趙國鵬 陳 東 任潤田

(西安市政設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安 710068)

某教學(xué)樓抗震加固方案探析

趙國鵬 陳 東 任潤田

(西安市政設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安 710068)

通過西安市某教學(xué)樓的抗震鑒定實(shí)踐，對建筑墻體進(jìn)行抗震承載力復(fù)核，在對設(shè)計(jì)基準(zhǔn)周期進(jìn)行換算的基礎(chǔ)上，對該教學(xué)樓進(jìn)行了抗震加固設(shè)計(jì)，達(dá)到了預(yù)期的加固效果。

設(shè)計(jì)基準(zhǔn)周期，承載力，抗震加固，外包加固法

1 工程概況

西安某教學(xué)樓為3層砌體內(nèi)框結(jié)構(gòu)，建筑面積21 400 m2。屋蓋為木屋架承重屋蓋，基礎(chǔ)為磚砌體條形基礎(chǔ)，地基處理為灰土墊層。該建筑墻體材料強(qiáng)度采用MU7.5普通粘土磚，砂漿強(qiáng)度等級采用M2.5混合砂漿。該建筑建于1965年。原設(shè)計(jì)抗震設(shè)防烈度為8度，基本加速度0.2g,場地為Ⅱ類場地。建筑立面見圖1?，F(xiàn)經(jīng)學(xué)校發(fā)展要求該建筑經(jīng)過抗震加固后使用年限為30年。

2 結(jié)構(gòu)檢測及構(gòu)造措施檢查

1)查閱設(shè)計(jì)圖紙、設(shè)計(jì)變更及地質(zhì)勘察報(bào)告，了解工程概況、結(jié)構(gòu)形式及相關(guān)設(shè)計(jì)要求和參數(shù)。

通過現(xiàn)場對工程外觀進(jìn)行檢查及目前使用狀況調(diào)查，了解建筑物與設(shè)計(jì)的相符程度、多年來的結(jié)構(gòu)使用情況以及是否受內(nèi)外環(huán)境的影響，確定建筑物現(xiàn)有實(shí)際使用狀況；對工程是否存在裂縫、周圍地面、散水是否存在不均勻沉降等各種損傷情況進(jìn)行普查，對建筑結(jié)構(gòu)布置及結(jié)構(gòu)形式，圈梁及支撐的布置，結(jié)構(gòu)及其支承構(gòu)造，構(gòu)件的連接構(gòu)造，原始施工、歷次修繕、改造、用途改變等情況進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查。由于客觀因素未對材料的材性檢測分析。

經(jīng)普查后發(fā)現(xiàn)未按GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范設(shè)置構(gòu)造柱?？缍却笥? m的梁支撐條件不符合GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范第7.3.6條的規(guī)定。局部墻體有裂縫，如圖2所示。

2)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)周期和設(shè)防烈度的選取。

我國建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范所采用的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)周期為50年，對于設(shè)計(jì)使用年限為30年的建筑，在其設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)的活荷載、雪荷載、風(fēng)荷載、地震等荷載和作用的取值另行確定。鑒于上述原因，在基本設(shè)防烈度為8度的西安地區(qū)，對設(shè)計(jì)使用年限為30年對應(yīng)的設(shè)防烈度的確定是定值驗(yàn)算的根本所在。

按照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范疑問解答》(中國建筑工業(yè)出版社)第二章.第一節(jié).第2，3條的計(jì)算方法確定計(jì)算參數(shù)如下：

地震重現(xiàn)周期：X=9.58T=9.58×30=287.4年。

其中，T為設(shè)計(jì)使用年限，本次設(shè)計(jì)為30年。

基本烈度為8度地區(qū)重現(xiàn)期為287.4年的設(shè)防烈度為：

I=a(logX)2+blogX+C=0.01×(log287.4)2+1.5×log287.4+3.85=7.597 7度。

其中，a為基本烈度為8度時(shí)取0.01；b為基本烈度為8度時(shí)取1.50；C為基本烈度為8度時(shí)取3.85。

由上述計(jì)算可知，在基本設(shè)防烈度為8度的西安地區(qū)，設(shè)計(jì)使用年限為30年，重現(xiàn)期為287.4年的設(shè)防烈度可近似取為7.5度。

3)計(jì)算分析。

按基本設(shè)防烈度8度，30年重現(xiàn)期對應(yīng)的烈度7.5度依照GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算選用中國建筑科學(xué)研究院的PKPM系列軟件，按半剛性樓、屋蓋方案分配地震力，材料強(qiáng)度及構(gòu)件尺寸按原設(shè)計(jì)圖紙選用，荷載按30年對應(yīng)選取。計(jì)算結(jié)果不能通過的部位為底部一層。

3 結(jié)構(gòu)抗震加固方案

本次加固方案的結(jié)構(gòu)布置和連接構(gòu)造遵照下列原則：按照GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范采用的三水準(zhǔn)設(shè)防思想，即小震不壞，中震可修，大震不倒進(jìn)行抗震加固。

3.1 材料強(qiáng)度的加固

對于強(qiáng)度不滿足計(jì)算要求的柱、梁、墻擬采用以下加固方法。

3.1.1 磚墻加固

1)加固方法一：壓力灌注水泥漿加固法。

此方法可以提高砌筑砂漿強(qiáng)度等級增強(qiáng)磚墻的抗震承載能力。根據(jù)JGJ 116—2009建筑抗震加固技術(shù)規(guī)程第5.2.1.2條規(guī)定：“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(jì)算。”采用壓力灌漿加固，可從根本上解決構(gòu)件自身強(qiáng)度過低的問題。該方法操作空間小，未增加結(jié)構(gòu)重量，建筑的原貌及內(nèi)部功能不受影響。該方法在天津地區(qū)應(yīng)用較為普遍，西安地區(qū)尚無經(jīng)驗(yàn)。該方法的使用范圍為：a.墻體厚度不小于240 mm；b.砌筑砂漿強(qiáng)度等級小于M2.5；c.每層墻垂直偏差不大于10 mm；d.墻體無嚴(yán)重酥裂及出現(xiàn)平面錯(cuò)動(dòng)。具體實(shí)施方法為：a.灌漿嘴在水平與垂直方向間距約為0.5 m；b.清水磚墻勾縫不牢時(shí)，應(yīng)先將松動(dòng)部位清理，然后進(jìn)行勾縫封閉。

2)加固方法二：外包加固法(見圖3)。

此方法又稱鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層加固法。此法可以不用支模板，鋪設(shè)鋼筋后分層抹灰，比較簡便。鋼筋網(wǎng)能有效提高磚墻的抗倒塌能力。按照J(rèn)GJ 116—2009建筑抗震加固規(guī)程第5.3.1.3條規(guī)定，加固后粘土磚墻體剛度的提高系數(shù)按下式計(jì)算：

單面加固實(shí)心磚墻：

雙面加固實(shí)心磚墻：

具體實(shí)施方法為：

a.面層砂漿強(qiáng)度等級為M10,面層厚度35 mm，鋼筋直徑4，網(wǎng)格尺寸300 mm×300 mm，以鋼筋與墻體拉接或錨接。b.原墻面堿蝕嚴(yán)重部位，應(yīng)先清除松散部分，并用1∶3水泥砂漿抹面，已松動(dòng)的勾縫砂漿應(yīng)鏟除。c.鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)。d.抹水泥砂漿。

3.1.2 柱、梁加固

該方法分為外包混凝土加固和外包型鋼加固(見圖4)。外包混凝土加固主要為濕作業(yè)，周期長、需要支模且對結(jié)構(gòu)自重增加較多。外包鋼加固(又稱鋼構(gòu)套加固)主要為干作業(yè)，無需支模，自重輕、操作簡便且施工周期短。該方法充分利用鋼材強(qiáng)度，可有效提高柱梁的強(qiáng)度、剛度及結(jié)構(gòu)的抗倒塌能力。按照J(rèn)GJ 116—2009建筑抗震加固技術(shù)規(guī)程第6.3.2.4條規(guī)定：

柱加固后的初始剛度可按下式計(jì)算：

K=K0+0.8EaIa。

柱加固后的現(xiàn)有正截面受彎承載力可按下式計(jì)算：

My=My0+0.7Aafayh。

柱加固后的現(xiàn)有斜截面受剪承載力可按下式計(jì)算：

Vy=Vy0+0.7Aafayh/S。

3.2 構(gòu)造保證措施

3.2.1 構(gòu)造柱的設(shè)置

歷次震害表明，在水平地震作用下，當(dāng)一側(cè)的墻體倒塌時(shí)，與之正交的另一側(cè)墻體會(huì)由于失去側(cè)向支撐而隨后坍塌，因此不僅要求墻體在強(qiáng)度方面滿足抗震驗(yàn)算的要求，而且要求與其他墻體有可靠的構(gòu)造連接?？v橫墻的交接部位設(shè)置構(gòu)造柱能有效提高結(jié)構(gòu)的抗倒塌能力。原設(shè)計(jì)縱橫墻相交部位灰縫內(nèi)均設(shè)有水平壓筋，已有壓筋與新增構(gòu)造柱結(jié)合可有效提高結(jié)構(gòu)的抗倒塌能力。

新增構(gòu)造柱的設(shè)置方式可分為以下幾種：

方式一：嵌入式(見圖5)。

按構(gòu)造柱尺寸鑿除部分磚墻，將構(gòu)造柱嵌于墻內(nèi)，構(gòu)造柱施工完畢后。內(nèi)墻部位以粉刷層掩蓋，外墻在構(gòu)造柱粉刷層表面按照外墻磚縫尺寸勾縫。此方法的優(yōu)點(diǎn)在于不占用室內(nèi)空間且外觀與現(xiàn)有建筑物一致，但施工時(shí)需破壞墻體，在結(jié)構(gòu)受力部位需支頂、卸荷，操作難度大。

方式二：外露式(見圖6)。

此方法無需破壞墻體，不必支頂、卸荷，直接將構(gòu)造柱設(shè)置于墻角部位，施工相對容易，費(fèi)用較嵌入式低。本次加固擬在建筑物內(nèi)部設(shè)置外露式構(gòu)造柱，構(gòu)造柱與樓蓋連接按規(guī)范要求可靠連接。

方式三：增設(shè)砌體抗震墻。

拆除原有隔墻，在此部位增設(shè)砌體抗震墻，墻厚不小于240 mm，磚強(qiáng)度MU10，砂漿強(qiáng)度不高于M5。一層墻下設(shè)置基礎(chǔ)，墻頂設(shè)置混凝土壓梁，此方法可有效提高樓層的綜合抗震承載能力，提高樓層的整體剛度，施工簡便，但此方法可能會(huì)對局部使用功能有影響。

3.2.2 梁的支承條件

梁的支承條件是保證樓、屋蓋與墻體整體性的重要措施，結(jié)構(gòu)抗震性能的重要保證，因此在跨度大于6 m的梁下設(shè)置構(gòu)造柱。構(gòu)造柱與樓蓋按規(guī)范要求可靠連接。

4 結(jié)語

1)經(jīng)過對墻體、柱、梁進(jìn)行抗震加固后該結(jié)構(gòu)承載能力及抗震能力提高30%，滿足GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范采用的三水準(zhǔn)設(shè)防思想，既達(dá)到小震不壞，中震可修，大震不倒的抗震設(shè)防目標(biāo)，同時(shí)達(dá)到預(yù)期的加固效果。

2)該加固方案對結(jié)構(gòu)自重增加小，對原結(jié)構(gòu)不會(huì)造成損傷，同時(shí)對結(jié)構(gòu)和外觀影響不大，整個(gè)加固過程施工簡單，周期短，確保學(xué)校開學(xué)后正常教學(xué)。

[1] GB 50011—2010，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] JGJ 116—2009，建筑抗震加固技術(shù)規(guī)程[S].

[3] 王亞勇.建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范疑問解答[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

Analysis on the teaching building seismic reinforcement scheme

Zhao Guopeng Chen Dong Ren Runtian

(Xi’anMunicipalDesignAcademyCo.,Ltd,Xi’an710068,China)

Based on the teaching building of Xi’an seismic identification practice, the article audits the wall seismic bearing capacity, carries out seismic reinforcement design on the basis of design criteria cycle, with a view to achieve expected reinforcement effect.

design criteria cycle, bearing capacity, seismic reinforcement, outsourcing reinforcement method

2015-02-10

趙國鵬(1981- )，男，工程師； 陳 東(1979- )，男，工程師； 任潤田(1977- )，男，高級工程師

1009-6825(2015)13-0034-02

TU352

A