袁軍

【摘要】簡述南橋小學(xué)教學(xué)樓的結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀，并根據(jù)現(xiàn)行的抗震設(shè)計(jì)要求提出該項(xiàng)目加固設(shè)計(jì)的概念。在對該項(xiàng)目進(jìn)行計(jì)算后，對項(xiàng)目進(jìn)行施工圖設(shè)計(jì)分析，最終實(shí)現(xiàn)對該項(xiàng)目的加固設(shè)計(jì)工作。

【關(guān)鍵詞】鋼筋砂漿面層加固;混凝土板墻加固;增加外構(gòu)造柱;柱增大截面加固

1、項(xiàng)目概況

汶川地震后，校舍的結(jié)構(gòu)安全問題凸顯出來。2009年開始上海市應(yīng)《國務(wù)院辦公廳關(guān)于印發(fā)全國中小學(xué)校舍安全工程實(shí)施方案的通知》文件要求，全市展開了對不符合重點(diǎn)設(shè)防7度抗震烈度要求的中小學(xué)校舍進(jìn)行加固的工作。南橋小學(xué)教學(xué)樓于2017年補(bǔ)充開展此項(xiàng)工作。

南橋小學(xué)教學(xué)樓分為三個單體，北樓、南樓、輔助樓，均為4層磚混結(jié)構(gòu)。三個單體樓分別于上世紀(jì)80年代～90年代建造，單體間設(shè)伸縮縫脫開。本結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)安全等級：一級;抗震設(shè)防烈度：7度（0.10g）;設(shè)計(jì)地震分組為第二組;建筑抗震設(shè)防類別：乙類;B類建筑，加固后的設(shè)計(jì)使用年限：40年。本工程承重墻為240厚粘土磚，橫墻間距為7.8米，樓面采用預(yù)制空心樓板，圈梁的布置基本完整，設(shè)計(jì)保留單體間的伸縮縫。

2、主要問題及相應(yīng)采取的加固措施

按上海市房地產(chǎn)科學(xué)研究院提供的《奉賢南橋小學(xué)北教學(xué)樓、南教學(xué)樓、輔助用房抗震鑒定》（2018-K003）結(jié)構(gòu)主要情況及主要存在問題如下。

（1）乙類設(shè)防房屋總高度與總寬度（單面走廊房屋的總寬度不包括走廊寬度）的最大比值為2.3，大于2.0。（2）構(gòu)造柱與墻體連接處砌成馬牙槎，但無拉結(jié)筋。（3）部分墻體抗震承載力不足，部分墻體抗壓承載力不足。（4）北樓承重墻體的砌筑砂漿實(shí)際達(dá)到的強(qiáng)度等級低于M2.5，砌筑砂漿強(qiáng)度推定值一層至四層均為1.2MPa。（5）教學(xué)樓橫墻較少、跨度較大的房間，宜為現(xiàn)澆或裝配整體式樓屋蓋，現(xiàn)狀為預(yù)制空心樓板。（6）乙類設(shè)計(jì)的教學(xué)樓橫墻較少，外墻四角、內(nèi)外墻交接處、樓梯間四角未設(shè)置構(gòu)造柱或構(gòu)造柱設(shè)置不足。（7）南樓的北側(cè)端頭處，結(jié)構(gòu)布置在平面內(nèi)不閉合，僅靠樓板拉結(jié)。（8）承重窗間墻最小寬度1.2m、承重外墻盡端至門窗洞邊的最小距離為1.5m等局部砌體墻段尺寸略小。

采取加固措施如下：（1）整體上建筑采用加大墻體截面法加固，北樓采用單面、雙面混凝土板墻加固方法;南樓、輔助樓采用單面、雙面鋼筋砂漿面層加固。鋼筋砂漿面層加固或者混凝土板墻加固，可較大程度的提高砌體的抗剪、抗壓能力。新增砂漿面層或混凝土墻板的內(nèi)部鋼筋使得構(gòu)造柱、圈梁、墻體與新增混凝土形成有效拉結(jié)、形成整體，結(jié)合原有磚墻形成抗震墻，以達(dá)到加強(qiáng)墻體抗震承載力、加強(qiáng)砂漿強(qiáng)度、增大墻體厚度的效果。（2）預(yù)制空心樓板的加固上，采用墻頂增加角鋼方式，以增加預(yù)制空心樓板搭接寬度，增強(qiáng)整體性。（3）外墻四周、樓梯四角內(nèi)外墻縱橫墻交界處設(shè)構(gòu)造柱，外墻采用捆綁方式增加鋼筋混凝土構(gòu)造柱，內(nèi)墻采用捆綁方式增加鋼箍磚核心構(gòu)造柱，以改善其承載力、增強(qiáng)建筑整體性。（4）南樓的北側(cè)端頭處樓面下增設(shè)梁，與兩側(cè)原有柱子拉結(jié)，以形成結(jié)構(gòu)圍合。（5）在滿足建筑規(guī)范及使用的前提下，門窗適當(dāng)縮小，以增設(shè)混凝土收口，局部增設(shè)構(gòu)造柱，以補(bǔ)強(qiáng)門窗洞口削弱的影響。

除了上述處理方式，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)還采取了下列方法作為加強(qiáng)措施：（1）南樓最北側(cè)外伸段端頭的兩個承重柱采用截面加大法增大柱加強(qiáng)，以更好的控制建筑在地震作用下產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。（2）通道、開洞四周、窗間墻寬度過小或抗震能力不滿足要求的部位，周邊增設(shè)構(gòu)造柱，采用雙面鋼筋砂漿面層或者雙面混凝土板墻加固。（3）建筑四角增設(shè)構(gòu)造柱外，建筑四角周邊原有墻體即便計(jì)算滿足，設(shè)計(jì)也人為的布置了鋼筋砂漿面層或者混凝土板墻，以加強(qiáng)其角部剛度、改善平面抵抗地震的影響。

3、電子計(jì)算與手算復(fù)核

計(jì)算上主要采用PKPM鑒定加固模塊按時(shí)建模，經(jīng)計(jì)算加固后的高厚比、抗震（抗力與效應(yīng)之比）、受壓承載力計(jì)算、局部受壓計(jì)算等計(jì)算均符合設(shè)計(jì)要求?？紤]實(shí)際的加固工程有一定的復(fù)雜度，電子計(jì)算程序可能存在計(jì)算偏差，故此進(jìn)行手算抗震承載力以復(fù)核。計(jì)算思路及過程如下，依據(jù)抗震鑒定報(bào)告，本工程為B類建筑，一二級鑒定都應(yīng)滿足，由于高寬比等不滿足規(guī)范要求，應(yīng)按《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（GB50023-2009）公式5.2.14計(jì)算墻體綜合抗震能力指數(shù)

βi-為樓層墻體平均抗震能力指數(shù)，此處 應(yīng)為加固后樓層平均抗震能力指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，故此應(yīng)乘以加固增強(qiáng)系數(shù)η。即公式為

其中φ1φ2-分別為體系影響系數(shù)和局部影響系數(shù)。φ1φ2按 《建筑抗震加固技術(shù)規(guī)程》（JGJ116-2009）中表5.2.11-1及5.2.11-2取值， 按《建筑抗震加固技術(shù)規(guī)程》（JGJ116-2009）中公式5.3.2-2及公式5.3.2-1計(jì)算， η0查表5.3.2.1，插入法求值，tw0原墻厚為240。按《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（GB50023-2009）公式5.2.13，

Ai-樓層抗震墻在層高1/2處凈截面積的總面積，Abi-樓層建筑平面面積，ζoi-抗震墻的基準(zhǔn)面積率，λ-地震7度烈度及設(shè)計(jì)基本地震加速度0.1g參數(shù)為1。取最弱處計(jì)算，βci大于1，滿足要求，不必計(jì)算局部墻體綜合抗震能力指數(shù)。因此，加固后墻體抗震承載力計(jì)算滿足。

4、加固設(shè)計(jì)與施工措施

4.1承重墻增大截面加固法

采用鋼筋砂漿面層加固及混凝土板墻加固是砌體結(jié)構(gòu)磚墻較為傳統(tǒng)的加固方法，也是目前最為通常的技術(shù)。鋼筋砂漿面層加固及混凝土板墻加固方法：鑿除磚墻粉刷面層，鑿除墻頂斜磚，墻體如有裂縫進(jìn)行修補(bǔ)，敷設(shè)鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)與墻及構(gòu)造柱用拉結(jié)筋拉結(jié)，與原有構(gòu)造柱拉結(jié)措施采用化學(xué)植筋，墻頂空隙采用微膨脹細(xì)石混凝土灌實(shí)，墻面抹高標(biāo)號（鋼筋砂漿面層加固）砂漿或者澆筑混凝土（混凝土板墻加固）。

設(shè)計(jì)上值需注意，鋼筋宜采用HRB335或HRBF335級鋼筋，鋼筋網(wǎng)的橫向鋼筋遇有門窗時(shí)，單面加固宜將鋼筋彎入洞口側(cè)邊錨固，雙面加固宜將兩側(cè)橫向鋼筋在洞口閉合。雙面的鋼筋網(wǎng)應(yīng)采用Ф6的S型穿墻筋固定，間距宜為900mm，單面加面層的鋼筋網(wǎng)應(yīng)采用Ф6的L型錨墻筋固定，間距宜為600mm，錨固長度宜不小于180mm。鋼筋遇樓板時(shí)應(yīng)進(jìn)行穿洞，為了減少穿洞對樓板的影響，建議每隔800mm設(shè)穿樓板洞，豎向鋼筋面積應(yīng)不小于設(shè)計(jì)的每延米的豎向鋼筋面積。

混凝土板墻加固混凝土面層厚度不應(yīng)小于60mm，當(dāng)采用噴射混凝土施工時(shí)，不應(yīng)小于50mm，豎向受力鋼筋直徑不應(yīng)小于12mm。板墻加固應(yīng)自基礎(chǔ)起，混凝土錨入原有基礎(chǔ)。

鋼筋砂漿面層加固的厚度室內(nèi)應(yīng)為35～45mm，室外或潮濕環(huán)境鋼筋砂漿面層應(yīng)45～50mm。鋼筋網(wǎng)外保護(hù)層厚度不應(yīng)小于10mm，鋼筋網(wǎng)片與墻面的空隙不應(yīng)小于5mm，鋼筋網(wǎng)的鋼筋直徑宜為4mm或6mm，實(shí)心墻宜為300x300。底層的面層，在室外地面下宜加厚并伸入地面下500mm。

4.2增加外構(gòu)造柱做法

外墻四角、樓梯間四周及墻體交匯處如無構(gòu)造柱按計(jì)算及相關(guān)構(gòu)造增設(shè)構(gòu)造柱，構(gòu)造柱布置應(yīng)上下層對齊，平面上也宜左右對稱。設(shè)構(gòu)造柱可提升房屋的整體抗震性，并解決局部承重墻承壓不足的問題。

構(gòu)造柱應(yīng)埋置至基礎(chǔ)，并于原有條基上增設(shè)混凝土錨固柱墩，以使構(gòu)造柱與原有基礎(chǔ)有良好的拉結(jié)。構(gòu)造柱直徑應(yīng)不小于12，與樓層圈梁有可靠連接，形成整體，上述措施這樣可以使構(gòu)造柱與圈梁共同作用，將砌體分塊包圍又共同作用，同時(shí)采用剛4Ф12拉桿于樓層1/3及2/3層高處與垂直方向的內(nèi)墻進(jìn)行拉結(jié)，使內(nèi)墻與構(gòu)造柱形成一個整體，上述措施能良好的控制砌體的裂縫產(chǎn)生，保證建筑的整體性完整及與原有結(jié)構(gòu)的共同作用效應(yīng)。

4.3預(yù)制空心樓板增設(shè)角鋼加固

預(yù)制空心樓板下采用化學(xué)錨栓錨固與墻頂圈梁固定角鋼，角鋼固定后縫隙灌注環(huán)氧樹脂膠粘結(jié)角鋼，以增加其擱置長度，避免其地震中預(yù)制樓板突然脫落、瞬時(shí)倒塌的可能性。采取角鋼加固是目前廣泛應(yīng)用的樓板加固方式，相對其他方法也很大程度上減少了施工的復(fù)雜程度。

4.4柱增大截面加固法

南樓最北側(cè)外伸段端頭的兩個承重柱經(jīng)計(jì)算，其縱筋已不滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求，其箍筋設(shè)置不滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求，截面加大法能較好的解決柱子的縱筋和箍筋不足的問題。增大截面也有利于其抵抗地震力。

小結(jié)：

加固工程有多種方式方法，設(shè)計(jì)人員應(yīng)結(jié)合實(shí)際進(jìn)行恰當(dāng)?shù)募庸谭椒ㄟx擇，尤其校安工程加固的設(shè)計(jì)其特殊性：它牽涉廣大師生們的安全，是社會的焦點(diǎn);校安工程加固的作業(yè)時(shí)間不宜拉長，盡量控制施工周期，以讓學(xué)校盡早回遷，開展正常的教學(xué)秩序。所以在設(shè)計(jì)應(yīng)進(jìn)行合理的計(jì)算和分析，選用安全上可靠，技術(shù)上成熟，時(shí)間上可控的方案進(jìn)行加固作業(yè)。

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