趙暉

(鄭州大學(xué)綜合設(shè)計(jì)研究院有限公司，河南 鄭州 450000)

現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)學(xué)校類人員密集場(chǎng)所的房屋建筑抗震設(shè)防水平偏低，造成大量傷亡，引起了社會(huì)各界對(duì)學(xué)校建筑等抗震設(shè)計(jì)的廣泛關(guān)注。汶川地震中建筑物的破壞情況，體現(xiàn)出了明顯的時(shí)代特征。70年代以前的建筑基本全部倒塌；80年代建筑受到嚴(yán)重破壞；90年代建筑呈現(xiàn)局部破壞；本世紀(jì)初的建筑只是輕度損壞。其原因是不同時(shí)期的建筑執(zhí)行不同的標(biāo)準(zhǔn)，體現(xiàn)了從70年代建筑無抗震設(shè)防到建筑抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)逐步提高的過程。鑒于此，我國(guó)對(duì)學(xué)校建筑的安全性重新提到更高的高度。2010年開始對(duì)學(xué)校的既有建筑物展開大規(guī)模的校舍抗震安全普查工作，并展開抗震加固設(shè)計(jì)工作。本文通過對(duì)某學(xué)校建筑加固設(shè)計(jì)項(xiàng)目所總結(jié)的一些體驗(yàn)，希望對(duì)從事此類加固設(shè)計(jì)行業(yè)的技術(shù)人員有所借鑒。

1 工程概況

本次抗震加固設(shè)計(jì)的學(xué)校建筑(教學(xué)辦公樓、辦公室、食堂等)均建于1978年左右，因設(shè)計(jì)年代久遠(yuǎn)，絕大部分為磚混結(jié)構(gòu)。其中教學(xué)辦公樓分為Ⅰ、Ⅱ區(qū)，Ⅰ區(qū)為教學(xué)樓，Ⅱ區(qū)為辦公樓，總建筑面積為3900m2，建筑1～4層層高3.70m，建筑物總高度為15.10m，均為磚混結(jié)構(gòu)。依據(jù)地震后新頒布的《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定，小學(xué)、中學(xué)的教學(xué)用房以及宿舍和食堂，抗震設(shè)防類別應(yīng)不低于重點(diǎn)設(shè)防類，即不低于乙類。依據(jù)清華大學(xué)房屋安全鑒定室提供的檢測(cè)鑒定報(bào)告，顯示教學(xué)辦公樓存在如下問題：

1.1 建筑高度超限

按照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》及《北京地區(qū)中小學(xué)校舍抗震鑒定與加固技術(shù)細(xì)則》中規(guī)定，對(duì)于一般教學(xué)用房，磚混結(jié)構(gòu)高度限值為15m，對(duì)于橫墻較少的教學(xué)樓建筑，高度限值應(yīng)減少3m，對(duì)于橫墻很少的教學(xué)樓則應(yīng)再減少一層，高度降低3m。本樓中，Ⅰ區(qū)屬于橫墻很少，Ⅱ區(qū)屬于橫墻較少，建筑高度均超過上述規(guī)范限值。

1.2 橫墻間距超限，建筑物整體性差

建筑均采用預(yù)制樓板，整體剛度差?！督ㄖ拐鹪O(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定磚混結(jié)構(gòu)橫墻間距限值為7m。而本樓中Ⅰ區(qū)教學(xué)樓橫墻間距一般為9m，最大開間為10.38m,均超過了規(guī)范要求。

1.3 抗震構(gòu)造

抗震構(gòu)造中，建筑物建筑物各層均設(shè)置有圈梁，同時(shí)在外墻四大角、樓梯間角部、大開間內(nèi)橫墻與外縱墻交接處均設(shè)置有鋼筋混凝土構(gòu)造柱，建筑物具有一定的抗震構(gòu)造措施，但橫墻與內(nèi)縱墻交接處無構(gòu)造柱，不滿足規(guī)范的構(gòu)造要求。

局部樓板與墻體連接不滿足規(guī)范的構(gòu)造要求。

1.4 建筑材料不滿足抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)

砌筑砂漿、砌體材料等強(qiáng)度偏低，導(dǎo)致抗震節(jié)點(diǎn)構(gòu)造差。經(jīng)采用中國(guó)建筑科學(xué)研究院編制的 PKPM 砌體結(jié)構(gòu)鑒定加固軟件分析，1～2層大部分墻體及3～4層個(gè)別墻體的抗震承載力與荷載效應(yīng)之比＜1.0；1、2層大部分墻體的正截面受壓承載力＜1.0。

2 結(jié)構(gòu)抗震加固設(shè)計(jì)思路

2.1 抗震加固計(jì)算

依據(jù)2009年9月發(fā)布的《中小學(xué)校舍抗震鑒定與加固技術(shù)細(xì)則》(以下簡(jiǎn)稱細(xì)則)中第1.0.4條第1款，在70年代及以前建造經(jīng)耐久性鑒定可繼續(xù)使用的現(xiàn)有中小學(xué)校舍，其后續(xù)使用年限不應(yīng)少于30年；在80年代（按TJ11-78設(shè)計(jì)）建造的現(xiàn)有中小學(xué)校舍，可采用40年或更長(zhǎng)，且不得少于30年。確定本工程后續(xù)使用年限為30年，在進(jìn)行鑒定加固計(jì)算時(shí)其加固標(biāo)準(zhǔn)為A類。按《建筑抗震加固技術(shù)規(guī)程》中第5.1.4條，應(yīng)按下式計(jì)算墻體的綜合抗震能力指數(shù)：

βs﹦η﹒ψ1﹒ψ2﹒β0 (1）

式中：βs——加固后樓層或墻段的綜合抗震能力指數(shù)；

η——加固增強(qiáng)系數(shù)，與加固方法有關(guān)；

ψ1——體系影響系數(shù)；

ψ2——局部影響系數(shù)；

β0——樓層或墻段原有的抗震能力指數(shù)。

公式(1)中的參數(shù)ψ1、ψ2按《細(xì)則》中第5.3條選取。建立計(jì)算模型并將鑒定報(bào)告給出的砌筑砂漿、砌體材料輸入后，計(jì)算得出本樓Ⅰ、Ⅱ區(qū)的墻體存在抗震承載力及正截面受壓承載力不滿足要求。

2.2 加固方法的選擇

抗震加固施工方法主要有外加固法，內(nèi)加固法，夾板墻加固法。外固法一般結(jié)合磚混結(jié)構(gòu)的層數(shù)及抗震鑒定的結(jié)果，需要在建筑外側(cè)增加不同數(shù)量的構(gòu)造柱、圈梁以及保證構(gòu)造柱、圈梁和抗震墻體協(xié)同工作的拉桿。這種方法一般不占用室內(nèi)建筑面積，對(duì)用戶影響較小，但對(duì)建筑立面造型影響較大。內(nèi)加固法基本原理同外固法，也需要增設(shè)構(gòu)造柱、圈梁及拉桿，必要時(shí)，如原有抗震墻體問距過大，需加設(shè)抗震墻體，內(nèi)加固法不會(huì)改變建筑立面造型，一般適用于公共建筑。夾板墻加固法為在加固原有抗震墻體的基礎(chǔ)上提高抗震性能，目前最常用的是鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層加固法和混凝土板墻鋼筋網(wǎng)面層加固，即在要加固墻體的單面或雙面加設(shè)鋼筋網(wǎng)，用錨筋、插入短筋、拉結(jié)筋等方法把鋼筋網(wǎng)四周與樓板或大梁、柱或墻體連接。

本教學(xué)樓存在1、2層大部分墻體及3、4層個(gè)別墻體的抗震承載力不足；1、2層大部分墻體的正截面受壓承載力不足，橫墻與內(nèi)縱墻交接處無構(gòu)造柱等問題。2010年，某市的中小學(xué)校舍都進(jìn)行了抗震加固，所有中小學(xué)校還為此提前兩個(gè)月放暑假，所有校舍要趕在暑假結(jié)束前結(jié)束加固施工。綜合上述因素，決定采用如下方法加固學(xué)校建筑物的原有墻體：1)對(duì)1、2層承載力不足的墻體采用雙面夾板墻加固法，即在原有墻體兩側(cè)各增加60mm厚的鋼筋混凝土板墻，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20，板墻豎向鋼筋采用Φ10@200，水平鋼筋為Φ6@200,板墻采用呈梅花狀布置的錨筋、穿墻筋與原有砌體墻連接，板墻上下應(yīng)與樓、屋蓋可靠連接。鋼筋混凝土板墻需另設(shè)基礎(chǔ)梁放置于墻體基礎(chǔ)之上。經(jīng)驗(yàn)算，采用上述方法加固的墻體的抗震承載力、受壓承載力均＞1.0。另一方面由于采用混凝土板墻加固墻體結(jié)構(gòu)，使原來的純磚砌體變?yōu)榻M合砌體結(jié)構(gòu)，可以間接地解決建筑超高問題。對(duì)3、4層抗震承載力不足的墻體，采用單面60mm厚的板墻加固均滿足計(jì)算要求。依據(jù)《細(xì)則》中第5.4.4條第4款當(dāng)墻體采用雙面鋼筋網(wǎng)砂漿面層或鋼筋混凝土板墻加固，且在墻體交接處增設(shè)相互可靠拉結(jié)的配筋加強(qiáng)帶時(shí)，可不另設(shè)構(gòu)造柱。所以在每層橫墻與內(nèi)縱墻交接處設(shè)置的60mm厚的鋼筋混凝土板墻可解決此處原墻體無構(gòu)造柱的抗震構(gòu)造要求。鋼筋混凝土板墻施工方法主要采用噴射混凝土法施工，這樣可保證施工進(jìn)度和質(zhì)量。2)對(duì)空心樓板與墻體連接不足的問題，考慮到增設(shè)鋼筋混凝土板墻處樓板的擱置長(zhǎng)度可增加60mm，均可滿足規(guī)范要求≧100mm的要求；在3、4層未設(shè)板墻的墻體處，采取了在樓板與墻體交接處增設(shè)角鋼以加強(qiáng)其連接。在Ⅱ區(qū)每層有兩根混凝土簡(jiǎn)支梁，承載樓板及其上120mm厚墻體重量，考慮到年代有些長(zhǎng)，雖然配筋基本滿足承載力要求，所以決定采用貼碳纖維布法對(duì)其加固。這種加固技術(shù)在目前都是比較常用、成熟的，同時(shí)也是被實(shí)踐證明是行之有效的方法。

本工程的抗震加固，從設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化，到施工方法的正確選擇，再加上合理的施工安排，在學(xué)校要求的施工工期內(nèi)完成，加固效果良好，滿足了房屋的抗震設(shè)防要求，在經(jīng)濟(jì)性上也滿足了校方的要求。施工時(shí)間為暑假期間，對(duì)學(xué)校的開學(xué)使用無任何影響，受到了學(xué)校和上級(jí)主管部門的一致好評(píng)。

3 結(jié) 語

鑒于我國(guó)90年代以前的中小學(xué)校舍大部分均采用砌體結(jié)構(gòu)，建筑布局基本相似，基本上均存在本教學(xué)樓中的問題。地震時(shí)所造成的嚴(yán)重后果，使國(guó)家對(duì)中小學(xué)校舍的安全性更加重視。目前全國(guó)已經(jīng)廣泛的進(jìn)行了校舍抗震安全普查工作，以后從事加固設(shè)計(jì)工作的技術(shù)人員會(huì)接觸到很多此類工程。上述加固方法已經(jīng)應(yīng)用于實(shí)際加固工程當(dāng)中，本工程施工作業(yè)方便，技術(shù)先進(jìn)，進(jìn)度迅速，經(jīng)濟(jì)效果突出，加固效果良好，在各方面都取得了良好的效益。