某中學圖書樓抗震鑒定及加固設計

2011-09-07 01:04:14周廣強劉清陽程立安

土木工程與管理學報 2011年3期

周廣強，劉清陽，程立安

(山東建筑大學 a.土木工程學院;b.山東省建筑結構鑒定加固與改造重點實驗室，山東濟南 250101)

近年來我國發生的幾次地震使大量房屋受到不同的損壞，嚴重影響了人們的生命財產安全，對于震區人流聚集區的中小學校舍來說，其抗震性能尤為重要。目前我國各地區還存在相當一部分建設年代比較久遠的中小學校舍，其中采用砌體和混凝土柱(或框架)混合承重的房屋是較為普遍的一種結構形式，這類房屋往往采用裝配式混凝土預制樓(屋)蓋，墻體門窗洞口多，抗震構造措施不足，抗震能力差。

本文通過對山東省部分地區中小學的抗震鑒定和加固改造工作，選取了一個有代表性的房屋，對其抗震鑒定及加固設計進行了介紹。

1 工程概況

某中學圖書樓，建于1992年，為三層環形建筑物，中間區域頂部采用鋼結構網架。東西向長26.24 m，南北向長26.64 m，底層層高3.9 m，二、三層層高均為3.6 m，房屋高度11.4 m，其底層結構平面見圖1。

圖1 底層結構平面

該建筑物為混合結構，基礎形式為墻下鋼筋混凝土條形基礎及柱下鋼筋混凝土獨立基礎，樓、屋面板采用混凝土預制空心板、局部為現澆。墻體采用M5混合砂漿、≥MU7.5燒結普通磚，主體結構混凝土構件設計強度等級為C20。

2 抗震鑒定

該工程所在地區抗震設防烈度為7度，基本地震加速度值0.15g，設計地震分組第一組。依據GB50023-2009《建筑抗震鑒定標準》，按B類建筑物(后續使用年限為40年)進行鑒定，該工程抗震設防類別由丙類提高至乙類，因此應按8度核查其抗震措施，按7度(0.15g)進行抗震驗算。

2.1 地基基礎

該建筑物上部結構未發現不均勻沉降裂縫，通過對該建筑物四個角點傾斜測量，相對傾斜值均小于0.0007H，說明地基基礎無明顯靜載缺陷。

2.2 房屋外觀和內在質量

墻體無明顯受力裂縫及不均勻沉降裂縫;部分墻體門窗角部存在溫度裂縫，縫寬0.3～0.5 mm;底層部分外墻較潮濕，局部抹灰層空臌、脫落。混凝土柱、梁、板無明顯裂縫及損傷。

2.3 抗震措施

(1)房屋高度、層數及層高

該房屋高度、層數及層高均滿足鑒定標準限值要求。

(2)結構體系及平面形式

①結構布置不合理，該房屋底層4×D～G，9×D～G范圍為混凝土柱及頂部混凝土托梁，采用玻璃隔斷，無抗震墻，而該位置二三層均為磚墻。這不僅使底層抗震墻布置不均勻，沿4軸、9軸縱向形成薄弱部位，而且也導致墻體豎向不連續，對抗震極為不利。

②除局部外，絕大部分樓、屋蓋采用裝配式混凝土樓、屋蓋，整體性較差。

③一層、二層抗震橫墻最大間距為10.8 m，滿足鑒定標準中11 m限值要求。

④房屋的高寬比滿足GB 50023-2009《建筑抗震鑒定標準》中2.0限值要求。

(3)整體性連接構造

①構造柱設置不足，不滿足鑒定標準的相關要求。

②屋蓋及每層樓蓋處均設有鋼筋混凝土圈梁，滿足鑒定標準的要求。

(4)易局部倒塌的部件及其連接

①承重外墻盡端距窗洞邊的最小距離為0.87 m，不滿足鑒定標準中最小1.5 m的要求。

②磚砌女兒墻高度1.2 m，而且與屋蓋結構拉結不可靠，應采取加強措施。

(5)樓梯間

樓梯間頂層橫墻和外墻未沿墻高每隔500 mm設2φ6拉結鋼筋，不滿足鑒定標準的要求。

(6)材料強度

實測上部結構梁、柱混凝土強度可評定為C20，各層燒結磚的強度均可評定為MU10，滿足鑒定標準的要求;實測一至三層的砂漿抗壓強度推定值分別為1.06 MPa、1.07 MPa和1.01 MPa，不滿足鑒定標準中不應小于M2.5的要求。

2.4 抗震承載力驗算

根據實測材料強度及實際荷載情況，經驗算，一、二層抗震承載力不滿足要求，2軸、4軸、9軸及11軸縱向抗震承載力嚴重不足;三層抗震承載力滿足要求，應進行抗震加固。

3 抗震加固設計

3.1 加固方案

(1)該工程存在的最大的問題是在4×D～G，9×D～G位置底層無墻體，墻體豎向不連續，類似于底框-抗震墻結構，在底層形成薄弱部位，為此在底層與二、三層相應的位置增設墻體，使墻體豎向連續，結構體系更加明確，底層墻體布置也更均勻。

(2)2軸、11軸外墻洞口尺寸較大，縱向抗震能力差，而且縱橫墻交接處也未設置構造柱，在墻體與大梁、橫墻交接處增設構造柱，提高縱向抗震能力。

(3)因墻體砂漿強度為M1.0，抗震承載力較低，而且不滿足鑒定標準的要求，對墻體采用鋼筋網砂漿面層進行加固。采用鋼筋網砂漿面層加固墻體后不僅可提高墻體的承載力，而且可在一定程度上改善墻體的脆性特性，提高抗震性能。另外加固時對于部分墻體存在的在溫度裂縫、抹灰層空臌、脫落的問題可一并解決。

(4)承重外墻盡端距窗洞邊的最小距離為0.87 m，但端部有構造柱加強，而且采用鋼筋網砂漿面層加固墻體后，通過鋼筋的拉結，可明顯提高其整體性，避免墻段在地震作用下倒塌。樓梯間頂層橫墻和外墻未沿墻高每隔500 mm設2φ6拉結鋼筋，通過鋼筋網砂漿面層加固墻體這一問題也得到解決。

(5)裝配式混凝土樓、屋蓋，整體性較差，大震時也容易塌落，應加強其整體性及支承長度。通過在預制樓板頂部設置混凝土后澆層、配置鋼筋網可較強地提高其整體性能，但施工時需人工剔除樓面面層，剔鑿工作量大而且容易破壞樓板。在預制板支承梁(墻)處增設支角鋼支承，可增加樓板支承長度，另外通過連接件對預制板與支承梁(墻)進行拉結，也可一定程度上提高樓蓋的整體性能，增設支角鋼支承施工簡便、工期短，可行性較好。

(6)磚砌女兒墻高度1.2 m，而且與屋蓋結構拉結不可靠，地震作用下易倒塌，考慮到原女兒墻砂漿強度也較低，可將原女兒墻拆除，重新砌筑。

3.2 加固設計

(1)底層增砌墻體部位，在原混凝土柱下獨立基礎之間重新設置了混凝土條形基礎，增設墻體、構造柱后的底層結構平面圖如圖2所示。后砌墻體采用MU10黃河淤泥燒結磚、M5水泥砂漿，與原混凝土柱之間通過拉結筋、混凝土連接件進行連接，見圖3。增設構造柱砌體采用外包混凝土組合柱的形式，采用C25細石混凝土，見圖4。