楊紅旵，陸 飛，王金輝，毛江鴻，陳敏軍

(1.寧波理工建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 寧波 315100;2.重慶交通大學(xué)，重慶 400074;3.浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院，浙江 寧波 315100;4.浙江省巖土基礎(chǔ)有限公司，浙江 寧波 315040)

砌體結(jié)構(gòu)房屋在我國分布范圍廣，數(shù)量多，是城鄉(xiāng)居民的主要住房結(jié)構(gòu)形式之一。但砌體結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)度較低，結(jié)構(gòu)整體性較差，且多數(shù)砌體建筑建造年代較早，材料強(qiáng)度、構(gòu)造措施、施工工藝均存在不妥之處。砌體結(jié)構(gòu)的問題主要有:①主觀因素引起的問題包括砌筑砂漿強(qiáng)度不足、砌塊強(qiáng)度不足、居民裝修時(shí)破壞承重墻體等;②客觀因素引起的問題包括溫度作用、砌體干縮和地基沉降差異引起的裂縫等病害［1-2］。

砌體結(jié)構(gòu)的加固方法主要有三大類［3-5］，即輔助結(jié)構(gòu)加固法、鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層加固法及外部粘貼加固法。其中，大部分加固方法需增加墻體厚度，影響建筑的使用面積［6］。

本文提出基于砌體與鋼格構(gòu)柱組合墻原理的砌體結(jié)構(gòu)加固方法，適用于結(jié)構(gòu)豎向承載力不足的情況，綜合考慮傳統(tǒng)方法缺陷，在不減少房屋套內(nèi)使用面積的情況下，也可滿足抗震規(guī)范中需要增設(shè)構(gòu)造柱的條件，可解決砌體房屋中存在的問題。

1 新型加固方法的技術(shù)特征分析

1.1 基于砌體與鋼格構(gòu)柱組合墻的原理

在荷載作用下，由于構(gòu)造柱和磚墻的剛度不同及內(nèi)力重分布的結(jié)果，構(gòu)造柱分擔(dān)墻體上的荷載。此外，構(gòu)造柱與圈梁形成“弱框架”，砌體受到約束，也提高了墻體承載力。設(shè)置構(gòu)造柱磚墻與組合磚砌體構(gòu)件有類似之處，本文用鋼格構(gòu)柱代替鋼筋混凝土構(gòu)造柱［7］，試驗(yàn)研究表明，可采用組合磚砌體軸心受壓構(gòu)件承載力的計(jì)算公式(見圖1)。

圖1 鋼格構(gòu)柱構(gòu)造

1.2 建筑功能對比

本文將傳統(tǒng)鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層加固法與新型加固方法進(jìn)行比較。按照GB50702—2011《砌體結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》［8］的要求，采用鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層加固法加固砌體受壓構(gòu)件時(shí)，面層厚度應(yīng)為35～45mm;本文設(shè)計(jì)的新型加固方法，按照 GB 50003—2011《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》［9］第 8.2.7 條方法進(jìn)行計(jì)算，不足時(shí)，采用鋼格構(gòu)柱進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，鋼絲網(wǎng)水泥砂漿面層作為構(gòu)造加強(qiáng)措施。具體以一個(gè)2.0m×3.0m的房間為例，如圖2所示。

由圖2可知，原有建筑的使用面積為6.0m2，采用鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層加固法后可使用面積為5.75m2，本文提出的新型加固方法后不改變使用面積，仍為6.0m2。通過計(jì)算結(jié)果可發(fā)現(xiàn)，本文提出的新型加固方法相比傳統(tǒng)夾板墻加固法多出可使用面積0.25m2，因此，可有效保證建筑的使用面積。

圖2 新型加固法和傳統(tǒng)加固法在使用面積上的對比分析

1.3 結(jié)構(gòu)受力模式對比

對于傳統(tǒng)鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層加固法，容易存在以下問題:①大部分老舊建筑的墻體角部構(gòu)造柱缺失或作用弱化極易先破壞，加固后依然滿足抗震規(guī)范中需要增設(shè)構(gòu)造柱的條件;②部分老舊砌體結(jié)構(gòu)未設(shè)置圈梁，這種情況時(shí)，采用傳統(tǒng)方法無法滿足要求;③傳統(tǒng)的鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層加固法在江南多水地區(qū)容易產(chǎn)生鋼筋銹脹，造成面層開裂，破壞加固效果［10］。

采用基于砌體與鋼格構(gòu)柱組合墻原理的砌體結(jié)構(gòu)加固方法將解決傳統(tǒng)鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層加固法的幾個(gè)問題:①采用鋼格構(gòu)柱代替鋼筋混凝土構(gòu)造柱能夠解決大部分老舊建筑墻體角部構(gòu)造柱缺失或作用弱化極易先破壞的問題;②采用本文方法時(shí)，可在圈梁位置設(shè)置鋼格構(gòu)梁，格構(gòu)梁與格構(gòu)柱焊接，形成小型框架;③本文對傳統(tǒng)鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層加固法進(jìn)行改進(jìn):外墻部分改用噴射灌漿料，鋼筋網(wǎng)改為鋼絲網(wǎng)，外墻及衛(wèi)生間部位熱鍍鋅防銹處理，水泥砂漿改用噴射聚合物水泥砂漿，這些措施能夠很好地解決傳統(tǒng)鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層加固法的鋼筋銹脹、面層開裂等問題，而且采用噴射工藝也可大幅減少人工費(fèi)用，降低造價(jià)。

另外，為確保鋼格構(gòu)柱與砌體整體受力，本文基于砌體與鋼格構(gòu)柱組合墻原理的砌體結(jié)構(gòu)加固方法采取以下構(gòu)造措施:①用結(jié)構(gòu)膠將鋼格構(gòu)柱與砌體黏結(jié)在一起;②用對穿螺栓將鋼格構(gòu)柱與砌體連接在一起;③對穿螺栓螺帽與鋼板焊接(土墻結(jié)構(gòu)必須焊接，砌體結(jié)構(gòu)酌情待定);④用鋼絲網(wǎng)水泥砂漿將鋼格構(gòu)柱與砌體連成整體，鋼絲網(wǎng)與鋼板焊接。采用以上措施后，可確保二者共同受力，有效避免因單一構(gòu)件破壞而造成房屋整體安全隱患。

2 應(yīng)用實(shí)例

2.1 工程概況

該項(xiàng)目為寧波市江東區(qū)某5層住宅建筑，上部為磚混結(jié)構(gòu)房屋。該住宅長33.8m，寬8.8m，高14.0m;建成時(shí)間為1985年，整體未設(shè)置構(gòu)造柱。根據(jù)檢測鑒定報(bào)告，該住宅鑒定結(jié)論為C級(局部危房)，主要問題有:部分承重墻因增設(shè)門窗洞口而被拆除;部分位置增加墻體致荷載增大;砌筑砂漿強(qiáng)度低于設(shè)計(jì)要求;部分圈梁由于下部墻體被拆除發(fā)生開裂;部分墻體經(jīng)驗(yàn)算不滿足承載力要求。

通過采取以下加固措施:①保持原結(jié)構(gòu)形式不變;②原多孔板全部保留，對原來擱支長度不滿足的多孔板進(jìn)行擱支長度補(bǔ)強(qiáng);③通過增設(shè)鋼格構(gòu)柱，加固鋼筋混凝土構(gòu)造柱，墻體兩側(cè)使用鋼絲網(wǎng)聚合物改性水泥砂漿面層構(gòu)造加強(qiáng);④本工程原設(shè)計(jì)已有鋼筋混凝土圈梁，因此不必再設(shè)鋼格構(gòu)圈梁。最終實(shí)現(xiàn)滿足結(jié)構(gòu)安全性要求，不影響原有建筑使用面積，結(jié)構(gòu)使用年限達(dá)標(biāo)的加固目標(biāo)。

2.2 新型加固方法的設(shè)計(jì)與計(jì)算

實(shí)際工程應(yīng)用時(shí)，需依據(jù)不同的墻體形式進(jìn)行加固設(shè)計(jì)與計(jì)算。本文以一片典型墻體(見圖3)的加固計(jì)算為例，介紹計(jì)算過程。

普通砌體結(jié)構(gòu)承載力的計(jì)算公式:

采用磚砌體和鋼筋混凝土構(gòu)造柱組合墻的軸心受壓承載力的計(jì)算公式:

式中，Nu為砌體結(jié)構(gòu)承載力，φcom為組合磚墻的穩(wěn)定系數(shù)，η為強(qiáng)度系數(shù)，l為沿墻長方向構(gòu)造柱的間距，bc為沿墻長方向構(gòu)造柱的寬度，A為扣除孔洞和構(gòu)造柱的磚砌體截面面積，Ac為構(gòu)造柱的截面面積。

圖3 典型墻體加固示意

根據(jù)相關(guān)圖紙可知:l=4400mm，bc=190mm，h=2800mm，暫定小砌塊孔洞率為40%。根據(jù)計(jì)算荷載:pAC=150kN/m，pCE=88kN/m。高厚比為14.74;配筋率ρ=0。計(jì)算如下:

η =［1/(1/bc－3)］1/4=［1/(4400/190－3)］1/4=0.472

1)根據(jù)《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》表8.2.3內(nèi)插值取 φcom=0.7515。

2)原砂漿強(qiáng)度為 2.0MPa，砌塊為 Mu7.5，根據(jù)《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》表3.2.1－4內(nèi)插值取 f=1.29MPa，A=980400mm2。

3)灌漿混凝土約為C13。據(jù)GB50367—2013《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》［11］表 4.1.4 －4 內(nèi)插值 fc=6.28N/mm2，Ac=59280mm2。

4)內(nèi)部插筋:fy’=210N/mm2，As

’=314mm2。

5)加固鋼板:fy1’=215N/mm2，As1

’=5100mm2。

據(jù)《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》8.2.7 條:

由此可知，計(jì)算結(jié)果符合要求。以上計(jì)算中包含L形和T形墻角，本工程中其他類型墻角的加固方案如圖4，5所示。說明:加固范圍為基礎(chǔ)頂至屋面板底，鋼結(jié)構(gòu)與墻體空隙處用結(jié)構(gòu)膠填實(shí)，綴板與綴條間采用角焊縫連接(滿焊)，圈梁或梁均必須要有1對穿螺栓穿過。

圖4 “I”形墻角加固示意

圖5 復(fù)雜型墻角加固示意

2.3 現(xiàn)場施工重點(diǎn)

本文加固方法主要施工要點(diǎn)在于鋼結(jié)構(gòu)加工與安裝，鋼結(jié)構(gòu)的制作與安裝處理要點(diǎn)如下。

1)焊接要求 施焊時(shí)應(yīng)選擇合理的焊接工藝、焊接順序，采取多種有效措施盡量減少鋼構(gòu)件的焊接應(yīng)力和焊接變形。構(gòu)件的主材拼裝焊縫、端板與梁上翼緣與腹板及柱腳處的連接焊縫質(zhì)量等級應(yīng)達(dá)到二級焊縫質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，其余為三級。焊Q235的鋼材:手工焊用E4303型焊條，自動或半自動焊用H08或H08A型焊絲。

2)涂裝要求 鋼構(gòu)件先經(jīng)拋丸除銹，除銹等級應(yīng)達(dá)到Sa2.5級，然后±0.000m以下部分鋼構(gòu)件熱鍍鋅處理，應(yīng)符合GB/T8923.1—2011《涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級》的規(guī)定。鋼構(gòu)件(包括零部件)除銹后，先刷2道醇酸紅丹防銹底漆，現(xiàn)場安裝完后再刷2道灰色醇酸調(diào)和漆。

3)粘鋼加固施工要求 粘鋼施工工藝流程、混凝土及鋼板黏結(jié)面的表面處理、黏結(jié)劑的選擇、工程質(zhì)量及驗(yàn)收必須滿足GB50367—2006《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求。粘貼鋼板后，鋼板表面敷設(shè)鋼絲網(wǎng)，用水泥砂漿粉刷保護(hù)。與鋼材相貼鄰的混凝土構(gòu)件表面需要清理平整，可用修補(bǔ)砂漿找平。

3 總結(jié)與展望

本文設(shè)計(jì)了一種在滿足結(jié)構(gòu)安全基礎(chǔ)上，不減少房屋使用面積，并解決砌體結(jié)構(gòu)墻體承載力不足的一種新型房屋加固方法，并在實(shí)際工程進(jìn)行了應(yīng)用，結(jié)果分析如下。

1)該新型方法在結(jié)構(gòu)受力上更加安全可靠，采用結(jié)構(gòu)膠黏結(jié)和對穿螺栓連接的方式使原建筑物與加固鋼板連接成可靠的整體，抗震性能有了明顯改善，保證了結(jié)構(gòu)體系的安全性和耐久性。

2)該新型方法在建筑使用面積上同樣有很大的優(yōu)勢。相比于傳統(tǒng)的加固方法，該新型方法可不減少房屋的使用面積。

3)該新型方法適用范圍廣，可用于砌體結(jié)構(gòu)、土墻結(jié)構(gòu)和木結(jié)構(gòu)。同時(shí)加固費(fèi)用較低，不破壞外觀，保持建筑物原有格局。加固時(shí)間短，風(fēng)險(xiǎn)低，解危成效快。但該方法也要求施工隊(duì)的專業(yè)技術(shù)達(dá)到較高水平，才能保證加固構(gòu)件的可靠連接。

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