某多層砌體結構加固改造設計研究

徐興國

（蘭州新現代建筑設計有限公司，甘肅 蘭州 730000）

由于既有建筑建設年限較早、設計水平有限，在受地震、火災等自然災害的影響下，很多建筑物已超出其設計使用的基本年限，加上各種建筑標準規范的更新，因此，這些建筑安全系數也在不斷降低。另外，由于一些建筑功能改變或施工不當等因素的影響，需要對原有建筑進行加固補強處理設計，提升建筑穩定性與安全性，保障人們居住健康。砌體結構本身是我國早期民用建筑、學校、醫院、政府辦公樓最常見的結構形式，其中，學校和醫院則屬于重點設防工程內容，因此，進行建筑的加固設計有著十分重要的意義。

1 砌體結構加固技術與節點

目前，砌體加固改造技術已十分成熟，且加固方式的選擇需要根據現有結構的鑒定報告、結構改造后的平面圖和現有的建筑規范標準要求來實施。同時，需要綜合分析結構設計與建筑建設的安全、經濟與耐久性等特征。現有的結構加固方法主要有直接與間接兩種，直接加固方法包括鋼筋網-混凝土面層（水泥砂漿、聚合物砂漿）加固法等；間接加固方法包括優化結構加固體系和增設支撐設施等形式。

另外，在施工中需根據實際情況，結合砌體結構加固設計的方法和內容，使所加固的構件能夠與原有結構進行有效連接，避免一些沒有加固的部分或一些相關結構和構件基礎受到不良影響。目前，砌體結構加固作業的難點主要是加固節點的設計，如一些墻體交界的位置設計補強和拉結措施、新增的面層和墻體本身設計的拉結措施、上層與下層墻體的連接措施、門窗洞口的拆除與封堵措施、原有窗口洞口的補強措施和基礎節點的連接措施等。做好加固節點的設計與施工，能夠實現新舊結構合理的傳力，防止因加固設計不當而影響結構二次受力。

2 工程概況

本次改造工程位于A省某市，該多層建筑設計于1989年，并于1991年完工。結構為砌體結構房屋，原為輕工廠展銷部，現要改造成職業院校的圖書館。本樓體總面積為377m2，總長度為16.14m，總寬度為13.74m，建筑檐口的高度為8.2m。其中，設計地上兩層：首層高度為4m、二層高度為3.3m。內墻的厚度為24cm，采取普通磚體混合砂漿進行燒結制造。結構中以條形基礎建設墻下結構，利用混凝土空心板制作樓梯的屋蓋。

3 工程加固分析

3.1 加固鑒定

根據現場檢測結果的詳細分析，按照我國關于建筑設計所公布的相關標準與規范，決定本次主體結構安全性和抗震性能的鑒定以A類建筑為標準。最終鑒定結果見表1。

表1 本建筑各項指標檢測結果

3.2 抗震受力分析

本工程現有的結構存在墻體本身承載力不足、抗震措施不符合要求、底層內框錯層等問題。底層內框錯層等問題的主要原因是砌體與框架材質不同，其產生的受力特征也不同，二者組合后便形成這種錯層問題。因此，可結合該特點來改造內部結構的整體和延性，一般會通過增加混凝土構造柱或圈梁的方法來改善整體結構的受力情況。另外，多層砌體本身存在的錯層房屋主要是由于傳力路線太過復雜、整體性較差，影響房屋本身的抗震設計。該種類型的房屋會在水平地震作用下產生復雜的作用力，也沒有相對應的專用設計計算程序，因此，在房屋的結構構造措施上會更加嚴格。

4 加固方案探究

4.1 PKPM模型建立

基于工程建筑的實際特征，本工程在建設期間決定設計為30年的使用年限，抗震強度設計為7度，改造后的地震加速度為0.15g，建筑加固后由于其使用功能發生變化，因此，將樓面的活荷載更改為4kN/m2。使用PKPM進行加固模塊模型的鑒定和分析，加固前抗力與荷載效應的比值分析如圖1所示。

圖1 結構加固前抗力與荷載效應的比值分析

根據計算結果分析，加固前抗力與荷載比值在1以下，表示該結構承載力不足，且根據圖1-a中的內容分析，橫向墻體是該問題主要集中的部位，大約占70%的比例；根據圖1-b可以明確，約占10%比例的結構中其抗體受壓計算承載的能力不足，且比值結果接近于1。所以，本次工程的設計重點是改造結構的抗震性能和加固方案。

在一般的工程規范設計要求中加固方法較多，建筑加固結構常采用外包型鋼法。而在結構缺少相對應的承載力時，可采取外加預應力撐桿法，需要增設對角預應力鋼撐桿來提升結構承載力，原理是通過鋼撐桿可將原有結構所受到的荷載傳到本基礎上。而粘貼纖維復合材料的方法主要是應用于抗震加固結構和受剪結構。雖然在整體加固過程中鋼筋混凝土板墻是最好的方法，但使用該方法的成本較高，難以大面積推廣。

為了實現工程設計安全性與經濟性的目標，本次工程按照《砌體結構設計規范》的要求進行建筑建設，并結合結構抗震性的實際要求，最終選擇水泥砂漿面層的加固方法來實施本次工程。由于樓板位置建設的年限較長，因此，需要鑿除原有樓板的合層，重新使用60厚與C20強度的細石混凝土作為本次新樓板疊合層的材料。

4.2 墻體加固

結合PKPM模型計算的結果分析，決定優先選擇鋼筋網水泥漿面層雙面加固技術施工。每一側的層面厚度設定為40mm，選擇M15強度的水泥砂漿和直徑8mm的三級鋼筋，內側為橫向鋼筋，外側為縱向鋼筋，二者間距為20cm，在此間距內以點焊的形式進行施工，并制作整體鋼筋網片。為了發揮柱體的整體協同作用，需要用S型連接筋將墻體兩側的鋼筋網進行互拉，二者間隔90cm，以點狀交錯的形式分布，連接筋直徑選擇8mm。同時，為確保墻體上層與下層的整體性，需采用直徑1.2cm、長度110cm的鋼筋打穿樓板后進行焊接處理，將其作為連接筋使用。在此期間，要防止破壞原有混凝土結構中的鋼筋，使用結構膠封堵打穿的孔洞。選擇鋼筋網延伸進入C25的混凝土澆筑墩中來實現新增面層底部與室外的地面，澆筑墩高度為50cm，端部厚度為15cm，防止基礎位置的鋼筋發生腐蝕，提升整體墻體的穩定性。

4.3 增加構造柱和圈梁

結合本次工程設計的勘察報告顯示，構造性的加固措施比較適用，且建筑缺少構造柱和圈梁，所以，可用現澆混凝土圈梁進行代替，用鋼拉桿加固內墻與外墻圈梁，與樓蓋位置相齊，并在T型交界的位置將其閉合連接。然后，用L型錨筋連接原有墻體和圈梁，錨筋的規格為14@600直徑，植入原墻體內部15cm。鋼拉桿用直徑18mm的螺紋鋼代替，兩端連接鋼板，規格為100mm×100mm×8mm，與新設鋼筋圈梁形成一個整體結構。

利用雙層鋼筋網水泥砂漿面層加固墻體，使用螺紋鋼來代替配筋的加強帶，根據工程需要，可增加4根螺紋鋼，直徑為14mm，以上下層貫通的方式施工，采取S型連接將螺紋鋼固定，從而實現結構加固的目的。

4.4 樓板加固

在原來的結構分析中主要采取預制混凝土空心板來設計樓板，但根據現場勘察報告結果顯示，原有的混凝土結構強度低，不能滿足受力構件安裝的要求。因此，需要鑿除原有的疊合層底板，重新澆筑C20的細石混凝土。

4.5 加固結果分析

在加固設計后，抗力與荷載之間的對比如圖2所示。

圖2 加固后抗力與荷載比值分析

在計算抗震和受壓力期間，各承載件的承載能力符合有關規定，指標都在1以上。通過對配筋網水泥砂漿面層加固補強法的研究表明：采用加筋混凝土的方法增強了墻體自身的彈性和混凝土的抗剪強度，提高了混凝土結構的抗震能力。此外，由于混凝土的影響使墻的受壓斷面變大，從而提高了整體的壓力承載能力。而且，在采用鋼筋網狀混凝土時會受原墻的強力和灰漿強度的制約，而按設計規范規定，混凝土的強度不宜低于0.4MPa。

5 加固施工技術要求

在項目施工之前，應選定具備加固資質的單位進行施工。結構卸壓會將其恢復為沒有外部載荷的情況。采用噴水法進行鋪裝，在澆筑完畢后要進行適當的防護。在層壓結構的建造過程中，下面必須進行牢固支承，直到混凝土的強度不小于75%的設計強度。

另外，在多層砌體結構的加固過程中，應采取有效且可靠的安全措施。具體安全措施主要包括：第一，定期檢查加固施工支撐體系和工作平臺的牢固性。第二，指派專職人員檢查加固構件的變形、裂痕等情況。第三，如果在施工期間發現某個構件出現問題，如變形、增大、裂縫數量增多、裂縫的寬度增大等，必須馬上停止施工，做好工程支頂作業并及時發出書面通知，向安全負責人和相關安全管理部門與單位匯報，還需向設計單位通報并請他們采取有效措施處理。第四，施工現場不能出現任何煙氣與火源，要結合實際需求配備足量的消防器材，如果工程需要動火操作，必須先向安全部門申請，待批準后方可實施。第五，多層砌體結構的加固方案和設計中應用的化學材料應密封存放并遠離火源。第六，如果在施工過程中現場存在影響人員健康的因素，如高分貝噪聲、粉塵、有害氣體、危險操作等，需采取有效措施的同時保證施工人員的安全。第七，如果施工過程需動用一些化學漿液，要保障現場有良好的通風設施，防止化學氣體擴散而影響工人的健康。

6 結語

綜上所述，本文基于實際案例分析多層砌體結構的加固方案和設計內容、砌體結構加固技術與節點，對案例工程開展加固鑒定和抗震受力分析，探究具體加固方案：首先建立PKPM模型，基于該模型分析結果，優先選擇鋼筋網水泥漿面層雙面加固技術施工，進一步加固工程作業墻體。然后，結合加固鑒定報告增加構造柱和圈梁，并在原有作業基礎上對樓板進行加固。最后，對加固完畢后的抗震受力等進行分析。明確利用上述多層砌體結構的加固方案和設計，可有效改善原有建筑的缺陷和功能，使用效果良好。