張杰 北京筑都建筑設(shè)計有限公司，北京市 100035

某小學(xué)教學(xué)樓的抗震鑒定與加固

張杰 北京筑都建筑設(shè)計有限公司，北京市 100035

“5·12”汶川地震后，國家有關(guān)部門對現(xiàn)行的抗震規(guī)范中關(guān)于中小學(xué)校舍部分做了相應(yīng)的修改，并要求對已有的校舍進(jìn)行全面的抗震安全鑒定。文章對北京市某小學(xué)校舍進(jìn)行了抗震鑒定與加固，結(jié)合現(xiàn)行抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)闡述了抗震鑒定的基本流程以及采用抗震加固的具體方法。

抗震鑒定；抗震加固；加固方法；小學(xué)教學(xué)樓

aseismatic appraisal;seismic strengthening;

reinforcement method;elementary school buildings

引言

5·12 汶川地震后, 中小學(xué)校舍抗震能力引起各方重視，國務(wù)院辦公廳于2009年5月下發(fā)了《全國中小學(xué)校舍安全工程實(shí)施方案》,其工作目標(biāo)是：在全國開展中小學(xué)校房屋鑒定排查，對具有安全隱患的校舍進(jìn)行抗震加固、提高綜合防災(zāi)能力建設(shè)，使學(xué)校校舍達(dá)到重點(diǎn)設(shè)防類抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)。全市的已有中小學(xué)校舍的抗震能力已進(jìn)行了鑒定，為抗震加固提供依據(jù)，進(jìn)行科學(xué)合理的加固設(shè)計提供了依據(jù)。建筑抗震鑒定和抗震加固應(yīng)根據(jù)其重要性和使用要求，按國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》GB50023-2009分為四類，其中教育建筑按乙類建筑設(shè)防要求。筆者有幸參與了北京市某小學(xué)教學(xué)樓的抗震加固設(shè)計工作，以此工程為例淺談抗震鑒定、加固設(shè)計、施工的過程和內(nèi)容。

一、砌體結(jié)構(gòu)校舍抗震性能的缺陷

在我國，砌體結(jié)構(gòu)因其施工方便、構(gòu)造相對簡單、造價較其他結(jié)構(gòu)形式相對低廉等優(yōu)點(diǎn)成為廣泛應(yīng)用于中小學(xué)校舍的結(jié)構(gòu)形式。砌體結(jié)構(gòu)屬于脆性材料的結(jié)構(gòu)，其抗震性能與承重能力是通過砌塊與砂漿間的相互作用來實(shí)現(xiàn)的，砌體結(jié)構(gòu)其抗拉、彎、剪強(qiáng)度相對其抗壓強(qiáng)度要低，砌塊間的連接也較差，雖有一定的鋼筋混凝土構(gòu)造柱及圈梁等的加強(qiáng)措施，但當(dāng)有強(qiáng)震時，在地震波的作用下，砌塊之間的連接很容易遭到破壞。尤其是未經(jīng)過抗震設(shè)防設(shè)計的砌體結(jié)構(gòu)，在強(qiáng)震中破壞更為嚴(yán)重，易出現(xiàn)整體垮塌。歷次震害數(shù)據(jù)表明：砌體結(jié)構(gòu)房屋的毀壞和倒塌是造成人員大量傷亡的主要原因。

由于中小學(xué)校舍建設(shè)年代各異，設(shè)計的抗震設(shè)防烈度也不盡相同。部分是20世紀(jì)70年代或更早的學(xué)校校舍均無抗震設(shè)防；20世紀(jì)80年代建造的校舍按78版抗震規(guī)范設(shè)計；20世紀(jì)90年代建造的校舍按89版抗震規(guī)范設(shè)計；2003年后建造的校舍按《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011—2001）進(jìn)行抗震設(shè)計。因此現(xiàn)有中小學(xué)校舍相當(dāng)一部分不滿足抗震設(shè)防，且由于使用時間長、房屋開間大、使用功能的變化等，結(jié)構(gòu)抗震能力進(jìn)一步降低；有些建筑雖然進(jìn)行了抗震設(shè)防，但不能滿足重點(diǎn)設(shè)防要求，須經(jīng)過抗震鑒定和加固后方可安全使用。由此可見，砌體結(jié)構(gòu)的抗震加固的意義非常重要。

校舍抗震性能薄弱環(huán)節(jié)主要體現(xiàn)在整體性連接構(gòu)造上，房間內(nèi)外墻交接處、外墻四角缺少構(gòu)造柱及貫通的圈梁；抗震構(gòu)造中，大部分建筑的圈梁、構(gòu)造柱不符合規(guī)范要求，房屋的整體性、抗震性能差，砌筑砂漿、砌體材料強(qiáng)度偏低，達(dá)不到抗震標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定?？拐鸸?jié)點(diǎn)構(gòu)造差，部分砌體有裂縫，局部建筑物基礎(chǔ)下沉。由于設(shè)計年代較早，自然老化和人為影響，部分砌體結(jié)構(gòu)墻體出現(xiàn)裂縫和地基沉降現(xiàn)象，豎向承載力不足。樓梯間構(gòu)造柱及圈梁未按規(guī)范進(jìn)行設(shè)置也是造成震害的一個重要原因，必須引起人們的高度重視。砌體結(jié)構(gòu)校舍抗震性能缺陷歸納如下：

（1）建筑物層數(shù)及高度超限。層數(shù)超過4層，高度超過12m；

（2）房屋的高度與寬度之比大于2.0，且高度大于底層平面的最長尺寸；

（3）抗震墻最大間距超過限值。很多中小學(xué)校舍預(yù)制樓板使用相對普遍，其抗震橫墻間距均超過了7m的規(guī)范限值；

（4）大部分樓、屋面為裝配式樓板，達(dá)不到剛性樓、屋面的要求；

（5）砌筑磚強(qiáng)度、砂漿強(qiáng)度等級較低，不滿足規(guī)范要求；

（6）部分樓梯間置于建筑物的盡端部或轉(zhuǎn)角處；

（7）外墻四角、樓梯間等位置缺少必要抗震構(gòu)造柱；

（8）裝配式混凝土樓、屋蓋磚房缺少必要圈梁，圈梁布置設(shè)置位置高度不合理及不滿足間距與配筋要求；

（9）門窗間墻局部寬度尺寸較小，形成獨(dú)立磚柱承重，對獨(dú)立磚柱應(yīng)加固。

二、砌體結(jié)構(gòu)抗震加固技術(shù)

砌體結(jié)構(gòu)存在的最突出問題是整體抗震性能不足，因此砌體結(jié)構(gòu)校舍的抗震加固設(shè)計，應(yīng)首先對其整體牢固性的構(gòu)造進(jìn)行完善和必要的增強(qiáng)。對整體牢固性不良的砌體結(jié)構(gòu)校舍，應(yīng)采用圈梁、拉桿、構(gòu)造柱等各種拉結(jié)件等予以加強(qiáng)。必要時，還可采用鋼筋網(wǎng)砂漿面層或夾板墻等加固外墻。宜優(yōu)先采取有利于改善結(jié)構(gòu)整體抗震體系的加固措施。對于存在明顯扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的校舍應(yīng)采取增設(shè)砌體抗震墻、在原墻加面層等可顯著調(diào)整結(jié)構(gòu)剛度分布的方法對薄弱部位進(jìn)行加固，使加固后的結(jié)構(gòu)體系各部分的變形基本協(xié)調(diào)一致。對于橫墻間距較大的非剛性結(jié)構(gòu)體系空曠房屋，應(yīng)增設(shè)橫墻以減小橫墻間距，或同時結(jié)合功能改造采用鋼筋混凝土樓、屋面替代裝配式樓、屋面，使其滿足剛性體系的要求。

1、 當(dāng)現(xiàn)有多層中小學(xué)砌體房屋的高度、層數(shù)超過規(guī)定限值時，應(yīng)采取下列抗震對策：

（1）當(dāng)現(xiàn)有多層中小學(xué)砌體房屋的總高度超過規(guī)定而層數(shù)不超過規(guī)定的限值時，應(yīng)采取高于一般房屋的承載力且加強(qiáng)墻體約束的有效措施。

（2）當(dāng)現(xiàn)有多層中小學(xué)砌體房屋的層數(shù)超過規(guī)定限值時，應(yīng)改變結(jié)構(gòu)體系或減少層數(shù)；也可改變用途，不再作為校舍使用，按丙類設(shè)防使用，并符合丙類設(shè)防的層數(shù)限值。當(dāng)采用改變結(jié)構(gòu)體系的方案時，可在兩個方向均勻增設(shè)總厚度不小于120mm的鋼筋混凝土雙面夾板墻。

2、房屋抗震承載力不能滿足要求時，可以選擇如下的加固方法：

（1）增加板墻加固：在墻體的一側(cè)或兩側(cè)采用噴射混凝土板墻加固。

（2）增加鋼筋網(wǎng)砂漿面層加固：在墻體的一側(cè)或兩側(cè)采用鋼筋網(wǎng)砂漿面層加固。

（3）增加鋼絞線網(wǎng)-聚合物砂漿面層加固：在墻體的一側(cè)或兩側(cè)采用鋼絞線聚合物砂漿面層加固。

（4）外加柱加固：在墻體交接處采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土構(gòu)造柱加固，柱應(yīng)與圈梁、拉桿連成整體，或與現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓、屋蓋可靠連接。

（5）鋼筋混凝土套加固：局部柱、墻垛、門窗洞邊還可用現(xiàn)澆鋼筋混凝土套加固。

（6）修補(bǔ)或灌漿：對已經(jīng)開裂的墻體，可采用壓力灌漿修補(bǔ)，對砌筑砂漿飽滿度差或砌筑砂漿強(qiáng)度等級偏低的墻體，可用滿墻灌漿加固。修補(bǔ)后墻體的剛度和抗震能力，可按原砌筑砂漿強(qiáng)度等級計算；滿墻灌漿加固后的墻體，可按原砌筑砂漿強(qiáng)度等級提高一級計算。

3、房屋的整體性不滿足要求時，宜選擇下列加固方法：

（1）當(dāng)墻體布置在平面內(nèi)不閉合時，可增設(shè)墻段或在開口處增設(shè)現(xiàn)澆鋼筋混凝土框形成閉合。

（2）當(dāng)縱橫墻連接較差時，可采用鋼拉桿、長錨桿、外加柱或外加圈梁等加固。

（3）樓、屋蓋構(gòu)件支承長度不滿足要求時，可增設(shè)托梁或采取增強(qiáng)樓、屋蓋整體性等的措施；對腐蝕變質(zhì)的構(gòu)件應(yīng)更換；對無下弦的人字屋架應(yīng)增設(shè)下弦拉桿。

（4）當(dāng)構(gòu)造柱設(shè)置不符合鑒定要求時，可增設(shè)外加柱；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，可不另設(shè)構(gòu)造柱。

（5）當(dāng)圈梁設(shè)置不符合鑒定要求時，應(yīng)增設(shè)圈梁；外墻圈梁宜采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土，內(nèi)墻圈梁可用鋼拉桿或在進(jìn)深梁端加錨桿代替；當(dāng)采用雙面鋼筋網(wǎng)砂漿面層或鋼筋混凝土板墻加固，且在上下兩端增設(shè)配筋加強(qiáng)帶時，可不另設(shè)圈梁。

（6）當(dāng)預(yù)制樓、屋蓋不滿足抗震鑒定要求時，可增設(shè)鋼筋混凝土現(xiàn)澆層或增設(shè)托梁加固樓、屋蓋。

4、對房屋中易倒塌的部位，宜選擇下列加固方法：

（1）窗間墻寬度過小或抗震能力不滿足要求時，可增設(shè)鋼筋混凝土窗框或采用鋼筋網(wǎng)砂漿面層、板墻等加固。

（2）支承大梁等的墻段抗震能力不滿足要求時，可增設(shè)組合柱、鋼筋混凝土柱或采用鋼筋網(wǎng)砂漿面層、板墻加固。

（3）支承懸挑構(gòu)件的墻體不符合鑒定要求時，宜在懸挑構(gòu)件端部增設(shè)鋼筋混凝土柱或組合柱加固，并對懸挑構(gòu)件進(jìn)行復(fù)核。

（4）隔墻無拉結(jié)或拉結(jié)不牢，可采用鑲邊、埋設(shè)鋼夾套、錨筋或鋼拉桿加固；當(dāng)隔墻過長、過高時，可采用鋼筋網(wǎng)砂漿面層進(jìn)行加固。

（5）出屋面的樓梯間、電梯間和水箱間不符合鑒定要求時，可采用面層或外加柱加固，其上部應(yīng)與屋蓋構(gòu)件有可靠連接，下部應(yīng)與主體結(jié)構(gòu)的加固措施相連。

（6）出屋面的煙囪、無拉結(jié)女兒墻、門臉等超過規(guī)定的高度時，宜拆除、降低高度或采用型鋼、鋼拉桿加固。

（7）懸挑構(gòu)件的錨固長度不滿足要求時，可加拉桿或采取減少懸挑長度的措施。

5、當(dāng)具有明顯扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的多層中小學(xué)砌體房屋抗震能力不滿足要求時，可在薄弱部位增砌磚墻，或在原墻加面層；也可采取分割平面單元，減少扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的措施。

三、工程實(shí)例

1、工程概況

該小學(xué)教學(xué)樓為四層砌體結(jié)構(gòu)建筑，建于1989年，建筑面積為3015 m2，按8度抗震設(shè)防烈度設(shè)計。樓（屋）蓋采用預(yù)制空心板，基礎(chǔ)采用條形基礎(chǔ)，建筑物長47.6m，寬15.4米，平面呈矩形，教室進(jìn)深尺寸為6m,開間尺寸為9m，走廊寬度為2.4m。一至四層層高為3.6m，室內(nèi)外高差為0.6m，教學(xué)樓設(shè)計總高度為14.68m。內(nèi)、外墻均為370mm厚實(shí)心磚墻。施工圖紙與施工資料齊全，首層平面圖（見圖1）?？拐饦?gòu)造措施：各層樓面及屋頂均設(shè)有圈梁，圈梁頂標(biāo)高位于鋼筋混凝土多孔板下，房屋墻體內(nèi)設(shè)有部分混凝土構(gòu)造柱。

2、抗震措施鑒定

依據(jù)現(xiàn)行《抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（G B 5 0 0 2 3-2 0 0 9）及抗震設(shè)計規(guī)范（GB50011-2008）對該結(jié)構(gòu)按照B類建筑進(jìn)行相應(yīng)的抗震措施鑒定，鑒定結(jié)果如下表：

表1 抗震措施鑒定結(jié)果

3、檢測結(jié)論和建議

（1）該樓設(shè)計于1989年，應(yīng)是按照78版抗震規(guī)范設(shè)計，該樓為教學(xué)樓，乙類設(shè)防建筑，按9度核查其抗震措施，按8度設(shè)防要求驗算結(jié)構(gòu)承載力。對其按B類砌體結(jié)構(gòu)房屋（后續(xù)使用年限30年）進(jìn)行抗震措施鑒定和抗震承載力驗算。

（2）該樓結(jié)構(gòu)布置基本合理，有圈梁和構(gòu)造柱，層高在規(guī)范允許值之內(nèi)，總高超限;

（3）結(jié)構(gòu)無嚴(yán)重表現(xiàn)缺陷，結(jié)構(gòu)及構(gòu)件變形在允許值之內(nèi)；

（4）部分房間橫墻間距過大，不滿足規(guī)范和鑒定標(biāo)準(zhǔn)要求；

（5）混凝土圈梁、構(gòu)造柱配筋難以滿足規(guī)范和鑒定標(biāo)準(zhǔn)要求;

（6）部分墻體承載能力不能滿足驗算要求；

（7）現(xiàn)場檢測，該樓材料強(qiáng)度滿足鑒定標(biāo)準(zhǔn)要求。

經(jīng)第一級鑒定：房屋高度超過12m，層數(shù)超過四層；橫墻間距大于7m，樓、屋面為非現(xiàn)澆板，達(dá)不到剛性樓、屋面的要求；房屋缺少必要抗震構(gòu)造柱，第一級鑒定不能通過。經(jīng)第二級鑒定，房屋一～四層多個墻肢的抗力與效應(yīng)之比小于0.85，不滿足抗震承載力的要求。

綜合兩級鑒定，該房屋的綜合抗震能力不滿足抗震鑒定要求，房屋結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行整體抗震加固處理。

4、加固設(shè)計

（1）噴射鋼筋混凝土板墻加固

由于教學(xué)樓橫墻較少，高度為14.68m，高度不滿足《北京地區(qū)中小學(xué)校舍抗震鑒定與加固技術(shù)細(xì)則》5.1.5條的規(guī)定，所以采用噴射鋼筋混凝土板墻加固，改變結(jié)構(gòu)體系的抗震減災(zāi)措施。內(nèi)外墻采用噴射70厚雙面鋼筋混凝土板墻，墻體水平筋為Ф8@200，墻體豎向筋為Ф10@200，墻體拐角處增設(shè)Ф14@400錨固鋼筋，伸出墻體500（見圖8及圖2）。

圖2 鋼筋混凝土板墻加固詳圖2

（2）豎向鋼筋采用搭接受力方法，樓層豎向鋼筋終止于樓板底面，上一樓層的豎向鋼筋始于樓板頂面。穿樓板的豎向搭接筋:平行于預(yù)制板方向：沿橫墻每隔1m設(shè)置1Ф22的搭接鋼筋傳力，垂直于預(yù)制板方向：通過預(yù)制板間縫穿過的搭接鋼筋傳力，對900mm及1200mm寬的預(yù)制板搭接鋼筋分別為1Ф22/2Ф20@600/每板，伸出樓板頂面及底面各40d（d為搭接鋼筋直徑）（見圖3及圖4）。現(xiàn)場施工照片（見圖5）

圖3 板墻鋼筋穿樓板詳圖1

圖4 板墻鋼筋穿樓板詳圖2

圖1 首層平面圖

圖5 板墻鋼筋施工現(xiàn)場照片

（3）經(jīng)開挖后檢查發(fā)現(xiàn)首層室內(nèi)地面以下有較多管道溝，管道溝蓋板懸掛在370mm磚墻外伸出來的80mm寬的磚線條上。所以，在有管溝處除增設(shè)加厚的雙面鋼筋混凝土板墻之外，還要增設(shè)還原復(fù)位擱置管道溝蓋板的線條板（見圖4）。拆掉原管道溝蓋板，打掉80mm寬的磚線條，并在370mm磚墻的內(nèi)側(cè)相同標(biāo)高處用后生根的辦法現(xiàn)澆一鋼筋混凝土的線條讓復(fù)位的管溝蓋板擱置在此處。在此處增設(shè)間距為Ф8@200的L型鋼筋，并在內(nèi)側(cè)噴射混凝土板墻，板墻噴射混凝土完成后，還原恢復(fù)蓋板，此時管溝的蓋板不再懸掛在370mm磚墻外伸出來的80mm的磚線條上，而是懸掛在雙面板墻上的外伸出來的鋼筋混凝土線條窄板之上。

圖6 板墻基礎(chǔ)有暖溝處做法

圖9 門洞口配筋圖

圖10 窗洞口配筋圖

（4）板墻基礎(chǔ)在地面以下做法見圖7所示，門洞口配筋圖見圖9所示，窗洞口配筋圖見圖10所示。

圖7 板墻基礎(chǔ)在地面以下做法

四、結(jié)論

中小學(xué)砌體結(jié)構(gòu)校舍量大面廣，以此小學(xué)校舍的抗震安全調(diào)查與鑒定結(jié)果分析，中小學(xué)多層砌體結(jié)構(gòu)校舍存在房屋的整體性、抗震性能較差等較為普遍的抗震性能缺陷，應(yīng)當(dāng)及時采用措施對抗震性能不足的中小學(xué)校舍予以加固修復(fù)，通過對多層砌體結(jié)構(gòu)校舍進(jìn)行科學(xué)合理的抗震加固，可以有效地提高砌體結(jié)構(gòu)的整體性和抗震能力，有效地延長建筑結(jié)構(gòu)使用壽命，以達(dá)到減少地震災(zāi)害破壞的目的。

[1]北京地區(qū)中小學(xué)校舍抗震鑒定與加固技術(shù)細(xì)則

[2]建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)[S]. GB50023-2009

[3]建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S]. GB50011-2008

[4]建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)[S]. GB50223－2008

[5]建筑抗震加固技術(shù)規(guī)程[S]. JGJ116-2009

After “5·12”Wenchuan earthquake,the relevant departments of the state make the corresponding modification on current seismic code about middle school . And require to perform a comprehensive seismic safety appraisal on school buildings. Through taking the aseismic accrediting and reinforcement on a primary schools in Beijing,and combining the present aseismatic appraisal standards.This paper expounds the basic process of aseismatic appraisal and the concrete method of aseismatic reinforcement.

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.10.059