技術人員在實際工作中設計試驗對單面水泥復合砂漿鋼筋網加固以及單面鋼筋混凝土板墻加固效果進行對比。從技術角度分析，水泥復合砂漿鋼筋網的優勢在于自重相對較小的同時，抗壓、抗拉性能可以得到有效提升，收縮性提升效果顯著，新舊界面中粘結性能較好，可以最大限度地降低加固設計對原有結構的影響；而鋼筋混凝土板墻加固方案的優勢則在于其抗壓以及抗拉性能較為顯著，抗震能力較墻。技術人員在實際設計試驗過程中，利用專業軟件進行整體建模，并選取其中關鍵部分墻體進行抗震性能比較，其中單面水泥復合砂漿以及鋼筋混凝土板墻厚度均設計為50mm，前者采用M30砌筑砂漿，后者則采用強度等級為C30的混凝土材料，鋼筋材料均采用HRB400級。

從試驗結果可知，兩種加固方案在實際應用過程中均可實現顯著提升原結構抗壓、抗震性能的目的，且二者在提升結構抗壓性能幅度方面相差不多。而在抗震性能方面，依照我國現行的《砌體結構設計規范》要求，其組合磚砌體軸心受壓承載力計算公式如下：式中：A表示磚砌體截面積；fc表示混凝土或砂漿軸心抗壓強度設計值，依據相關標準，其取值依照同等級混凝土軸心抗壓強度設計值的70%設定。

由計算結果可知，鋼筋混凝土板墻加固方案在提升結構抗震性能方面更具優勢，由此施工技術人員出于建筑整體加固考量，決定采用其作為墻體加固方案。

4.2.3 構造柱設計

案例的建筑功能由門診樓轉化為老年人頤養樓，且原結構中未進行構造柱設計，因此，施工設計人員在實際工作中決定依照抗震規范要求，在原有結構基礎上增設構造柱。構造柱設計采用平面內對稱方案，從一層開始沿砌體結構進行全高貫通設置；內廊部分構造柱設計中存在部分區域無連系梁，因此，技術人員在樓、屋蓋板下增設現澆混凝土梁，使其兩端與原有梁板之間進行可靠連接，進而使其新增結構及原有結構中形成一個整體，以實現提升抗震性能的目的。

5 工程施工技術要點

5.1 鋼筋混凝土板墻施工要點

案例工程中，施工單位在實際進行混凝土板墻作業過程中嚴格依照工藝流程要求，首先對墻面進行清底、鉆孔以及沖洗作業，在鉆孔干燥后開展錨筋安設以及鋼筋網鋪設作業，隨后對墻面進行澆水，以確保其處于濕潤狀態，為后續澆筑作業、養護作業提供有利條件支持。

5.2 構造柱施工要點

案例工程中，施工單位依照抗震規范要求，在原有結構基礎上增設構造柱，在實際作業過程中，為確保新設構造柱及原有墻體連接的可靠性，施工人員在樓層1/3和2/3高度處，同時設置拉結鋼筋和銷鍵，同時，依照500mm間隔沿墻體高度設置錨栓、壓漿錨桿等與墻體進行連接，進而實現提升構造柱與墻體連接緊密度的目的。

6 結語

綜上所述，在當前新時期背景下，提升建筑抗震性能已經成為提升建筑質量的重要環節之一。本文所研究案例在應用此加固方案后取得較好的成效，建筑抗震性能完全達到規范要求，可以應用于同類建筑加固施工中。