單廊式砌體結構建筑抗震改造加固設計分析

袁先明

（江蘇聯合職業技術學院無錫交通分院，江蘇 無錫 214000）

0 引言

20世紀90年代之前，受制于國民經濟水平以及建設行業整體技術水平，多層單廊式砌體結構房屋是我國當時建筑業中使用相對較為廣泛的一種結構形式，尤其是中小學幼兒園校舍、職工宿舍等，普遍采用單廊式砌體結構。單廊式砌體結構采用混合砂漿和粘土實心磚砌筑，通過內外墻的咬合以及一定數量的圈梁構造柱實現具有一定整體性連接的結構，樓板多為預制混凝土空心板，梁和其它構件多用現澆混凝土構件。由于砌體結構整體性較差，需要采取更多的抗震加強措施，如圈梁、構造柱等，故在高烈度的地震區，砌體結構教學樓等仍然是震害最嚴重的建筑[1]。

2008年汶川大地震中，有大量學校建筑倒塌，造成了嚴重的人員傷亡和財產損失，引發了社會各界對學校建筑抗震安全性的關注。為此，教育部及建設部等多部門聯合啟動了校安工程，即對現有中小學校舍進行抗震鑒定以及抗震加固。2009年中旬，江蘇省專門成立省中小學校舍全工程領導小組,負責組織專門技術人員對校舍進行逐棟排查和檢測鑒定，審核每一棟校舍的加固改造、避險遷移和綜合防災方案。經調查了解，僅無錫地區就有大量砌體結構的校舍整體抗震性能不能滿足抗震鑒定標準的要求，既有砌體結構校舍的抗震性能及抗震構造措施大多存在不滿足現行《建筑抗震鑒定標準》（對于A類、B類建筑）、《建筑抗震設計規范》（對于C類建筑）要求，具有一定的抗震安全隱患。因此，對此類砌體結構進行抗震加固顯得尤為重要[2]。本文就單廊式砌體結構建筑的抗震改造加固設計進行分析。

1 建筑概況與抗震鑒定

1.1 建筑概況

根據抗震鑒定報告及原始設計資料可知，某教學樓建造于1990年，主體4層，磚混結構，基礎形式為下條形墻基礎。樓板和屋蓋為預制混凝土板。教學樓總長度49.50m，寬度13.80m，檐口高度14.40m，層高為3.6m。為了充分利用校園場地，滿足教學樓具有更多的功能要求，后期對教學樓又進行了擴建，擴建后的建筑平面圖如圖1所示，主要擴建內容為結合幼兒園使用及消防疏散要求，外廊拓寬了1.6m，左側新增一間辦公室及一部疏散樓梯間。

圖1 教學樓擴建后的建筑平面圖

1.2 抗震鑒定

根據抗震鑒定報告可知該教學樓為不滿足后續使用年限40年的建筑(簡稱B類建筑)，主要問題表現在：教學樓均為預制樓板、屋蓋；教學樓樓板、屋蓋與墻體無可靠連接；教學樓承重窗間墻最小寬度450mm，教學樓外墻盡端至門窗洞邊最小距離330mm。

2 抗震改造加固設計要點與設計方案

2.1 抗震改造加固設計理念

傳統抗震設計往往偏重于結構抗震承載力計算，導致抗震鑒定及加固設計都偏重于針對單個構件或結構某個部位，哪個部位不足就直接加固該部位，而不是從結構整體出發綜合考慮，并且將構造措施與承載能力進行獨立分析，構造措施不滿足就只加強相應構造措施，承載力不足就只進行承載力加強。隨著對地震作用的認識不斷深入，充分意識到結構的抗震性能是一個綜合性指標，構造措施與承載力之間并不是獨立不相關的，在一定條件下是可以形成揚長去短、優勢互補的。一般情況下，當承載力不足并且承載力只少10%～15%時，可由加強構造措施的方式進行彌補；而構造措施不足也可由提高承載力彌補。這主要是基于性能設計、宏觀控制、綜合評價的思想，這一互補原則在改造加固實踐中具有很強的實用意義。

2.2 抗震改造加固設計要點

對教學樓進行改造加固設計，教學樓結構的抗震設烈度為7度，設計基本地震加速度為0.10g，教學樓結構抗震設防類別為乙類。本單廊式砌體結構建筑改造加固設計要點主要包括：

（1）墻體抗震承載力的加固；

（2）結構整體性加強（新增拉梁、樓板整體性加強等）；

（3）加固后的單廊式砌體結構均應滿足規范要求。

2.3 抗震改造加固設計方案

2.3.1 原始砌體墻抗震改造加固設計方案

結合相關資料，依據建筑抗震加固技術規程[3]及混凝土結構加固設計規范[4]，本工程抗震加固方案主要是采用混凝土板墻加固現有墻體，即在砌體墻兩側或單側增設現澆混凝土組合層，形成“磚砌體-鋼筋混凝土”組合墻，從而大幅度提高砌體墻的抗震承載力和剛度的一種加固方法。加固后，原砌體墻體在平面內及平面外的抗彎強度、抗剪強度及延性均可以得到較大幅度提高，砌體結構整體綜合抗震能力指數及砌體承載力均大幅提高，且滿足二級鑒定的要求。砌體墻加固改造方案如圖2和圖3所示。

圖2 混凝土板墻抗震加固平面圖

圖3 混凝土板墻抗震加固大樣

2.3.2 擴建部分抗震改造加固設計方案

針對本建筑擴建部分的抗震改造加固，采用在走廊處外側新增混凝土梁、柱，并用現澆的方式，擴建樓梯間及辦公室部分延續原砌體結構，采用現澆樓板，并按多層砌體房屋要求設置圈梁、構造柱，砌筑完成后，為避免出現薄弱層及剛度突變，同原砌體墻體一并采用混凝土板墻加固。走廊外側新增混凝土柱可解決走廊拓寬的要求，并從結構體系要求方面避免了單跨框架抗震能力不足的問題。另外，新增的抗震墻、混凝土柱等結構豎向構件均應設置可靠的基礎，且新舊構件之間應增設可靠的連接用于提高結構的整體剛度。這樣既提高了結構的安全冗余度，又合理地解決了其他專業的需求。針對原預支樓板及其與墻體無可靠連接的問題，預制板支座采用了新增角鋼的技術措施進行加強處理，預制板底采用單向碳纖維布對整體進行加強處理，預制板支座加固大樣如圖4所示。

圖4 預制板支座加固大樣

3 抗震改造加固設計注意事項

外廊式砌體房屋結構加固時，結構工程師應根據不同功能的損壞程度予以區別對待：靜力狀態下的人為及自然損壞，以各承重墻柱等的加固為主；結構主體抗震鑒定不滿足鑒定規范要求時，則以整個結構總體功能的恢復為主，而不要求每個構件都完全恢復功能。砌體房屋往往采用加固墻體（鋼筋網水泥砂漿面層、鋼筋混凝土板墻、新增抗震墻等）來提高房屋的整體抗震能力，但需注意防止在抗震加固中出現局部的抗震能力突變而形成薄弱層，縱向非承重或自承重墻體加固后也不要超過同一層樓層中未加固的承重橫墻的抗震承載力[5]。

4 結束語

綜上所述，針對抗震鑒定報告中指出的某砌體結構教學樓抗震指標不滿足后續使用年限40年的情況，對該教學樓抗震改造加固的設計理念、設計要點和設計方案進行了詳細的分析，并闡明了該教學樓抗震改造加固設計的注意事項。該教學樓經2017年抗震改造加固施工完畢后即投入使用，由于近年來僅遇小震，不能用“實戰”說明該教學樓抗震性能的大小，但總體上還是得到了業主的認可。本砌體結構建筑改造加固設計也可為類似建筑的抗震改造加固設計提供參考。