李 凱

（甘肅泓文建筑設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

在《建筑抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50223-2008）、《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50023-2009）、《建筑抗震加固技術(shù)規(guī)程》（JGJ 116-2009）中，對中小學(xué)建筑抗震設(shè)計(jì)提出了更高的要求。很多學(xué)校都在對教學(xué)樓進(jìn)行核查，對不符合要求的，都在陸續(xù)有效地加固現(xiàn)有建筑，提升結(jié)構(gòu)安全性，以求防患于未然。本文以某教學(xué)樓為例，介紹合理的加固設(shè)計(jì)和施工技術(shù)，為中小學(xué)建筑抗震加固施工提供借鑒。

1 抗震加固方案應(yīng)遵循的原則

在設(shè)計(jì)教學(xué)樓的抗震加固方案時(shí)，應(yīng)充分考慮安全、實(shí)用、合理、經(jīng)濟(jì)等方面的因素，遵循以下原則：（1）應(yīng)該與當(dāng)?shù)乜拐痂b定所的報(bào)告相結(jié)合，合理制定抗震加固方案，并正確選擇部分構(gòu)件加固、區(qū)段加固以及建筑整體加固的施工技術(shù)，使建筑擁有更強(qiáng)的整體性，保證各個(gè)構(gòu)件能夠承受更強(qiáng)的力，在整體上提升建筑的抗震能力；（2）仔細(xì)比較各種施工方案的優(yōu)劣，與先進(jìn)的施工方法相結(jié)合，保證原結(jié)構(gòu)與加固部件之間的可靠連接，協(xié)同工作[1]；（3）在考慮新增部件和加固的過程中，應(yīng)對其可能產(chǎn)生的不利影響進(jìn)行減少或消除，從整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的綜合抗震能力出發(fā)，既對薄弱部位的抗震構(gòu)造進(jìn)行加強(qiáng)，又要使產(chǎn)生新薄弱部位的情況得到避免；（4）當(dāng)加固設(shè)計(jì)與原結(jié)構(gòu)所用的材料相同時(shí)，應(yīng)將原結(jié)構(gòu)材料的實(shí)際強(qiáng)度作為加固材料最低強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)。

2 建筑結(jié)構(gòu)抗震加固設(shè)計(jì)

2.1 柱加固設(shè)計(jì)

基于原框架存在柱配筋數(shù)量少、軸壓比過大等情況，決定使用增大截面的方式開展教學(xué)樓加固設(shè)計(jì)，對柱的截面進(jìn)行增大并不會對建筑的使用和功能產(chǎn)生影響[2]。結(jié)合邊柱和中柱的差異，分別采用在三邊和四邊對截面進(jìn)行增大的方法，進(jìn)而保證新加箍筋和縱筋都能夠使構(gòu)造設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足要求。為了使新舊混凝土能夠更好地發(fā)揮出作用，每隔30mm處使用U型箍連接一次原結(jié)構(gòu)與新加縱筋，在原柱內(nèi)進(jìn)行U型箍植筋。在柱內(nèi)樓層標(biāo)高處增設(shè)縱筋，樓板上下使用角筋貫穿，因?yàn)椴荒芷茐目蚣芰海胁靠v筋需要適當(dāng)彎折，在能夠貫通時(shí)應(yīng)盡量貫通，不能貫通的應(yīng)將下端種筋植入梁內(nèi)，并使用短筋補(bǔ)足斷開削弱的鋼筋。

2.2 梁加固設(shè)計(jì)

教學(xué)樓3層、4層X方向框架梁，因?yàn)樵Y(jié)構(gòu)缺少足夠的配筋以及跨度較大，改建后準(zhǔn)備作為圖書室和教室使用，可能需要較大的荷載，利用碳纖維加固需要較高的費(fèi)用投入，并且也增大了對應(yīng)框架柱的截面。所以，經(jīng)過對比判斷，決定采用對梁的截面進(jìn)行增大的方法，這種加固方法在處理梁柱節(jié)點(diǎn)方面較為簡單。

對梁進(jìn)行加固需要增設(shè)較大數(shù)量的縱筋，而增加截面只存在有限的寬度，需要分兩排完成縱筋布置，從而為混凝土澆搗構(gòu)建有利條件，同時(shí)應(yīng)該利用U型箍植筋的方式連接原梁與新加構(gòu)造腰筋和縱筋。對于配筋需求較少的Y方向和X方向梁，應(yīng)該利用粘貼碳纖維的方式加固，如圖1所示。部分梁支座處缺乏足夠的負(fù)彎矩承載力，可以將現(xiàn)澆樓板當(dāng)做梁的翼緣，同時(shí)為了施工更加方便，可以將碳纖維粘貼在梁頂樓板，從而避免因節(jié)點(diǎn)柱打斷而產(chǎn)生錨固處理問題。

圖1 梁碳纖維加固示意

3 抗震驗(yàn)算

3.1 加固設(shè)計(jì)的抗震驗(yàn)算

與國家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合，對影響構(gòu)造的因素進(jìn)行綜合分析，準(zhǔn)確評定抗震能力的指數(shù)，相關(guān)驗(yàn)算公式如下：

（1）樓層平均抗震能力指數(shù)：

式中：

i——第i樓層；

β——橫向或縱向墻體平均抗震能力指數(shù)；

A——橫向或縱向抗震墻在1∕2層高處的總凈截面面積，其中只包括高寬比小于4的墻段截面面積；

Ab——平面建筑面積；

ξ0——橫向或縱向抗震墻的基準(zhǔn)面積率；

λ——烈度影響系數(shù)。

橫 墻：ξ0i=0.0237，Ai∕Abi=0.22×8×5∕（11×3.3×11）=0.022，λ=0.7，βi=1.319。

縱墻：ξ0i=0.0183，Ai∕Abi=（0.9×9+3+2.7+3×1.1）×0.22∕（11×3.3×11）=0.0118，λ=0.7，βi=0.711。

（2）樓層綜合抗震能力指數(shù)：

式中：

βci——第i 樓層的橫向或縱向墻體綜合抗震能力指數(shù)；

ψ1——體系影響系數(shù)；

ψ2——局部影響系數(shù)。

ψ1=1.0，房屋盡端設(shè)樓梯間項(xiàng)，ψ2=0.8，橫墻βci=1.055，縱墻βci=0.57。與計(jì)算結(jié)果相結(jié)合，證明橫墻抗震承載力達(dá)到了相關(guān)加固標(biāo)準(zhǔn)以上，縱墻抗震承載力低于相關(guān)加固標(biāo)準(zhǔn)，縱墻抗震主要通過構(gòu)造來滿足[3]。

3.2 驗(yàn)算建筑結(jié)構(gòu)整體抗震性能

在該教學(xué)樓抗震加固工程中使用PKPM軟件，結(jié)合新的改建設(shè)計(jì)，將荷載布置在原結(jié)構(gòu)模型上，使用JCCAD程序驗(yàn)算地基基礎(chǔ)，使用SATWE程序驗(yàn)算上部結(jié)構(gòu)。因?yàn)椴粫谳^大程度上改變其功能，主要是隔墻位置產(chǎn)生變化，新建設(shè)計(jì)與原建筑的總荷載值相差不大。與原地勘報(bào)告相結(jié)合，修正后擁有100kN∕m2的地基承載力，在計(jì)算導(dǎo)荷后，地板擁有85kN∕m2的平均反力，結(jié)合檢測結(jié)論，該工程不需要加固地基基礎(chǔ)。對于上部結(jié)構(gòu)的驗(yàn)算，只有部分指標(biāo)能夠滿足相應(yīng)的規(guī)范要求，如平均層間位移、最大層間位移、剪重比以及周期比等。但第三層以及底層大部分框架柱的軸壓比都比相應(yīng)的規(guī)范限值大，已經(jīng)嚴(yán)重缺乏承載力。計(jì)算建筑層間彈性位移，Y方向和X方向的最大層間位移角分別為1∕447和1∕411，都沒有達(dá)到相關(guān)的規(guī)范要求。建筑四層及以下的箍筋、梁的縱筋以及框架柱大部分都無法滿足規(guī)范要求。所以，該工程抗震加固施工主要圍繞柱、框架梁開展，對梁截面以及柱截面進(jìn)行適當(dāng)加大，并采用碳纖維加固的方式處理配筋不足的梁。

4 施工技術(shù)

4.1 裂縫修補(bǔ)施工

在裂縫修補(bǔ)施工的準(zhǔn)備階段，應(yīng)徹底清除墻面抹灰層，并用工具標(biāo)注出墻體裂縫存在的具體位置，需要先修補(bǔ)存在裂縫的墻體，才可以開展后續(xù)施工。在裂縫修補(bǔ)施工中應(yīng)嚴(yán)格遵守以下施工規(guī)范：（1）使用壓力灌漿法修補(bǔ)墻體裂縫，將定量的膠質(zhì)懸浮液融入純水泥漿中制作灌漿液，從而使?jié){液擁有更好的黏合能力和可灌性，對建筑砌體強(qiáng)度進(jìn)行增強(qiáng)；（2）使用108膠作為膠質(zhì)懸浮劑，其主要成分為聚乙烯醇；（3）使用普通硅酸鹽水泥進(jìn)行灌漿，其強(qiáng)度等級應(yīng)為42.5，水使用天然純凈水或飲用水；（4）合理配置水泥聚合漿，具體配合比見表1。

表1 水泥聚合漿配合比

4.2 鋼筋施工

該工程的鋼筋施工主要包括柱、梁擴(kuò)大截面的鋼筋施工，因?yàn)闃?gòu)件需要較多的配筋并且只有有限的新增截面尺寸，導(dǎo)致很大幾率上會出現(xiàn)鋼筋過密的問題。這時(shí)施工中最需要考慮的問題就是如何對保護(hù)層厚度和鋼筋間距進(jìn)行合理控制。為了使這些問題得到有效解決，在開展鋼筋施工前應(yīng)結(jié)合原構(gòu)件配筋、新增鋼筋以及新增截面尺寸等情況完成新梁柱鋼筋截面布置圖的繪制，在圖上進(jìn)行模擬放樣，保證新增鋼筋配置的合理性，對于不滿足施工條件的構(gòu)件應(yīng)該及時(shí)采取修改措施[4]。在開展各個(gè)構(gòu)件的實(shí)際施工前，應(yīng)該與設(shè)計(jì)圖紙相結(jié)合，對實(shí)際的配筋情況進(jìn)行檢查，如有不符合處，需要對構(gòu)件放樣圖進(jìn)行重新修改，在施工前確保能夠在圖上成功放樣。對于布置鋼筋有困難的構(gòu)件，應(yīng)在不影響設(shè)計(jì)和建筑質(zhì)量的前提下，對局部截面進(jìn)行放大。

4.3 面層施工

面層施工鋼筋的規(guī)格尺寸應(yīng)該根據(jù)教學(xué)樓樓層的不同加以確定，使用A6鋼筋進(jìn)行二層至頂層面層施工，使用A8鋼筋進(jìn)行底層面層施工，選擇強(qiáng)度等級為M10的水泥砂漿，面層厚度為35mm。鋼筋網(wǎng)外應(yīng)設(shè)置厚度在10mm以上的保護(hù)層，鋼筋網(wǎng)片與原墻面應(yīng)保持5mm以上的空隙。使用S 形的A6 穿墻筋連接鋼筋網(wǎng)，穿墻筋間保持600mm間距，呈梅花狀布置。在進(jìn)行面層施工時(shí)，應(yīng)該遵循以下施工規(guī)范：（1）如果原墻面存在松散的部分，應(yīng)先將松散部分清除，并配置1∶3的水泥砂漿進(jìn)行抹面，同時(shí)應(yīng)清除存在松動現(xiàn)象的勾縫砂漿。另外，在面層施工前，應(yīng)該用水潤濕原墻面；（2）應(yīng)該先按設(shè)計(jì)圖紙?jiān)趬ι蠘?biāo)出穿墻筋和錨筋的位置，然后才可以進(jìn)行墻面鉆孔，并且鉆孔位置應(yīng)選在磚縫處，在空洞中插入錨筋后應(yīng)該在空隙中灌滿水泥砂漿并抹平；另外應(yīng)該注意在鉆孔的過程中盡量避開原有鋼筋；（3）在鋼筋網(wǎng)鋪設(shè)過程中，應(yīng)該靠近墻面鋪設(shè)豎向鋼筋并支起鋼筋頭，并保證在墻面上固定鋼筋網(wǎng)時(shí)必須牢固平整；（4）抹水泥砂漿的過程中，應(yīng)該先完成墻面刷水泥漿的工序再分層抹灰，每層應(yīng)控制15mm以內(nèi)的厚度，且層數(shù)必須在3層及以上；必須壓實(shí)抹灰，避免有露筋、裂縫以及空隙等不良現(xiàn)象出現(xiàn)；（5）在完成面層施工后，應(yīng)該重視養(yǎng)護(hù)工作，定期灑水，避免陽光暴曬，對于原墻面脫開或干裂的情況進(jìn)行預(yù)防；（6）如果門窗樘與墻面之間的縫隙小于U形筋的直徑，可以在門窗樘上鉆孔。

4.4 模板施工

教學(xué)樓加固工程對梁、柱截面進(jìn)行擴(kuò)大，只會使用尺寸較小的模板，但卻有較為復(fù)雜的形狀，尤其是在梁側(cè)邊截面擴(kuò)大處安裝模板時(shí)，需要對混凝土澆筑施工問題進(jìn)行充分考慮。為了使混凝土澆搗更加方便，同時(shí)為了擴(kuò)大植筋施工的操作面，需要先鑿除梁側(cè)大約1.5m的原樓板。在制作以及安裝完梁鋼筋后，需要同時(shí)對梁模板與樓板進(jìn)行支模，柱模板樓板頂板四周需設(shè)置澆搗口，從而為順利澆筑混凝土提供保障。

4.5 碳纖維加固施工

（1）應(yīng)該根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行尺寸放樣，規(guī)范地對碳纖維布進(jìn)行裁剪。同時(shí)，應(yīng)結(jié)合相關(guān)的規(guī)定，準(zhǔn)確衡量加固樹脂的固化劑和主劑，并保證兩者攪拌均勻。

（2）碳纖維沿長度方向片材最少應(yīng)保留10cm 的接頭，在碳纖維布粘貼前，應(yīng)該在碳纖維布以及混凝土粘貼部位均勻涂抹環(huán)氧樹脂，然后拉緊碳纖維布粘貼至預(yù)定位置，并且在粘貼滾筒、刮板時(shí)沿統(tǒng)一方向進(jìn)行反復(fù)滾拖，直至碳纖維布邊緣滲出膠料，確保內(nèi)部無氣泡。

5 結(jié)束語

綜上所述，中、小學(xué)學(xué)校建筑的抗震性能在近年來越來越受重視。在該教學(xué)樓抗震加固工程中，加固設(shè)計(jì)和施工技術(shù)的選用都較為合理，能夠使教學(xué)樓的抗震要求得到有效滿足，具有一定的研究和推廣意義。