李風(fēng)麗

（云南云檢工程技術(shù)檢測(cè)有限公司，云南 昆明 650000）

0 引言

云南作為我國地震災(zāi)害較為頻繁和嚴(yán)重的地區(qū)，全省超過80%的地區(qū)為高烈度地區(qū)。同時(shí)由于很多校舍存在建造年代久遠(yuǎn)、使用過程中更改使用功能、私自加建以及一些當(dāng)?shù)亟ㄔ炝?xí)慣和施工技術(shù)等問題，導(dǎo)致許多既有校舍未達(dá)到本地區(qū)的抗震設(shè)防要求和其他的防災(zāi)要求。因此，對(duì)于云南這樣一個(gè)地震災(zāi)害頻繁、受災(zāi)嚴(yán)重的省份而言，校舍的安全鑒定、加固改造具有十分重要的意義。

本文以云南某小學(xué)教學(xué)樓為例，根據(jù)相關(guān)單位檢測(cè)鑒定結(jié)果，針對(duì)性地提出采用高延性混凝土加固的設(shè)計(jì)思路，通過建模計(jì)算驗(yàn)證了該設(shè)計(jì)方案的合理性。

1 工程概況

云南省內(nèi)某小學(xué)教學(xué)綜合樓為4層磚混結(jié)構(gòu),建筑高度為12.40m，建筑總面積為1335.00m2。該工程建造年代為1992年，屋面板為預(yù)制混凝土板。

該工程原設(shè)計(jì)使用年限為50年，按規(guī)范要求，本次加固后后續(xù)設(shè)計(jì)使用年限為40年。該工程作為教學(xué)樓使用，加固前后未變更使用功能，故抗震設(shè)防類別為重點(diǎn)設(shè)防類別（乙類建筑）。

2 抗震鑒定結(jié)果

2.1 地基基礎(chǔ)

通過現(xiàn)場(chǎng)踏勘，房屋現(xiàn)存的側(cè)向位移未超出限值范圍，側(cè)向位移限值詳見《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50292-2015）第7.3.10條；室外地坪未見明顯裂縫，主體結(jié)構(gòu)也未發(fā)現(xiàn)明顯的沉降裂縫和由地基變形引起的發(fā)展中的裂縫。

2.2 房屋現(xiàn)狀及材料強(qiáng)度

上部結(jié)構(gòu)為4層砌體結(jié)構(gòu)，承重墻體1～14軸線墻體為240mm厚燒結(jié)普通磚，A和B軸線為370mm厚燒結(jié)普通磚墻，磚塊之間的粘結(jié)材料為混合砂漿。

該工程針對(duì)砂漿強(qiáng)度采用貫入法進(jìn)行檢測(cè)，針對(duì)磚砌體抗壓強(qiáng)度采用回彈法進(jìn)行檢測(cè)分析，檢測(cè)結(jié)果見表1所示。

表1 磚抗壓強(qiáng)度及砂漿強(qiáng)度檢測(cè)表

2.3 抗震構(gòu)造措施檢測(cè)

從結(jié)構(gòu)體系、構(gòu)件尺寸、整體連接及構(gòu)造、裂縫，結(jié)構(gòu)損傷進(jìn)行抗震措施的檢測(cè)分析[1]，結(jié)果如下：

（1）砌體結(jié)構(gòu)構(gòu)件高厚比未超出GB50003-2011 第6.1.1條要求范圍；

（2）該工程在內(nèi)縱橫墻交接處未按照規(guī)范要求設(shè)置構(gòu)造柱，外縱橫墻交接處以及樓梯間四角部分設(shè)有構(gòu)造柱；

（3）現(xiàn)場(chǎng)房屋承重構(gòu)件未出現(xiàn)不適于承載的裂縫。

2.4 結(jié)構(gòu)整體牢固性檢測(cè)

檢測(cè)結(jié)果表明：本建筑上部砌體結(jié)構(gòu)的砌筑方式為三順一丁式；縱橫墻交接處設(shè)置拉結(jié)筋或鋼筋網(wǎng)片；構(gòu)件磚強(qiáng)度及砂漿強(qiáng)度等級(jí)符合現(xiàn)行規(guī)范的要求；每層墻上部均有圈梁，樓梯間四角有構(gòu)造柱，部分內(nèi)縱墻和橫墻交接處無構(gòu)造柱。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)核查構(gòu)造措施并結(jié)合《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50292-2015）第7.3.9條，得出該工程不滿足規(guī)范中Au、Bu級(jí)的要求。

2.5 墻體抗震承載力

依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果，通過計(jì)算分析，在基本組合作用下，本建筑砌體墻受壓一、二層局部抗力與效應(yīng)之比R/roS＜1.0。一層和二層墻體受壓承載力計(jì)算分別見圖1、圖2所示。

圖1 基本組合作用下一層墻體受壓承載力計(jì)算（抗力/效應(yīng)）

圖2 基本組合作用下二層墻體受壓承載力計(jì)算（抗力/效應(yīng)）

3 抗震加固方案選擇

經(jīng)鑒定，教學(xué)樓綜合抗震能力不滿足要求，考慮房屋結(jié)構(gòu)使用的安全性，需要對(duì)整樓進(jìn)行抗震加固處理，以達(dá)到抗震標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類要求。

磚混結(jié)構(gòu)常用抗震加固方法主要有：壓力灌漿修補(bǔ)裂縫、增設(shè)構(gòu)造柱和圈梁、增設(shè)面層（水泥砂漿和鋼筋網(wǎng)砂漿面層）、現(xiàn)澆鋼筋混凝土板墻加固、高延性混凝土加固技術(shù)、增設(shè)抗震墻等[2]。本文以鋼筋混凝土板墻加固技術(shù)和高延性混凝土加固技術(shù)進(jìn)行對(duì)比分析。

3.1 鋼筋混凝土板墻加固技術(shù)

傳統(tǒng)的現(xiàn)澆鋼筋混凝土板墻加固是在原結(jié)構(gòu)的砌體墻的一側(cè)或者兩側(cè)增設(shè)一定厚度的現(xiàn)澆混凝土面層，形成“砌體-混凝土”組合墻體，以此來大幅度提升墻體的承載能力和變形性能[3]。傳統(tǒng)鋼筋混凝土板墻的優(yōu)點(diǎn)是墻體在平面內(nèi)及平面外的抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度及延性均得到較大提高，適用于增幅較大的靜力加固及抗震加固[4]。但從總體來看，傳統(tǒng)板墻加固的方案具有較大的局限性，加固空間較為狹小，加之本項(xiàng)目工期要求較高，故采取傳統(tǒng)板墻加固方式可行性不強(qiáng)。

3.2 高延性混凝土加固技術(shù)

高延性混凝土由膠凝材料、集料、外加劑和合成纖維等原材料組成，按一定比例加水?dāng)嚢?、成型以后，具有高韌性、高抗裂性能和高耐損傷能力的特種混凝土[5]。高延性混凝土（HDC）的抗壓強(qiáng)度＞50MPa，抗折強(qiáng)度是普通混凝土的2～3倍,抗拉強(qiáng)度是普通混凝土的2.5倍以上，拉應(yīng)變能達(dá)到普通混凝土的200倍以上，峰值壓應(yīng)變也可達(dá)普通混凝土的2～3 倍。HDC 與砌體結(jié)構(gòu)具有良好的粘結(jié)性能，在加載時(shí)破壞面以磚砌體內(nèi)聚破壞為主。

與傳統(tǒng)的加固技術(shù)相比，高延性混凝土加固技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）高延性混凝土加固的工藝較為簡(jiǎn)單，相對(duì)施工周期較短，其工期是鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層加固的1/3左右；

（2）高延性混凝土具有良好的抗裂及抗?jié)B能力［6］，加固后可以解決原有墻面的開裂及滲漏現(xiàn)象；

（3）高延性混凝土的加固面層相對(duì)傳統(tǒng)的鋼筋混凝土板墻較薄，加固施工結(jié)束后，對(duì)于原有房間的使用面積影響較小；

（4）高延性混凝土在施工時(shí)僅需涂抹在原磚砌體的表面，在面層厚度超過20mm厚的區(qū)域需要設(shè)置拉結(jié)筋，其余地方對(duì)原有墻面不會(huì)造成破壞；

（5）相較傳統(tǒng)的鋼筋混凝土板墻加固，高延性混凝土加固荷載增加量較小，在原基礎(chǔ)完好的情況下避免了基礎(chǔ)二次加固；

（6）高延性混凝土的綜合造價(jià)較低，可節(jié)約施工成本。

考慮到本項(xiàng)目工期緊，相對(duì)造價(jià)較低的傳統(tǒng)板墻加固時(shí)間上不能滿足工期要求，該工程決定采用高延性混凝土面層、配筋面層進(jìn)行抗震加固。

4 加固設(shè)計(jì)方案

該工程為既有建筑的加固設(shè)計(jì)，采用的主要依據(jù)為《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》及《建筑抗震加固技術(shù)規(guī)程》，按照A 類建筑第二級(jí)抗震鑒定結(jié)果綜合抗震能力指數(shù)小于1.0，在進(jìn)行加固布置設(shè)計(jì)后，結(jié)構(gòu)綜合抗震能力指數(shù)大于1.0[7]。由于該工程既有磚混結(jié)構(gòu)年代久遠(yuǎn)，按現(xiàn)行規(guī)范要求，原結(jié)構(gòu)構(gòu)造柱、圈梁缺失較多；2022年新加固地標(biāo)《云南省既有房屋建筑抗震加固技術(shù)導(dǎo)則（試行）》、國家建筑通用規(guī)范全面執(zhí)行，全部嚴(yán)控加固指標(biāo)，不允許既有建筑降低抗震構(gòu)造，加固等級(jí)遠(yuǎn)高于往年，因此增設(shè)大量構(gòu)造柱、圈梁，墻體加固后抗震綜合能力指數(shù)留有一定富余量。該工程結(jié)構(gòu)加固方案如下：

（1）針對(duì)鑒定意見中房屋局部構(gòu)件承載力不滿足設(shè)計(jì)要求、該房屋整體抗震性能不滿足后續(xù)使用年限等問題，對(duì)相應(yīng)墻體采用高延性混凝土面層加固：

①240 墻：15mm 厚雙面、20mm 厚單面、25mm 厚單面、25mm厚雙面加固；

②370 墻：15mm 厚雙面、20mm 厚單面、25mm 厚單面、40mm厚配筋面層雙面加固；

③山墻、樓梯間側(cè)墻均采用高延性混凝土面層雙面加固。另單體橫墻數(shù)量較少時(shí)，橫墻均采用高延性混凝土面層雙面加固。

砌體墻面基層處理后，磚墻面凹凸不平整處，采用高延性混凝土填實(shí)找平，超過20mm厚處，雙面面層加固時(shí)設(shè)置S型拉結(jié)筋，單面面層加固時(shí)設(shè)置L型拉結(jié)筋。

④砌體墻面基層處理后，磚墻面凹凸不平整處，采用高延性混凝土填實(shí)找平，超過20mm厚處，雙面面層加固時(shí)設(shè)置S型拉結(jié)筋，單面面層加固時(shí)設(shè)置L型拉結(jié)筋。

（2）針對(duì)鑒定意見中房屋局部構(gòu)件承載力不滿足設(shè)計(jì)要求，以及現(xiàn)行規(guī)范中砌體房屋結(jié)構(gòu)整體性抗震構(gòu)造措施不符合要求時(shí)，采用以下加固方法：

①增設(shè)高延性混凝土砌體組合構(gòu)造柱、高延性混凝土砌體組合圈梁（40mm厚面層）；

②預(yù)制樓板加固：板底粘貼碳纖維布，板邊緣采用角鋼、加勁鋼筋與圈梁錨固連接。

該加固工程樓板均為預(yù)制樓板，由于現(xiàn)行規(guī)范對(duì)預(yù)制板質(zhì)量檢測(cè)無明確規(guī)定，且受現(xiàn)有技術(shù)手段和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況限制，無詳細(xì)預(yù)制板檢測(cè)數(shù)據(jù)；按最新通用規(guī)范（全文強(qiáng)條），教室、走廊荷載全面提高；根據(jù)檢測(cè)部門對(duì)預(yù)制板返場(chǎng)抽檢意見及查詢預(yù)制板資料，根據(jù)專家意見進(jìn)行加固設(shè)計(jì)，以最不利條件計(jì)算，經(jīng)計(jì)算預(yù)制樓板強(qiáng)度低，配筋嚴(yán)重不足，需雙層碳纖維補(bǔ)強(qiáng)。

（3）房屋易倒塌部位不符合要求時(shí),采用下列加固方法[8]：

①采用增設(shè)高延性混凝土面層加固解決窗間墻寬度不滿足規(guī)范要求的問題；

②當(dāng)跨度較大位置（即有支撐大梁部位）的小墻肢的抗震承載能力不滿足規(guī)范計(jì)算要求時(shí)，采用加設(shè)高延性砌體組合構(gòu)造柱的方式進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)；

③當(dāng)在設(shè)有支承懸挑構(gòu)件的墻體不滿足計(jì)算的抗震要求時(shí)，同樣采用增設(shè)高延性砌體組合構(gòu)造柱的方式進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)，增設(shè)位置定在懸挑構(gòu)件的端部；

④當(dāng)內(nèi)隔墻的長度過長或計(jì)算高度過高時(shí)，可采用高延性混凝土面層加固；但當(dāng)內(nèi)隔墻原本的拉結(jié)不牢固或未設(shè)置拉結(jié)鋼筋時(shí)，可釆用高延性混凝土鑲邊的加固方案進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)；

⑤當(dāng)既有的出屋面女兒墻未設(shè)置拉結(jié)措施或原有的女兒墻超出規(guī)范規(guī)定高度時(shí)，建議拆除或可采用拉桿進(jìn)行加固處理。

（4）墻體裂縫處理：采用壓力灌漿法。

該工程一層墻體加固平面布置圖見圖3所示。

圖3 一層墻體加固平面布置圖

5 結(jié)束語

本文對(duì)云南省內(nèi)某小學(xué)磚混教學(xué)樓高延性混凝土抗震加固設(shè)計(jì)實(shí)例進(jìn)行分析，結(jié)論如下：

（1）初期建造的教學(xué)樓由于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、施工質(zhì)量、設(shè)防要求等因素，普遍存在不滿足現(xiàn)行乙類重點(diǎn)設(shè)防要求。同時(shí)，教學(xué)樓作為人員密集場(chǎng)所，其抗震性能更為重要。因此，必須對(duì)現(xiàn)有磚混結(jié)構(gòu)教學(xué)樓進(jìn)行抗震鑒定和必要的加固。

（2）在進(jìn)行加固方案設(shè)計(jì)時(shí)，由于既有建筑的差異性，加固方案難以一概而論，需依據(jù)抗震鑒定報(bào)告及結(jié)論，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)及既有建筑的實(shí)際情況，綜合分析評(píng)定后，選定合理的加固方案，以達(dá)到既滿足抗震要求，又經(jīng)濟(jì)合理便于施工。

（3）高延性混凝土作為一種新興發(fā)展的加固材料，抗震效果極強(qiáng)，相較原有的鋼筋混凝土板墻加固技術(shù)，高延性混凝土施工簡(jiǎn)便，對(duì)原有砌體結(jié)構(gòu)破壞較小，可以節(jié)約大量的時(shí)間和人工成本，能夠較好地在磚混結(jié)構(gòu)加固中發(fā)揮其作用，具有較好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。