周廣強， 劉清陽， 程立安

(山東建筑大學(xué) a.土木工程學(xué)院;b.山東省建筑結(jié)構(gòu)鑒定加固與改造重點實驗室，山東 濟南 250101)

近年來我國發(fā)生的幾次地震使大量房屋受到不同的損壞，嚴重影響了人們的生命財產(chǎn)安全，對于震區(qū)人流聚集區(qū)的中小學(xué)校舍來說，其抗震性能尤為重要。目前我國各地區(qū)還存在相當一部分建設(shè)年代比較久遠的中小學(xué)校舍，其中采用砌體和混凝土柱(或框架)混合承重的房屋是較為普遍的一種結(jié)構(gòu)形式，這類房屋往往采用裝配式混凝土預(yù)制樓(屋)蓋，墻體門窗洞口多，抗震構(gòu)造措施不足，抗震能力差。

本文通過對山東省部分地區(qū)中小學(xué)的抗震鑒定和加固改造工作，選取了一個有代表性的房屋，對其抗震鑒定及加固設(shè)計進行了介紹。

1 工程概況

某中學(xué)圖書樓，建于1992年，為三層環(huán)形建筑物，中間區(qū)域頂部采用鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架。東西向長26.24 m，南北向長26.64 m，底層層高3.9 m，二、三層層高均為3.6 m，房屋高度11.4 m，其底層結(jié)構(gòu)平面見圖1。

圖1 底層結(jié)構(gòu)平面

該建筑物為混合結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)形式為墻下鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)及柱下鋼筋混凝土獨立基礎(chǔ)，樓、屋面板采用混凝土預(yù)制空心板、局部為現(xiàn)澆。墻體采用M5混合砂漿、≥MU7.5燒結(jié)普通磚，主體結(jié)構(gòu)混凝土構(gòu)件設(shè)計強度等級為C20。

2 抗震鑒定

該工程所在地區(qū)抗震設(shè)防烈度為7度，基本地震加速度值0.15g，設(shè)計地震分組第一組。依據(jù)GB50023-2009《建筑抗震鑒定標準》，按B類建筑物(后續(xù)使用年限為40年)進行鑒定，該工程抗震設(shè)防類別由丙類提高至乙類，因此應(yīng)按8度核查其抗震措施，按7度(0.15g)進行抗震驗算。

2.1 地基基礎(chǔ)

該建筑物上部結(jié)構(gòu)未發(fā)現(xiàn)不均勻沉降裂縫，通過對該建筑物四個角點傾斜測量，相對傾斜值均小于0.0007H，說明地基基礎(chǔ)無明顯靜載缺陷。

2.2 房屋外觀和內(nèi)在質(zhì)量

墻體無明顯受力裂縫及不均勻沉降裂縫;部分墻體門窗角部存在溫度裂縫，縫寬0.3～0.5 mm;底層部分外墻較潮濕，局部抹灰層空臌、脫落?；炷林?、梁、板無明顯裂縫及損傷。

2.3 抗震措施

(1)房屋高度、層數(shù)及層高

該房屋高度、層數(shù)及層高均滿足鑒定標準限值要求。

(2)結(jié)構(gòu)體系及平面形式

①結(jié)構(gòu)布置不合理，該房屋底層4×D～G，9×D～G范圍為混凝土柱及頂部混凝土托梁，采用玻璃隔斷，無抗震墻，而該位置二三層均為磚墻。這不僅使底層抗震墻布置不均勻，沿4軸、9軸縱向形成薄弱部位，而且也導(dǎo)致墻體豎向不連續(xù)，對抗震極為不利。

②除局部外，絕大部分樓、屋蓋采用裝配式混凝土樓、屋蓋，整體性較差。

③一層、二層抗震橫墻最大間距為10.8 m，滿足鑒定標準中11 m限值要求。

④房屋的高寬比滿足GB 50023-2009《建筑抗震鑒定標準》中2.0限值要求。

(3)整體性連接構(gòu)造

①構(gòu)造柱設(shè)置不足，不滿足鑒定標準的相關(guān)要求。

②屋蓋及每層樓蓋處均設(shè)有鋼筋混凝土圈梁，滿足鑒定標準的要求。

(4)易局部倒塌的部件及其連接

①承重外墻盡端距窗洞邊的最小距離為0.87 m，不滿足鑒定標準中最小1.5 m的要求。

②磚砌女兒墻高度1.2 m，而且與屋蓋結(jié)構(gòu)拉結(jié)不可靠，應(yīng)采取加強措施。

(5)樓梯間

樓梯間頂層橫墻和外墻未沿墻高每隔500 mm設(shè)2φ6拉結(jié)鋼筋，不滿足鑒定標準的要求。

(6)材料強度

實測上部結(jié)構(gòu)梁、柱混凝土強度可評定為C20，各層燒結(jié)磚的強度均可評定為MU10，滿足鑒定標準的要求;實測一至三層的砂漿抗壓強度推定值分別為1.06 MPa、1.07 MPa和1.01 MPa，不滿足鑒定標準中不應(yīng)小于M2.5的要求。

2.4 抗震承載力驗算

根據(jù)實測材料強度及實際荷載情況，經(jīng)驗算，一、二層抗震承載力不滿足要求，2軸、4軸、9軸及11軸縱向抗震承載力嚴重不足;三層抗震承載力滿足要求，應(yīng)進行抗震加固。

3 抗震加固設(shè)計

3.1 加固方案

(1)該工程存在的最大的問題是在4×D～G，9×D～G位置底層無墻體，墻體豎向不連續(xù)，類似于底框-抗震墻結(jié)構(gòu)，在底層形成薄弱部位，為此在底層與二、三層相應(yīng)的位置增設(shè)墻體，使墻體豎向連續(xù)，結(jié)構(gòu)體系更加明確，底層墻體布置也更均勻。

(2)2軸、11軸外墻洞口尺寸較大，縱向抗震能力差，而且縱橫墻交接處也未設(shè)置構(gòu)造柱，在墻體與大梁、橫墻交接處增設(shè)構(gòu)造柱，提高縱向抗震能力。

(3)因墻體砂漿強度為M1.0，抗震承載力較低，而且不滿足鑒定標準的要求，對墻體采用鋼筋網(wǎng)砂漿面層進行加固。采用鋼筋網(wǎng)砂漿面層加固墻體后不僅可提高墻體的承載力，而且可在一定程度上改善墻體的脆性特性，提高抗震性能。另外加固時對于部分墻體存在的在溫度裂縫、抹灰層空臌、脫落的問題可一并解決。

(4)承重外墻盡端距窗洞邊的最小距離為0.87 m，但端部有構(gòu)造柱加強，而且采用鋼筋網(wǎng)砂漿面層加固墻體后，通過鋼筋的拉結(jié)，可明顯提高其整體性，避免墻段在地震作用下倒塌。樓梯間頂層橫墻和外墻未沿墻高每隔500 mm設(shè)2φ6拉結(jié)鋼筋，通過鋼筋網(wǎng)砂漿面層加固墻體這一問題也得到解決。

(5)裝配式混凝土樓、屋蓋，整體性較差，大震時也容易塌落，應(yīng)加強其整體性及支承長度。通過在預(yù)制樓板頂部設(shè)置混凝土后澆層、配置鋼筋網(wǎng)可較強地提高其整體性能，但施工時需人工剔除樓面面層，剔鑿工作量大而且容易破壞樓板。在預(yù)制板支承梁(墻)處增設(shè)支角鋼支承，可增加樓板支承長度，另外通過連接件對預(yù)制板與支承梁(墻)進行拉結(jié)，也可一定程度上提高樓蓋的整體性能，增設(shè)支角鋼支承施工簡便、工期短，可行性較好。

(6)磚砌女兒墻高度1.2 m，而且與屋蓋結(jié)構(gòu)拉結(jié)不可靠，地震作用下易倒塌，考慮到原女兒墻砂漿強度也較低，可將原女兒墻拆除，重新砌筑。

3.2 加固設(shè)計

(1)底層增砌墻體部位，在原混凝土柱下獨立基礎(chǔ)之間重新設(shè)置了混凝土條形基礎(chǔ)，增設(shè)墻體、構(gòu)造柱后的底層結(jié)構(gòu)平面圖如圖2所示。后砌墻體采用MU10黃河淤泥燒結(jié)磚、M5水泥砂漿，與原混凝土柱之間通過拉結(jié)筋、混凝土連接件進行連接，見圖3。增設(shè)構(gòu)造柱砌體采用外包混凝土組合柱的形式，采用C25細石混凝土，見圖4。

圖2 增設(shè)墻體、構(gòu)造柱后底層結(jié)構(gòu)平面圖

圖3 底層增砌墻體與原結(jié)構(gòu)連接

圖4 大梁處組合柱

(2)原墻體采用了雙面鋼筋網(wǎng)砂漿面層加固，單側(cè)面層厚度35 mm，鋼筋網(wǎng)橫向及豎向鋼筋均為φ6@200。

(3)預(yù)制板支承梁(墻)處增設(shè)角鋼支承，見圖5～7。

圖5 縱墻與橫墻交接處組合柱

圖6 預(yù)制板支承梁處增設(shè)角鋼支承

圖7 預(yù)制板支承墻處增設(shè)角鋼支承

(4)原女兒墻拆除，重新砌筑，設(shè)置混凝土構(gòu)造柱及壓頂，墻體與構(gòu)造柱之間設(shè)φ6@500通長拉結(jié)筋。

經(jīng)驗算，加固后該房屋抗震承載力滿足要求。

4 結(jié)論

(1)混合結(jié)構(gòu)校舍普遍存在抗震措施不足、抗震性能較差的問題。

(2)混合結(jié)構(gòu)校舍結(jié)構(gòu)體系的合理性、結(jié)構(gòu)布置的規(guī)則性尤為重要，鑒定及加固設(shè)計時應(yīng)充分重視這一點。

(3)結(jié)構(gòu)抗震加固設(shè)計時應(yīng)綜合考慮加固的效果、經(jīng)濟性及施工可行性，選擇合理的加固方案。

［1］《汶川地震建筑震害調(diào)查與災(zāi)后重建分析報告》編委會.汶川地震建筑災(zāi)害調(diào)查與災(zāi)后重建分析報告［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2008.

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［8］GB 50011-2010，建筑抗震設(shè)計規(guī)范［S］.

［9］GB 50292-1999，民用建筑可靠性鑒定標準［S］.

［10］GB 50003-2001，砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［S］.