校安工程建筑抗震鑒定與結(jié)構(gòu)加固

胡 敏

中小學(xué)校舍安全直接關(guān)系到廣大師生的生命安全,關(guān)系到人民群眾的切身利益,關(guān)系到社會的和諧與穩(wěn)定。中小學(xué)校舍安全工程是一項重大的民生工程。2008年8月1日頒布實施的GB 50223-2008建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)將中小學(xué)校舍的抗震設(shè)防類別劃分為重點設(shè)防類。結(jié)合 2009年 4月正式啟動的全國中小學(xué)校舍安全工程的要求,各省市對所在地中小學(xué)校舍的抗震質(zhì)量進行全面排查,對于有安全隱患的校舍,根據(jù)國家現(xiàn)行抗震加固規(guī)范,采取可行的方法進行抗震加固。

安徽省校舍安全工程的排查工作于 2009年 9月底前全部完成,鑒定、加固設(shè)計工作于 2010年 2月底前全部完成,加固改造施工工作 2009年完成總量的30%,2010年完成總量的 60%,2011年完成總量的 10%,檢查驗收面達到 100%。為此 2010年全省各級財政投入資金達50億元,加固和重建校舍面積達 1 057萬 m2。

1 建筑抗震鑒定

中小學(xué)校舍安全鑒定工作依據(jù)GB 50292-1999民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)、GB 50023-2009建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)、GB 50223-2008建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)、GB 50011-2001建筑抗震設(shè)計規(guī)范(2008年版)等相關(guān)國家規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)。

校舍安全鑒定通過對建筑概況、工程資料、抗震設(shè)防、地基基礎(chǔ)、上部結(jié)構(gòu)和建筑現(xiàn)狀的調(diào)查,確定建筑物的抗震鑒定。鑒定內(nèi)容包括后續(xù)使用年限、抗震鑒定方法、地基基礎(chǔ)鑒定、上部結(jié)構(gòu)抗震措施鑒定以及抗震承載力驗算,最終得到抗震鑒定結(jié)論,提出維修加固建議。

2 抗震結(jié)構(gòu)加固

依據(jù)鑒定報告以及現(xiàn)場復(fù)檢,根據(jù)國家現(xiàn)行抗震加固規(guī)范,對校舍進行抗震初步驗算以及抗震方案設(shè)計,再對校舍進行加固補驗。校舍結(jié)構(gòu)加固原因及措施通常有以下幾個方面:

1)多層砌體房屋采用不利于結(jié)構(gòu)抗震性能的縱墻承重布置,并且未采取必要措施改善其抗震性能。其結(jié)構(gòu)加固措施:盡可能增加橫墻數(shù)量,或?qū)⒖v墻沿長度方向分段,留置門窗洞口,以縮小縱墻的貫通長度,減小剛度;縮短獨立單元長度,可結(jié)合溫度伸縮縫的設(shè)置,組成獨立的抗震單元;盡量布置成縱、橫墻混合承重的方案,即使是局部混合承重布置對抗震也是有利的。

2)多層砌體房屋在底層設(shè)置較大的階梯教室或大會議室時,平面位置不夠合理。其結(jié)構(gòu)加固措施:應(yīng)將大會議室布置在頂層較有利。頂層具有取消部分橫墻的便利,以適應(yīng)大空間的要求,而且頂層大會議室的屋蓋也比較好處理。從平面的對稱性要求,對大會議室房間的布置,宜設(shè)在中段或兩端對稱布置會議室。當(dāng)設(shè)在頂層盡端應(yīng)采取加強措施,如采用抗側(cè)排架結(jié)構(gòu),調(diào)整在平面布置上剛度的分布等。

3)多層砌體房屋結(jié)構(gòu)抗震抗剪強度驗算時,當(dāng)某層或某些墻段不能滿足截面強度要求時,未采取有效措施加強。其結(jié)構(gòu)加固措施有:a.增加墻厚。抗震抗剪強度與截面大小有關(guān),增加墻厚可以提高抗剪能力,同時,外墻可以提高保溫隔熱效果,有利于節(jié)能。b.提高砌體強度。磚和砂漿強度的提高,會直接增大截面抗震抗剪能力。c.配置鋼筋網(wǎng)。在內(nèi)外墻體均采用雙面鋼筋網(wǎng)砂漿面層進行加固,以提高墻體的整體性和承載能力,有效地抵抗地震作用對墻體的剪切破壞和局部彎剪破壞。d.增設(shè)構(gòu)造柱。在墻段兩端設(shè)置構(gòu)造柱是一種抗御地震時突然倒塌的有效措施。

4)在多層砌體房屋中,未按規(guī)范要求設(shè)置構(gòu)造柱。其結(jié)構(gòu)加固措施:增設(shè)構(gòu)造柱。構(gòu)造柱是一種良好的抗震構(gòu)造措施,能夠使多層砌體房屋減輕和避免突然倒塌的危險,是保證多層砌體房屋大震不倒的重要措施。例如:對 7度區(qū),5層砌體結(jié)構(gòu)教學(xué)樓,其構(gòu)造柱應(yīng)設(shè)置在外墻四角,錯層部位橫墻與外縱墻交接處,大房間內(nèi)外墻交接處,較大洞口兩側(cè),隔開間橫墻與外縱墻交接處,山墻與內(nèi)縱墻交接處,樓梯間的四角。

5)樓梯間的整體性不滿足要求。其結(jié)構(gòu)加固措施:頂層樓梯間橫墻和外墻應(yīng)沿墻高每隔 500mm設(shè)2Φ6通長鋼筋。凸出屋頂?shù)臉翘蓍g,構(gòu)造柱應(yīng)伸到頂部,并與頂部圈梁連接,內(nèi)外墻交接處應(yīng)沿墻高每隔 500mm設(shè) 2Φ6拉結(jié)鋼筋,且每邊伸入墻內(nèi)不應(yīng)小于1m。

6)門窗洞口處采用無筋磚過梁。其結(jié)構(gòu)加固措施:門窗洞口處加設(shè)鋼筋混凝土過梁,過梁支承長度不應(yīng)小于 240mm。

3 工程案例

3.1 工程概況

某校教學(xué)樓及學(xué)生宿舍,磚混結(jié)構(gòu),建于 1985年6月,主體結(jié)構(gòu) 4層,建筑面積 3 555m2。原設(shè)計單位:某建筑設(shè)計室;原施工單位:不詳。

該結(jié)構(gòu)內(nèi)、外墻均為 240mm厚粘土實心磚墻,樓蓋為預(yù)制混凝土樓板,屋蓋為現(xiàn)澆混凝土樓板。按現(xiàn)行荷載規(guī)范對樓面活荷載進行取值:走廊、樓梯間為2.5 kN/m2;教室、上人屋面為2.0 kN/m2;不上人屋面等為0.7 kN/m2。

根據(jù)GB 50023-2009建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn),該建筑屬于 A類建筑,后續(xù)使用年限按 30年考慮,按《鑒定標(biāo)準(zhǔn)》和《抗震規(guī)范》的要求進行抗震鑒定。

3.2 強度實測數(shù)值

1)砌體磚抗壓強度:MU7.5。

2)砌體砂漿抗壓強度見表 1。

表1 砌體砂漿抗壓強度

3)挑梁混凝土強度見表 2。

表2 挑梁混凝土強度

3.3 抗震加固

該教學(xué)樓及學(xué)生宿舍經(jīng)驗算一層大部分墻體,二層部分墻體承載力不滿足要求。一二層大部分墻體抗震驗算不滿足要求,三四層大部分縱向墻體抗震驗算不滿足要求。部分挑梁混凝土強度實測值不滿足原設(shè)計要求。

該教學(xué)樓及學(xué)生宿舍層數(shù)(4層)滿足規(guī)定限制,總高度(14.55m)沒有設(shè)計規(guī)定限制,可不改變結(jié)構(gòu)體系,采取加強措施滿足規(guī)范要求。

1)加固方案。本抗震加固選用國標(biāo) 09SG619-1圖集,雙面鋼筋網(wǎng)砂漿層加固方法。其加固措施有內(nèi)外墻基礎(chǔ)做法均從基礎(chǔ)大放腳做起,構(gòu)造參見本圖集第 40頁。其中,配筋加強帶鋼筋為8Φ10。樓蓋多孔板增加 40mm厚C 20混凝土現(xiàn)澆剛性層加固,內(nèi)配 Φ6@200雙向鋼筋網(wǎng),構(gòu)造參見本圖集第 82頁 ～84頁相關(guān)做法及規(guī)定。教學(xué)樓挑梁增設(shè)鋼筋混凝土柱支承。材料要求:砂漿:M 10噴射聚合物改性水泥砂漿;混凝土:C25微膨脹混凝土。

2)施工要求。根據(jù)原設(shè)計圖紙?zhí)峁┑牡刭|(zhì)資料,選取粘土層做地基持力層,地基承載力特征值fak=130 kPa。基礎(chǔ)需挖至與原房屋基礎(chǔ)同深,基礎(chǔ)底必須進入持力層內(nèi) 300mm以上。

除基礎(chǔ)墊層采用C 15素混凝土外,獨立基礎(chǔ)采用 C25混凝土,Z1基礎(chǔ)采用C25微膨脹混凝土,在室外地坪以下基礎(chǔ)柱每邊外擴 50mm混凝土保護層,柱主筋位置不變,局部超深根據(jù)開挖情況現(xiàn)場處理。基坑開挖后,必須經(jīng)勘察、設(shè)計、監(jiān)理等單位驗槽后,方可進行下一道工序施工。所有內(nèi)、外墻體粉刷層鏟除,墻體加固從基礎(chǔ)做起。多孔板板面粉刷層均鏟除,整體加固,面層改用 40mm厚 C20混凝土現(xiàn)澆剛性層,隨澆隨抹水泥砂漿地面或強化木地板、塑料地板等輕質(zhì)地面。教學(xué)樓鏟除墻體、多孔板板面粉刷層和新增混凝土柱可同步施工,待每層新增混凝土強度達到75%以后方可進行下一道工序施工,待每層新增混凝土柱強度達到 100%以后方可進行本層多孔板剛性層施工。屋面防水層做法采用4mm厚聚酯胎SBS改性瀝青防水卷材。加固中不要破壞原主體結(jié)構(gòu),鉆孔時不得傷及原有鋼筋。未說明部分按國家現(xiàn)行有關(guān)施工規(guī)范、規(guī)程執(zhí)行。施工中遇到問題應(yīng)及時與設(shè)計人員聯(lián)系協(xié)商解決,未經(jīng)認(rèn)可,不得擅自更改。

3)加固結(jié)果。通過對工程加固后的建筑抗震性能鑒定,該教學(xué)樓及學(xué)生宿舍建筑抗震設(shè)防能夠滿足本地區(qū)設(shè)防烈度 7度的要求,抗震加固達到了預(yù)期的效果。

4 結(jié)語

多層砌體結(jié)構(gòu)校舍中預(yù)制樓(屋)面板的地震破壞坍塌,從表面上看是預(yù)制板的搭接錨固及整體性差造成的,但從震害情況分析來看,其根本原因是承重墻體由于剪切和局部彎剪破壞導(dǎo)致預(yù)制樓(屋)面板坍塌。因此,在既有多層墻體結(jié)構(gòu)的抗震加固中,對建筑物承重墻體的加固起關(guān)鍵作用。

[1] GB 50023-2009,建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2] GB 50011-2001,建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S].

[3] 柳炳康.工程結(jié)構(gòu)鑒定與加固[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2006.

[4] 李愛群,高振世.工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2006.

[5] 司拴牢.某多層砌體結(jié)構(gòu)教學(xué)樓的抗震加固[J].工程質(zhì)量, 2009,8(27):35-36.

[6] 09SG619-1,國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計圖集[S].