论文部分内容阅读
邓连飞
佛山市安固建筑物诊治技术有限公司 广东省 佛山市 528000
【摘 要】汶川地震带来的惨痛教训提醒了我们，学校教学楼质量问题不容忽视。国家有关部门也对抗震规范中关于中小学校舍部分做了相应的修改，并要求对已有的校舍进行全面的抗震安全鉴定。本文对某教学楼框架结构进行了全面检测、抗震鉴定和分析，并根据鉴定评价结果，提出了加固设计建议，可以作为其他类似结构的抗震鉴定及加固设计的参考。
【关键词】抗震鉴定；加固研究分析；抗震能力；建筑安全
校园是人员密集场所，一旦发生建筑倒塌将严重威胁师生的生命安全。为了保障师生的生命安全，我们必须按新标准对此类房屋结构进行抗震检测鉴定，若鉴定结果表明该结构不符合要求，则需进行加固，提高其抗震能力。笔者结合工程实例分析，对教学楼结构抗震鉴定进行全面的分析与评估，并提出了新增剪力墙、增设构造柱和墙体加固的加固处理措施。以期加固改造后的建筑物能够满足现行规范的抗震要求，保证其以后能够正常安全使用。
1 工程概况
某中学教学楼建于1989年，分别由西楼、南楼、北楼和中部连接廊4个独立单体组成，西楼、连接廊主体结构为砖混结构，部分主梁下采用钢筋混凝土柱承重，各层楼屋盖处在承重砖墙顶部设有钢筋混凝土圈梁。承重砖墙下设钢筋混凝土条形基础、100mm厚素混凝土垫层。南楼、北楼主体结构为4层钢筋混凝土框架结构，采用钢筋混凝土筏形基础，下设100mm厚素混凝土垫层。根据教学需要，2005年对教学楼西楼、南楼和北楼进行了屋面加建至5层，对原教学楼进行了重新装修（图1）。
图1 加固平面示意
2 抗震措施鉴定
根据国家标准GB50223—2008《建筑工程抗震设防分类标准》，房屋抗震设防类别为重点设防类。建造于1989年，根据国家标准GB50023—2009《建筑抗震鉴定标准》，按B类建筑对房屋进行抗震措施鉴定。上海市抗震设防烈度为7度，房屋按8度抗震设防烈度进行抗震措施鉴定，西楼、连接廊为砖混结构，南楼、北楼为钢筋混凝土框架结构，框架抗震等级为二级，房屋结构体系及抗震构造措施主要分析结果如下：
（1）房屋连接廊高宽比为2.68（规范规定不宜超过2.0），且连接廊楼梯间设在端部；
（2）西楼、连接廊在外墙四角及楼梯间等位置均未设置构造柱，对比规范要求，构造柱设置不满足要求；
（3）西楼、连接廊承重窗间墙最小宽度为0.66m（规范规定不宜小于1.2m），承重外墙尽端至门窗洞边的最小距离为0.72m（规范规定不宜小于1.5m）；
（4）顶层楼梯间墙体未配筋（规范规定顶层楼梯间横墙和外墙宜沿墙高每隔500mm设两根直径6mm通长钢筋）；
（5）南楼、北楼框架梁端箍筋无加密，梁箍筋直径偏小，框架柱上端箍筋无加密，柱箍筋直径偏小。可见，抗震措施无法满足现行抗震鉴定要求。
3 抗震计算分析
现场检测结果表明，房屋实测轴网尺寸、层高、结构布置、承重砖墙厚度、钢筋混凝土构件尺寸、配筋与原设计基本相符。房屋西楼及连接廊柱混凝土实测强度未达到原设计强度等级C28，评定为C18；南楼及北楼框架柱混凝土实测强度未达到原设计强度等级C28，评定为C25；南楼及北楼框架梁混凝土实测强度满足原设计强度等级C18要求。西楼、连接廊实测砌筑砂浆强度参考值评定为M2.3，不满足原设计要求，实测砖强度等级达到原设计强度等级MU10要求。根据现场检测结果对房屋进行了抗震计算。
3.1 南楼、北楼计算结果
地震力作用下东西方向（纵向）最大层间位移角为1/295，南北方向（横向）最大层间位移角为1/458，均超过国家标准GB50011—2010《建筑抗震设计规范》规定的1/550限值要求。底层柱轴压比在0.49～0.59之间，均小于二级抗震等级框架柱轴压比0.8的限值要求。3，4层框架柱纵筋配置基本满足要求，框架梁配筋基本满足要求。在荷载设计值组合作用下，验算房屋柱下筏形基础的基底压力满足要求。
3.2 西楼计算结果
用底部剪力法进行抗震承载力验算。验算结果表明，房屋各层横向砖墙抗震承载力基本满足计算要求，底部3层纵向窗间短墙抗震承载力严重不足，其中内纵墙抗震承载力欠缺较多。房屋在竖向荷载作用下砖墙受压承载力验算结果表明，房屋砖墙受压承载力基本满足计算要求，仅底层横向内墙与纵向短墙受压承载力有所不足。房屋墙下条形基础基底压力验算结果表明，地基承载力基本满足要求。
3.3 连接廊计算结果
连接廊验算结果表明，房屋各层纵向砖墙抗震承载力基本满足计算要求，横向砖墙抗震承载力严重不足。房屋在竖向荷载作用下砖墙受压承载力验算结果表明，房屋砖墙受压承载力基本满足计算要求，仅底层个别纵向短墙受压承载力有所不足。另外，其地基承载力基本满足要求。
4 分析评估与加固建议
4.1 分析评估
房屋沉降变形现状检测结果表明，房屋西楼目前存在相对明显的向东倾斜及不均匀沉降，东西方向各角点最大向东倾斜5.60‰，平均倾斜4.78‰，其余区域未发现明显的倾斜与不均匀沉降。房屋完损状况检测结果表明，房屋西楼各层东端纵向墙体均有贯穿性东高西低斜裂缝，表面裂缝宽度在0.3～1.5mm之间，屋面14/Q处西楼与北楼变形缝处挤压变形开裂。房屋西楼目前存在相对明显的向东倾斜及不均匀沉降，西楼与北楼变形缝处顶部产生挤压碰撞，因西楼砖混结构为脆性材料，抵抗外界变形能力相对较差，造成西楼东侧纵向砖墙斜向开裂。房屋其余裂缝损伤及墙面渗水属于一般的老化损伤。
该建筑西楼目前存在相对明显的不均匀沉降，考虑到已使用多年，其沉降缓慢，地基承载力在长期荷载作用下已趋于稳定，故不进行纠偏处理，但应加强监测，若发现沉降加速迹象，需考虑加固纠偏。 4.2 加固建议
为保证房屋的结构安全及正常使用，改善房屋抗震性能，提出如下加固建议。
（1）南楼、北楼框架结构增设钢筋混凝土抗震墙加固，增设的抗震墙与原框架梁柱构件应可靠连接，相邻构件采取必要的加固措施。
（2）西楼、连接廊砖混结构外墙四角、大房间内外墙交接处、楼电梯间四角、隔开间横=墙与纵墙交接处、山墙与内纵墙交接处增设构造柱，以提高房屋的整体性。
（3）西楼、连接廊内走廊增设横向连系梁，加强结构整体性。
（4）部分纵向窗间墙采用双面钢筋网砂浆面层加固。
5 加固设计
5.1 新增剪力墙
结合建筑平立面及使用要求，框架结构部分增设钢筋混凝土剪力墙，以满足层间位移角的规范要求，从整体上改善房屋的抗震受力性能。新增剪力墙改变了整个结构的受力体系，保证新增剪力墙的质量以及与原框架结构协同工作是施工的关键。新增剪力墙采用植筋方式与原有梁柱连接（图2），植筋和化学螺栓采用改性环氧类或改性乙烯基酯类的胶粘剂，并应采用A级胶。所有新旧混凝土交接面均应凿毛，刷界面剂处理。混凝土强度等级均为C30。直径小于10mm时为HPB300级钢筋；直径大于10mm时为HRB335级钢筋。新增剪力墙竖向钢筋植于原基础底板内，植筋长度为20d。
图2 新增剪力墙加固示意
植筋和化学螺栓工程施工要求如下所述。
（1）锚固部位的原构件混凝土不得有缺损，若局部缺损，应进行补强或加固处理后方能施工。
（2）钢筋宜先焊后植；若须后焊，其焊点距基材混凝土表面应大于15d，且应采用冷水浸渍的湿毛巾包裹植筋外露部分的根部。
（3）对植筋和化学螺栓应进行拉拔试验检测（或由主管质检单位确定）。
（4）本工程植筋锚固深度不得小于20d，化学螺栓锚固深度不得小于10d。
（5）植筋和化学螺栓钻孔严禁凿断原结构钢筋。
5.2 增设构造柱
增设构造柱的位置如图1所示。通常，新增构造柱有多种做法，该工程新增构造柱设计的基本原则为尽量保证原有建筑外观、使用功能及施工方便。主要有外墙构造柱，内墙构造柱及外墙角部构造柱3种不同的施工做法（图3～5）。施工中，要确保新增构造柱（从基础至屋面）与原墙体、圈梁的可靠连接，并且构造柱（除楼梯间顶层外）和墙体间设拉筋28@500长1m嵌入灰缝内。构造柱下端纵筋植入原有基础内，基础经计算无须加固。
图3 新增构造柱做法示意
（a）XGZ1；（b）1-1剖面
图4 圈梁连接节点示意
（a）XGZ1；（b）1-1剖面
图5 砖墙部位示意
（a）XGZ2；（b）XGZ3
5.3 墙体加固
对于受压承载力不足的纵向短墙，采用双面钢筋网砂浆面层加固，即在现有墙体的两侧设30mm厚钢筋网砂浆面层，砂浆强度为M10，分
佛山市安固建筑物诊治技术有限公司 广东省 佛山市 528000
【摘 要】汶川地震带来的惨痛教训提醒了我们，学校教学楼质量问题不容忽视。国家有关部门也对抗震规范中关于中小学校舍部分做了相应的修改，并要求对已有的校舍进行全面的抗震安全鉴定。本文对某教学楼框架结构进行了全面检测、抗震鉴定和分析，并根据鉴定评价结果，提出了加固设计建议，可以作为其他类似结构的抗震鉴定及加固设计的参考。
【关键词】抗震鉴定；加固研究分析；抗震能力；建筑安全
校园是人员密集场所，一旦发生建筑倒塌将严重威胁师生的生命安全。为了保障师生的生命安全，我们必须按新标准对此类房屋结构进行抗震检测鉴定，若鉴定结果表明该结构不符合要求，则需进行加固，提高其抗震能力。笔者结合工程实例分析，对教学楼结构抗震鉴定进行全面的分析与评估，并提出了新增剪力墙、增设构造柱和墙体加固的加固处理措施。以期加固改造后的建筑物能够满足现行规范的抗震要求，保证其以后能够正常安全使用。
1 工程概况
某中学教学楼建于1989年，分别由西楼、南楼、北楼和中部连接廊4个独立单体组成，西楼、连接廊主体结构为砖混结构，部分主梁下采用钢筋混凝土柱承重，各层楼屋盖处在承重砖墙顶部设有钢筋混凝土圈梁。承重砖墙下设钢筋混凝土条形基础、100mm厚素混凝土垫层。南楼、北楼主体结构为4层钢筋混凝土框架结构，采用钢筋混凝土筏形基础，下设100mm厚素混凝土垫层。根据教学需要，2005年对教学楼西楼、南楼和北楼进行了屋面加建至5层，对原教学楼进行了重新装修（图1）。
图1 加固平面示意
2 抗震措施鉴定
根据国家标准GB50223—2008《建筑工程抗震设防分类标准》，房屋抗震设防类别为重点设防类。建造于1989年，根据国家标准GB50023—2009《建筑抗震鉴定标准》，按B类建筑对房屋进行抗震措施鉴定。上海市抗震设防烈度为7度，房屋按8度抗震设防烈度进行抗震措施鉴定，西楼、连接廊为砖混结构，南楼、北楼为钢筋混凝土框架结构，框架抗震等级为二级，房屋结构体系及抗震构造措施主要分析结果如下：
（1）房屋连接廊高宽比为2.68（规范规定不宜超过2.0），且连接廊楼梯间设在端部；
（2）西楼、连接廊在外墙四角及楼梯间等位置均未设置构造柱，对比规范要求，构造柱设置不满足要求；
（3）西楼、连接廊承重窗间墙最小宽度为0.66m（规范规定不宜小于1.2m），承重外墙尽端至门窗洞边的最小距离为0.72m（规范规定不宜小于1.5m）；
（4）顶层楼梯间墙体未配筋（规范规定顶层楼梯间横墙和外墙宜沿墙高每隔500mm设两根直径6mm通长钢筋）；
（5）南楼、北楼框架梁端箍筋无加密，梁箍筋直径偏小，框架柱上端箍筋无加密，柱箍筋直径偏小。可见，抗震措施无法满足现行抗震鉴定要求。
3 抗震计算分析
现场检测结果表明，房屋实测轴网尺寸、层高、结构布置、承重砖墙厚度、钢筋混凝土构件尺寸、配筋与原设计基本相符。房屋西楼及连接廊柱混凝土实测强度未达到原设计强度等级C28，评定为C18；南楼及北楼框架柱混凝土实测强度未达到原设计强度等级C28，评定为C25；南楼及北楼框架梁混凝土实测强度满足原设计强度等级C18要求。西楼、连接廊实测砌筑砂浆强度参考值评定为M2.3，不满足原设计要求，实测砖强度等级达到原设计强度等级MU10要求。根据现场检测结果对房屋进行了抗震计算。
3.1 南楼、北楼计算结果
地震力作用下东西方向（纵向）最大层间位移角为1/295，南北方向（横向）最大层间位移角为1/458，均超过国家标准GB50011—2010《建筑抗震设计规范》规定的1/550限值要求。底层柱轴压比在0.49～0.59之间，均小于二级抗震等级框架柱轴压比0.8的限值要求。3，4层框架柱纵筋配置基本满足要求，框架梁配筋基本满足要求。在荷载设计值组合作用下，验算房屋柱下筏形基础的基底压力满足要求。
3.2 西楼计算结果
用底部剪力法进行抗震承载力验算。验算结果表明，房屋各层横向砖墙抗震承载力基本满足计算要求，底部3层纵向窗间短墙抗震承载力严重不足，其中内纵墙抗震承载力欠缺较多。房屋在竖向荷载作用下砖墙受压承载力验算结果表明，房屋砖墙受压承载力基本满足计算要求，仅底层横向内墙与纵向短墙受压承载力有所不足。房屋墙下条形基础基底压力验算结果表明，地基承载力基本满足要求。
3.3 连接廊计算结果
连接廊验算结果表明，房屋各层纵向砖墙抗震承载力基本满足计算要求，横向砖墙抗震承载力严重不足。房屋在竖向荷载作用下砖墙受压承载力验算结果表明，房屋砖墙受压承载力基本满足计算要求，仅底层个别纵向短墙受压承载力有所不足。另外，其地基承载力基本满足要求。
4 分析评估与加固建议
4.1 分析评估
房屋沉降变形现状检测结果表明，房屋西楼目前存在相对明显的向东倾斜及不均匀沉降，东西方向各角点最大向东倾斜5.60‰，平均倾斜4.78‰，其余区域未发现明显的倾斜与不均匀沉降。房屋完损状况检测结果表明，房屋西楼各层东端纵向墙体均有贯穿性东高西低斜裂缝，表面裂缝宽度在0.3～1.5mm之间，屋面14/Q处西楼与北楼变形缝处挤压变形开裂。房屋西楼目前存在相对明显的向东倾斜及不均匀沉降，西楼与北楼变形缝处顶部产生挤压碰撞，因西楼砖混结构为脆性材料，抵抗外界变形能力相对较差，造成西楼东侧纵向砖墙斜向开裂。房屋其余裂缝损伤及墙面渗水属于一般的老化损伤。
该建筑西楼目前存在相对明显的不均匀沉降，考虑到已使用多年，其沉降缓慢，地基承载力在长期荷载作用下已趋于稳定，故不进行纠偏处理，但应加强监测，若发现沉降加速迹象，需考虑加固纠偏。 4.2 加固建议
为保证房屋的结构安全及正常使用，改善房屋抗震性能，提出如下加固建议。
（1）南楼、北楼框架结构增设钢筋混凝土抗震墙加固，增设的抗震墙与原框架梁柱构件应可靠连接，相邻构件采取必要的加固措施。
（2）西楼、连接廊砖混结构外墙四角、大房间内外墙交接处、楼电梯间四角、隔开间横=墙与纵墙交接处、山墙与内纵墙交接处增设构造柱，以提高房屋的整体性。
（3）西楼、连接廊内走廊增设横向连系梁，加强结构整体性。
（4）部分纵向窗间墙采用双面钢筋网砂浆面层加固。
5 加固设计
5.1 新增剪力墙
结合建筑平立面及使用要求，框架结构部分增设钢筋混凝土剪力墙，以满足层间位移角的规范要求，从整体上改善房屋的抗震受力性能。新增剪力墙改变了整个结构的受力体系，保证新增剪力墙的质量以及与原框架结构协同工作是施工的关键。新增剪力墙采用植筋方式与原有梁柱连接（图2），植筋和化学螺栓采用改性环氧类或改性乙烯基酯类的胶粘剂，并应采用A级胶。所有新旧混凝土交接面均应凿毛，刷界面剂处理。混凝土强度等级均为C30。直径小于10mm时为HPB300级钢筋；直径大于10mm时为HRB335级钢筋。新增剪力墙竖向钢筋植于原基础底板内，植筋长度为20d。
图2 新增剪力墙加固示意
植筋和化学螺栓工程施工要求如下所述。
（1）锚固部位的原构件混凝土不得有缺损，若局部缺损，应进行补强或加固处理后方能施工。
（2）钢筋宜先焊后植；若须后焊，其焊点距基材混凝土表面应大于15d，且应采用冷水浸渍的湿毛巾包裹植筋外露部分的根部。
（3）对植筋和化学螺栓应进行拉拔试验检测（或由主管质检单位确定）。
（4）本工程植筋锚固深度不得小于20d，化学螺栓锚固深度不得小于10d。
（5）植筋和化学螺栓钻孔严禁凿断原结构钢筋。
5.2 增设构造柱
增设构造柱的位置如图1所示。通常，新增构造柱有多种做法，该工程新增构造柱设计的基本原则为尽量保证原有建筑外观、使用功能及施工方便。主要有外墙构造柱，内墙构造柱及外墙角部构造柱3种不同的施工做法（图3～5）。施工中，要确保新增构造柱（从基础至屋面）与原墙体、圈梁的可靠连接，并且构造柱（除楼梯间顶层外）和墙体间设拉筋28@500长1m嵌入灰缝内。构造柱下端纵筋植入原有基础内，基础经计算无须加固。
图3 新增构造柱做法示意
（a）XGZ1；（b）1-1剖面
图4 圈梁连接节点示意
（a）XGZ1；（b）1-1剖面
图5 砖墙部位示意
（a）XGZ2；（b）XGZ3
5.3 墙体加固
对于受压承载力不足的纵向短墙，采用双面钢筋网砂浆面层加固，即在现有墙体的两侧设30mm厚钢筋网砂浆面层，砂浆强度为M10，分