0 概述

上海市閔行區(qū)某幼兒園教學(xué)樓為一幢兩層的建筑，約建造于上世紀(jì)90年代，原建筑為兩層的磚混結(jié)構(gòu)體系，后期在房屋西南側(cè)進(jìn)行了擴(kuò)建，擴(kuò)建部分為兩層的混凝土框架結(jié)構(gòu)體系。目前，房屋原有部分主要作為教室、打飯間及午睡室使用，擴(kuò)建部分主要作為餐廳及活動(dòng)室使用。在使用過(guò)程中，教學(xué)樓出現(xiàn)了一定程度的損壞現(xiàn)象，為確保房屋的結(jié)構(gòu)安全及正常使用，對(duì)該教學(xué)樓進(jìn)行了安全性檢測(cè)鑒定，并針對(duì)鑒定發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，進(jìn)行了加固設(shè)計(jì)及施工。本文針對(duì)該房屋的結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀及實(shí)際使用情況，對(duì)結(jié)構(gòu)檢測(cè)鑒定及加固設(shè)計(jì)若干技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了分析，并提出了意見(jiàn)及建議。

1 工程概況

教學(xué)樓為一幢兩層的教學(xué)建筑，原始部分采用磚混結(jié)構(gòu)體系，樓屋面采用預(yù)制板承重，外墻及內(nèi)縱墻設(shè)圈梁，大梁擱置端設(shè)構(gòu)造柱；擴(kuò)建部分（1～3/A～G軸間區(qū)域）采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)體系，橫向單跨（跨距5.33m）、縱向三跨（等跨，跨距3.4m），樓屋面采用現(xiàn)澆板。底層建筑平面如圖1所示，2層及屋面結(jié)構(gòu)平面如圖2所示。檢測(cè)數(shù)據(jù)表明，該房屋呈向東傾斜規(guī)律，南北方向上傾斜無(wú)明顯規(guī)律，各測(cè)點(diǎn)的傾斜率在0.2‰～3.7‰之間，均未超過(guò)《危險(xiǎn)房屋鑒定標(biāo)準(zhǔn)（JGJ125-99，2004年版）規(guī)定限值10‰。砌筑砂漿抗壓強(qiáng)度離散型較大，各測(cè)區(qū)推定值介于2.3～11.6MPa之間，磚強(qiáng)度等級(jí)MU10。

2 房屋結(jié)構(gòu)檢測(cè)鑒定要點(diǎn)分析

2.1 地基承載能力判定

本工程教學(xué)樓所在場(chǎng)地地質(zhì)勘察資料及其基礎(chǔ)布置圖紙均缺失，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)幼兒園無(wú)法暫停其正常使用，不具備開(kāi)挖檢測(cè)條件，因此地基承載能力無(wú)法直接檢測(cè)評(píng)定。理論上來(lái)講，房屋使用數(shù)年后，其地基土承載力及彈性模量均會(huì)有所提高，根據(jù)上海市民用建筑設(shè)計(jì)院1973年出版的《房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》一書(shū)中作了如下規(guī)定：“建造七年以上，軟土地基的承載能力可提高20%以上”。同濟(jì)大學(xué)高大釗主編的《軟土地基理論與實(shí)踐》一書(shū)中指出，對(duì)于建造時(shí)間在10～20年之間的房屋，其地基承載力按其原設(shè)計(jì)時(shí)的1.1～1.15倍取用[1]?；趯?duì)此規(guī)律的認(rèn)識(shí)，《民用建筑修繕工程查勘與設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ117-98）及《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（GB50023-2009）、《危險(xiǎn)房屋鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ125-2006）等現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，均考慮了隨時(shí)間的增長(zhǎng)，地基承載力有所提高這一特性。

圖1 教學(xué)樓底層建筑平面布置圖

圖2 教學(xué)樓二層及屋面結(jié)構(gòu)平面布置圖

結(jié)合本工程，教學(xué)樓整體呈向東傾斜規(guī)律，南北方向上無(wú)明顯傾斜規(guī)律，各測(cè)點(diǎn)的傾斜率在0.0‰～3.7‰之間，均未超過(guò)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50007-2011）規(guī)定的4.0‰的限值。經(jīng)調(diào)查，房屋自上世紀(jì)90年代建成后，未進(jìn)行過(guò)增層，未拆改上部結(jié)構(gòu)體系，上部使用荷載未發(fā)生過(guò)偶然作用，且考慮到房屋經(jīng)過(guò)多年的使用，其地基承載力有一定程度地提高。上部結(jié)構(gòu)未發(fā)現(xiàn)有因地基不均勻沉降造成的開(kāi)裂變形現(xiàn)象。綜合分析房屋的傾斜數(shù)據(jù)、上部結(jié)構(gòu)完損狀況以及使用歷史情況等因素，根據(jù)《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（GB50023-2009）的相關(guān)規(guī)定，認(rèn)定該房屋地基無(wú)靜載缺陷；根據(jù)《危險(xiǎn)房屋鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ125-2006），其基礎(chǔ)處于非危險(xiǎn)狀態(tài)，可繼續(xù)安全承載。

2.2 墻體受壓承載力計(jì)算結(jié)果判定

本工程中，墻體受壓承載力采用PKPM-QITI砌體結(jié)構(gòu)輔助設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行計(jì)算，磚及砂漿強(qiáng)度采用實(shí)測(cè)值，電算結(jié)果顯示局部墻肢的抗力與效應(yīng)之比小于1.0。

經(jīng)仔細(xì)分析發(fā)現(xiàn)，PKPM軟件計(jì)算中，墻體受壓承載力是按“一”字型墻段進(jìn)行計(jì)算的，相交墻體未按“T”形或“L”形截面處理。例如，圖3中的①、②兩個(gè)墻段中某一墻段不滿足受壓承載力要求，并不等于①、②兩個(gè)墻段組成的“T”形截面墻體不滿足受壓承載力要求。所以，當(dāng)“T”形截面某一墻段的受壓承載力電算結(jié)果不滿足要求時(shí)，應(yīng)對(duì)“T”形截面墻體重新復(fù)核，并以復(fù)核驗(yàn)算結(jié)果為準(zhǔn)[2]。

驗(yàn)算中部無(wú)構(gòu)造柱“T”形截面墻體受壓承載力的步驟如下：

圖3 “T” 形截面墻體

（1）計(jì)算T形截面的形心、面積A 、慣性矩I ；

（2）計(jì)算回轉(zhuǎn)半徑，截面折算高度hT=3.5i。

（3）計(jì)算高厚比β，影響系數(shù)。

（4）在墻體受壓承載力計(jì)算結(jié)果圖中，將鼠標(biāo)分別放在T形截面的①、②墻段上，讀取兩個(gè)墻段的軸力設(shè)計(jì)值 N1、N2，和砌體抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f 。

（5）復(fù)核是否大于1.0，如果大于1.0的話，墻體受壓承載力滿足要求，反之則不滿足要求。

上述方法適用于當(dāng)①、②兩個(gè)墻段的抗力與效應(yīng)之比為任意值的情況。當(dāng)計(jì)算結(jié)果中出現(xiàn)一個(gè)值大于1.0，而另一個(gè)值小于1.0的情況時(shí)，《QITI砌體結(jié)構(gòu)輔助設(shè)計(jì)軟件用戶手冊(cè)》還給出了一個(gè)簡(jiǎn)便的計(jì)算方法，即如果兩數(shù)的平均值大于1.0，可認(rèn)為兩墻段受壓承載力均滿足要求[3]，該方法大大降低了計(jì)算工作量。

本工程教學(xué)樓的計(jì)算中，房屋底層6×D、8×D、9×D三處墻體電算結(jié)果顯示，各“T”形截面均有一個(gè)墻肢抗力與效應(yīng)之比（fA/N ）小于1.0，對(duì)其按照“T”形組合截面復(fù)核計(jì)算后，其受壓承載力能夠滿足要求，該計(jì)算結(jié)果科學(xué)合理。

3 結(jié)構(gòu)加固措施要點(diǎn)分析

3.1 墻體增設(shè)構(gòu)造柱加固

2008年汶川大地震導(dǎo)致房屋的震害現(xiàn)象，再次證明了砌體結(jié)構(gòu)中構(gòu)造柱及圈梁的重要性，為此在2009年8月1日起施行的《建筑抗震加固技術(shù)規(guī)程》中，規(guī)定了“外加圈梁-鋼筋混凝土柱”的加固方法及要求。外加柱應(yīng)在房屋四角、樓梯間和不規(guī)則平面對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)角處設(shè)置，外加柱應(yīng)由底層設(shè)起并應(yīng)沿房屋全高貫通，外加柱應(yīng)與圈梁連成閉合系統(tǒng)[4]。該方法結(jié)構(gòu)加固效果顯著，但嚴(yán)重影響了外立面的美觀效果，本工程中房屋為幼兒園的教學(xué)樓，外加構(gòu)造柱會(huì)出現(xiàn)多處凹凸的棱角，嚴(yán)重影響幼兒的活動(dòng)安全。

2009年上海校舍安全加固工程中，部分工程技術(shù)人員開(kāi)始嘗試采用“配筋加強(qiáng)帶”等代構(gòu)造柱及圈梁加固，該方法是在需設(shè)置構(gòu)造柱或圈梁的部位，配置縱向鋼筋并采用箍筋對(duì)穿墻體拉結(jié)，增大截面部分澆筑厚約50mm的水泥基加固料，將部分墻體約束在配筋加強(qiáng)帶內(nèi)，從而等代圈梁或構(gòu)造柱的作用。采用該方法加固后的墻面，凸出外立面建筑面層約30mm（扣除原有粉刷面層），基本不影響房屋外立面的美觀，但該方法由于沒(méi)有規(guī)范規(guī)程支撐，在實(shí)際應(yīng)用推廣中受到制約。

隨著理論分析及相關(guān)試驗(yàn)研究的進(jìn)展，2012年8月1日施行的《砌體結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50702）提出了一種類似上述“配筋加強(qiáng)帶”的加固方法，即鋼筋網(wǎng)水泥復(fù)合砂漿砌體組合圈梁或構(gòu)造柱[5]，本案教學(xué)樓增設(shè)構(gòu)造柱及圈梁就采用了規(guī)范規(guī)定的這種方法，典型部位節(jié)點(diǎn)做法如圖4所示。

3.2 樓面整體性加固

該房屋室外走廊及內(nèi)走廊均采用預(yù)制板樓面，整體性較差，該處又為主要逃生通道，為提高該處的樓面整體性，采用整澆配筋混凝土面層法進(jìn)行加固。工程上常用的做法為，鑿除地坪裝飾面層至預(yù)制板結(jié)構(gòu)層，清理干凈表面后鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)片，最后隨澆隨抹混凝土。該整澆混凝土疊合層的方法能夠明顯提高預(yù)制板樓面的整體性，但也存在不少的缺點(diǎn)，比如：

圖4 鋼筋網(wǎng)水泥復(fù)合砂漿砌體組合構(gòu)造柱

（1）鑿除原地坪難度大，費(fèi)工費(fèi)力；采用機(jī)械鑿除時(shí)容易損傷預(yù)制板孔口上緣，孔口上緣混凝土為受壓區(qū)，損傷后對(duì)結(jié)構(gòu)受力明顯不利。

（2）整澆面層厚度一般為50～80mm，導(dǎo)致地坪與相鄰教室產(chǎn)生明顯的高差，這在幼兒園教學(xué)建筑中是不允許的。

（3）整澆面層會(huì)產(chǎn)生大約1.2～2.0kN/m2的自重荷載，對(duì)于板內(nèi)鋼筋受力要求有大幅提高。而實(shí)際工程中，若圖紙缺失或者圖紙標(biāo)識(shí)不明的話，預(yù)制板的承載能力評(píng)估是一件相當(dāng)困難的工作。

（4）當(dāng)?shù)仄翰捎媚镜匕寤蛘哽o電地板時(shí)，鑿除面層會(huì)帶來(lái)相當(dāng)大的次生問(wèn)題，導(dǎo)致總工程費(fèi)用大幅增加，后期的修復(fù)工期也會(huì)明顯增加。

本工程中，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，確定采用在板底增設(shè)鋼筋混凝土面層的方法，以增加預(yù)制板樓面的整體性，面層厚度50mm，內(nèi)配ф6@150mm單層雙向鋼筋，鋼筋植入原混凝土梁內(nèi)，做法示意如圖5所示。

面層材料采用水泥基高強(qiáng)早強(qiáng)加固料，該材料具有免振搗、自流平的特性，施工時(shí)，在地坪上部局部開(kāi)孔，將配制好的加固料注滿孔洞內(nèi)，加固料會(huì)自動(dòng)充滿模板內(nèi)的空間，大概一周后可拆模，拆模后的表面平整、光滑。采用板底配筋加固料面層法加固樓面整體性較板面加固具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

（1）板面鑿除面層范圍明顯變小，僅在需布置鋼筋的局部部位將面層開(kāi)槽，敷入鋼筋后補(bǔ)齊即可。

（2）板底增設(shè)面層雖也增加了結(jié)構(gòu)自重，但面層內(nèi)鋼筋可作為板底受拉鋼筋，結(jié)構(gòu)安全性可以保證。

本工程采用該方法加固樓面整體性，避免了一般常規(guī)做法的缺點(diǎn)，在滿足既定設(shè)計(jì)功能的前提下，大大降低了工程造價(jià)和工期，為幼兒園的正常開(kāi)學(xué)提供了可靠保障。

圖5 板底配筋加固料面層法加固樓面整體性

4 結(jié)語(yǔ)

（1）當(dāng)房屋原始設(shè)計(jì)圖紙資料缺失，基礎(chǔ)做法不明，不具備直接計(jì)算判定條件時(shí)，可綜合分析房屋的建造時(shí)間、使用歷史、上部結(jié)構(gòu)變形及損壞狀況，間接判定房屋地基承載能力狀況。

（2）砌體墻受壓承載力計(jì)算時(shí)，對(duì)于電算結(jié)果顯示抗力與效應(yīng)之比小于1.0的部位，不可貿(mào)然判定其承載力不足，對(duì)于“T”形或“L”形組合截面，應(yīng)采用手算復(fù)核后判定。

（3）當(dāng)砌體結(jié)構(gòu)需要增設(shè)構(gòu)造柱或圈梁時(shí)，在外立面條件受限的情況下，可考慮采用鋼筋網(wǎng)水泥復(fù)合砂漿砌體組合圈梁或構(gòu)造柱進(jìn)行加固。

（4）預(yù)制板樓面整體性加固時(shí)，板面增設(shè)配筋面層會(huì)帶來(lái)很多次生問(wèn)題，大大限制了其加固的適用范圍，可采用在預(yù)制板板底增設(shè)配筋加固料面層的方法予以解決。

參考文獻(xiàn)：

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[3]中國(guó)建筑科學(xué)研究院PKPM CAD工程部.PKPM2010-QITI砌體結(jié)構(gòu)輔助設(shè)計(jì)軟件（V2.1）用戶手冊(cè).北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2010,43.

[4]中國(guó)建筑科學(xué)研究院.JGJ116-2009建筑抗震加固技術(shù)規(guī)程[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2009,22.

[5]四川省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳.GB20702-2011砌體結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2012-8-1,57.