某教学楼抗震加固方案探析

赵国鹏 陈 东 任润田

(西安市政设计研究院有限公司，陕西 西安 710068)

某教学楼抗震加固方案探析

赵国鹏 陈 东 任润田

(西安市政设计研究院有限公司，陕西 西安 710068)

通过西安市某教学楼的抗震鉴定实践，对建筑墙体进行抗震承载力复核，在对设计基准周期进行换算的基础上，对该教学楼进行了抗震加固设计，达到了预期的加固效果。

设计基准周期，承载力，抗震加固，外包加固法

1 工程概况

西安某教学楼为3层砌体内框结构，建筑面积21 400 m2。屋盖为木屋架承重屋盖，基础为砖砌体条形基础，地基处理为灰土垫层。该建筑墙体材料强度采用MU7.5普通粘土砖，砂浆强度等级采用M2.5混合砂浆。该建筑建于1965年。原设计抗震设防烈度为8度，基本加速度0.2g,场地为Ⅱ类场地。建筑立面见图1。现经学校发展要求该建筑经过抗震加固后使用年限为30年。

2 结构检测及构造措施检查

1)查阅设计图纸、设计变更及地质勘察报告，了解工程概况、结构形式及相关设计要求和参数。

通过现场对工程外观进行检查及目前使用状况调查，了解建筑物与设计的相符程度、多年来的结构使用情况以及是否受内外环境的影响，确定建筑物现有实际使用状况；对工程是否存在裂缝、周围地面、散水是否存在不均匀沉降等各种损伤情况进行普查，对建筑结构布置及结构形式，圈梁及支撑的布置，结构及其支承构造，构件的连接构造，原始施工、历次修缮、改造、用途改变等情况进行详细调查。由于客观因素未对材料的材性检测分析。

经普查后发现未按GB 50011—2010建筑抗震设计规范设置构造柱。跨度大于6 m的梁支撑条件不符合GB 50011—2010建筑抗震设计规范第7.3.6条的规定。局部墙体有裂缝，如图2所示。

2)设计基准周期和设防烈度的选取。

我国建筑抗震设计规范所采用的设计基准周期为50年，对于设计使用年限为30年的建筑，在其设计基准期内的活荷载、雪荷载、风荷载、地震等荷载和作用的取值另行确定。鉴于上述原因，在基本设防烈度为8度的西安地区，对设计使用年限为30年对应的设防烈度的确定是定值验算的根本所在。

按照《建筑抗震设计规范疑问解答》(中国建筑工业出版社)第二章.第一节.第2，3条的计算方法确定计算参数如下：

地震重现周期：X=9.58T=9.58×30=287.4年。

其中，T为设计使用年限，本次设计为30年。

基本烈度为8度地区重现期为287.4年的设防烈度为：

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

其中，a为基本烈度为8度时取0.01；b为基本烈度为8度时取1.50；C为基本烈度为8度时取3.85。

由上述计算可知，在基本设防烈度为8度的西安地区，设计使用年限为30年，重现期为287.4年的设防烈度可近似取为7.5度。

3)计算分析。

按基本设防烈度8度，30年重现期对应的烈度7.5度依照GB 50011—2010建筑抗震设计规范进行计算。计算选用中国建筑科学研究院的PKPM系列软件，按半刚性楼、屋盖方案分配地震力，材料强度及构件尺寸按原设计图纸选用，荷载按30年对应选取。计算结果不能通过的部位为底部一层。

3 结构抗震加固方案

本次加固方案的结构布置和连接构造遵照下列原则：按照GB 50011—2010建筑抗震设计规范采用的三水准设防思想，即小震不坏，中震可修，大震不倒进行抗震加固。

3.1 材料强度的加固

对于强度不满足计算要求的柱、梁、墙拟采用以下加固方法。

3.1.1 砖墙加固

1)加固方法一：压力灌注水泥浆加固法。

此方法可以提高砌筑砂浆强度等级增强砖墙的抗震承载能力。根据JGJ 116—2009建筑抗震加固技术规程第5.2.1.2条规定：“满墙灌浆加固后的墙体，可按原砌筑砂浆强度等级提高一级计算。”采用压力灌浆加固，可从根本上解决构件自身强度过低的问题。该方法操作空间小，未增加结构重量，建筑的原貌及内部功能不受影响。该方法在天津地区应用较为普遍，西安地区尚无经验。该方法的使用范围为：a.墙体厚度不小于240 mm；b.砌筑砂浆强度等级小于M2.5；c.每层墙垂直偏差不大于10 mm；d.墙体无严重酥裂及出现平面错动。具体实施方法为：a.灌浆嘴在水平与垂直方向间距约为0.5 m；b.清水砖墙勾缝不牢时，应先将松动部位清理，然后进行勾缝封闭。

2)加固方法二：外包加固法(见图3)。

此方法又称钢筋网水泥砂浆面层加固法。此法可以不用支模板，铺设钢筋后分层抹灰，比较简便。钢筋网能有效提高砖墙的抗倒塌能力。按照JGJ 116—2009建筑抗震加固规程第5.3.1.3条规定，加固后粘土砖墙体刚度的提高系数按下式计算：

单面加固实心砖墙：

双面加固实心砖墙：

具体实施方法为：

a.面层砂浆强度等级为M10,面层厚度35 mm，钢筋直径4，网格尺寸300 mm×300 mm，以钢筋与墙体拉接或锚接。b.原墙面碱蚀严重部位，应先清除松散部分，并用1∶3水泥砂浆抹面，已松动的勾缝砂浆应铲除。c.铺设钢筋网。d.抹水泥砂浆。

3.1.2 柱、梁加固

该方法分为外包混凝土加固和外包型钢加固(见图4)。外包混凝土加固主要为湿作业，周期长、需要支模且对结构自重增加较多。外包钢加固(又称钢构套加固)主要为干作业，无需支模，自重轻、操作简便且施工周期短。该方法充分利用钢材强度，可有效提高柱梁的强度、刚度及结构的抗倒塌能力。按照JGJ 116—2009建筑抗震加固技术规程第6.3.2.4条规定：

柱加固后的初始刚度可按下式计算：

K=K0+0.8EaIa。

柱加固后的现有正截面受弯承载力可按下式计算：

My=My0+0.7Aafayh。

柱加固后的现有斜截面受剪承载力可按下式计算：

Vy=Vy0+0.7Aafayh/S。

3.2 构造保证措施

3.2.1 构造柱的设置

历次震害表明，在水平地震作用下，当一侧的墙体倒塌时，与之正交的另一侧墙体会由于失去侧向支撑而随后坍塌，因此不仅要求墙体在强度方面满足抗震验算的要求，而且要求与其他墙体有可靠的构造连接。纵横墙的交接部位设置构造柱能有效提高结构的抗倒塌能力。原设计纵横墙相交部位灰缝内均设有水平压筋，已有压筋与新增构造柱结合可有效提高结构的抗倒塌能力。

新增构造柱的设置方式可分为以下几种：

方式一：嵌入式(见图5)。

按构造柱尺寸凿除部分砖墙，将构造柱嵌于墙内，构造柱施工完毕后。内墙部位以粉刷层掩盖，外墙在构造柱粉刷层表面按照外墙砖缝尺寸勾缝。此方法的优点在于不占用室内空间且外观与现有建筑物一致，但施工时需破坏墙体，在结构受力部位需支顶、卸荷，操作难度大。

方式二：外露式(见图6)。

此方法无需破坏墙体，不必支顶、卸荷，直接将构造柱设置于墙角部位，施工相对容易，费用较嵌入式低。本次加固拟在建筑物内部设置外露式构造柱，构造柱与楼盖连接按规范要求可靠连接。

方式三：增设砌体抗震墙。

拆除原有隔墙，在此部位增设砌体抗震墙，墙厚不小于240 mm，砖强度MU10，砂浆强度不高于M5。一层墙下设置基础，墙顶设置混凝土压梁，此方法可有效提高楼层的综合抗震承载能力，提高楼层的整体刚度，施工简便，但此方法可能会对局部使用功能有影响。

3.2.2 梁的支承条件

梁的支承条件是保证楼、屋盖与墙体整体性的重要措施，结构抗震性能的重要保证，因此在跨度大于6 m的梁下设置构造柱。构造柱与楼盖按规范要求可靠连接。

4 结语

1)经过对墙体、柱、梁进行抗震加固后该结构承载能力及抗震能力提高30%，满足GB 50011—2010建筑抗震设计规范采用的三水准设防思想，既达到小震不坏，中震可修，大震不倒的抗震设防目标，同时达到预期的加固效果。

2)该加固方案对结构自重增加小，对原结构不会造成损伤，同时对结构和外观影响不大，整个加固过程施工简单，周期短，确保学校开学后正常教学。

[1] GB 50011—2010，建筑抗震设计规范[S].

[2] JGJ 116—2009，建筑抗震加固技术规程[S].

[3] 王亚勇.建筑抗震设计规范疑问解答[M].北京：中国建筑工业出版社，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

赵国鹏(1981- )，男，工程师； 陈 东(1979- )，男，工程师； 任润田(1977- )，男，高级工程师

1009-6825(2015)13-0034-02

TU352

A