某中學(xué)教學(xué)樓結(jié)構(gòu)改造及抗震加固方案分析

尚于勇

(山西鋼鐵建設(shè)(集團(tuán))有限公司，山西太原 030003)

1 工程概況

某中學(xué)教學(xué)樓建于1995年，為4層磚混結(jié)構(gòu)，建筑平面呈L形，建筑軸線尺寸長(zhǎng)48.5 m，較窄處寬為7.2 m，較寬處寬為17.0 m，總建筑面積為2 275.60 m2，各層層高均為3.6 m，室內(nèi)外高差0.45 m，建筑高度為15.6 m，結(jié)構(gòu)總高度為14.85 m。該樓結(jié)構(gòu)形式部分為外廊式，部分為內(nèi)廊式，橫墻承重，樓屋蓋采用預(yù)制板，部分為現(xiàn)澆混凝土板，基礎(chǔ)為鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)，筏板厚度為350 mm，墻下基礎(chǔ)梁截面為500 mm×500 mm，基礎(chǔ)以下干插兩層片石，黑砂灌縫，高度為500 mm。該工程所用工程材料為:±0.00以下磚石砌體均采用50號(hào)砂漿砌筑，磚標(biāo)號(hào)為100號(hào);1層、2層磚砌體均采用50號(hào)混合砂漿砌筑100號(hào)磚;3層、4層磚砌體均采用50號(hào)混合砂漿砌筑75號(hào)磚;所有磚均為機(jī)制磚。鋼筋混凝土構(gòu)件除注明外均為200號(hào)混凝土澆筑。

結(jié)構(gòu)基本信息:建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，基本風(fēng)壓0.40 kPa。基本雪壓0.35 kPa。設(shè)計(jì)使用年限50年。抗震設(shè)防信息:設(shè)防分類為乙類。清徐地區(qū)抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.2g。場(chǎng)地類別為Ⅲ類。

2 結(jié)構(gòu)改造方案及抗震驗(yàn)算

現(xiàn)業(yè)主單位擬將該教學(xué)樓改造為學(xué)生宿舍樓，擬在原結(jié)構(gòu)內(nèi)增加磚橫墻，將原有大開(kāi)間改為小開(kāi)間，建筑功能由原教室改為宿舍，見(jiàn)圖1，圖2。

圖1 原教學(xué)樓平面布置示意圖

圖2 擬改造后學(xué)生宿舍樓平面布置示意圖（圖中黑色墻體為新增墻體）

以下根據(jù)原設(shè)計(jì)圖紙，對(duì)改造后結(jié)構(gòu)進(jìn)行了抗震計(jì)算。對(duì)增加橫墻后的結(jié)構(gòu)采用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件PKPM進(jìn)行建模計(jì)算。上部結(jié)構(gòu)各層建筑材料強(qiáng)度均按原設(shè)計(jì)取值。結(jié)構(gòu)樓、屋面恒荷載取值依據(jù)建筑做法計(jì)算得到;樓、屋面活荷載取值依據(jù)現(xiàn)行GB 50009-2001建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(2006版)取值;地震作用依據(jù)現(xiàn)行結(jié)構(gòu)GB 50011-2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范取值;結(jié)構(gòu)計(jì)算依據(jù)GB 50003-2010砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范。新增墻體材料取值同原設(shè)計(jì)。

對(duì)增加橫墻后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)構(gòu)各層墻體抗震承載力驗(yàn)算表明1層～3層的內(nèi)外縱向墻體墻肢抗震承載力不滿足承載要求，4層內(nèi)外縱墻體抗震承載力可滿足承載要求。各層橫墻抗震承載力滿足要求。

3 新增墻體改宿舍樓后結(jié)構(gòu)的抗震措施鑒定

依據(jù)原設(shè)計(jì)圖紙，對(duì)教學(xué)樓改宿舍樓后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震鑒定。抗震鑒定依據(jù)GB 50223-2008建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)及GB 50023-2009建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)條文規(guī)定進(jìn)行。

由于建筑物在改造后仍屬于學(xué)校建筑，則該樓改造為學(xué)生宿舍后的建筑抗震設(shè)防類別仍應(yīng)為重點(diǎn)設(shè)防類(乙類)。該樓建設(shè)年代為1995年，后續(xù)使用年限宜定為40年(B類建筑)。依據(jù)GB 50023-2009建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)第1.0.5條，對(duì)后續(xù)使用年限40年的建筑(B類建筑)，應(yīng)采用GB 50023-2009建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)各章規(guī)定的B類建筑抗震鑒定方法進(jìn)行鑒定。又由GB 50023-2009建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)第1.0.3條規(guī)定，對(duì)作為乙類設(shè)防建筑的該結(jié)構(gòu)應(yīng)按比本地區(qū)設(shè)防烈度(8度)提高1度(9度)的要求核查其抗震措施，抗震驗(yàn)算按不低于本地區(qū)設(shè)防烈度的要求采用。

1)層數(shù)、結(jié)構(gòu)高度及層高。改造后宿舍樓為4層磚混結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)高度為14.85 m，各層層高均為3.6 m。依據(jù)GB 50023-2009建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)第5.3.1條、5.3.2條規(guī)定，結(jié)構(gòu)層數(shù)限值為4層，結(jié)構(gòu)高度限值為12 m，層高限值為3.6 m，因此，結(jié)構(gòu)層數(shù)(4層)及層高(3.6 m)均可滿足規(guī)范要求，滿足抗震鑒定要求，但結(jié)構(gòu)高度(14.85 m)超過(guò)12 m的限值，不滿足鑒定要求。

2)抗震橫墻間距。改造后宿舍樓結(jié)構(gòu)抗震橫墻最大間距為3.0 m＜7.0 m，按9度核查抗震措施，抗震橫墻間距為7 m，因此，滿足GB 50023-2009建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)第5.3.3條第1款的要求，滿足抗震鑒定要求。

4)房屋建筑布置及結(jié)構(gòu)體系。改造后宿舍樓結(jié)構(gòu)縱橫墻的布置均勻?qū)ΨQ，沿平面內(nèi)對(duì)齊，沿豎向上下連續(xù)，樓板無(wú)錯(cuò)層，同一軸線窗間墻寬度一致，立面不存在高差，各部分剛度、質(zhì)量基本均勻，但在房屋L形轉(zhuǎn)角處設(shè)置樓梯間，不符合規(guī)范要求。改造后結(jié)構(gòu)不存在獨(dú)立磚柱支承情況。本結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)為同一類型鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)。因此，房屋建筑布置及結(jié)構(gòu)體系基本滿足GB 50023-2009建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)第5.3.3條第3款～第8款的要求。基本滿足鑒定要求。

5)材料實(shí)際強(qiáng)度。根據(jù)原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙，該結(jié)構(gòu)砌筑砂漿強(qiáng)度(M5)、磚強(qiáng)度(MU7.5)、混凝土為200號(hào)(C18)均可滿足 GB 50023-2009建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)第5.3.4條關(guān)于建筑材料的要求(磚墻體砌筑砂漿強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于M2.5，磚不應(yīng)低于MU7.5，混凝土構(gòu)件混凝土強(qiáng)度不低于C15)。

6)整體性連接構(gòu)造、圈梁及構(gòu)造柱設(shè)置情況鑒定。依據(jù)GB 50023-2009建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)第 5.3.5～5.3.7 砌體房屋的整體性連接鑒定要求，對(duì)改造后宿舍樓結(jié)構(gòu)整體性連接構(gòu)造、圈梁及構(gòu)造柱設(shè)置情況進(jìn)行鑒定。

a.改造后宿舍樓結(jié)構(gòu)墻體在平面內(nèi)閉合，原有縱橫墻交接處咬槎砌筑，新增橫墻與原有縱墻按抗震措施要求加強(qiáng)連接，結(jié)構(gòu)中無(wú)煙道、風(fēng)道、垃圾道等削弱墻體的情況。

b.鋼筋混凝土構(gòu)造柱的布置情況。該建筑原有結(jié)構(gòu)在外縱墻與橫墻所有交接處，結(jié)構(gòu)外圍四角、樓梯間四角、門(mén)廳四角設(shè)置有鋼筋混凝土構(gòu)造柱;混凝土大梁與縱墻交接處大部分均設(shè)置鋼筋混凝土構(gòu)造柱，混凝土大梁梁端缺少構(gòu)造柱的4個(gè)位置分別為?/③軸，?/④軸，?/③軸，?/④軸。鋼筋混凝土構(gòu)造柱截面及配筋為:240 mm×240 mm，配筋4φ12，φ6@100/200。構(gòu)造柱根部伸入基礎(chǔ)圈梁內(nèi)，頂部伸入屋頂圈梁。基本滿足鑒定要求。

關(guān)于構(gòu)造柱布置，可以對(duì)缺少構(gòu)造柱的位置，在新增磚橫墻時(shí)補(bǔ)充布置，改造后宿舍結(jié)構(gòu)可滿足構(gòu)造柱布置要求。

c.該建筑原結(jié)構(gòu)在每層層高處設(shè)置圈梁，圈梁布置于每道墻體上。滿足布置要求，圈梁配筋也滿足鑒定規(guī)范要求。關(guān)于圈梁布置，可以在新增磚橫墻時(shí)補(bǔ)充布置，改造后宿舍結(jié)構(gòu)可滿足圈梁布置要求。

7)墻體拉結(jié)連接。可以在新增磚橫墻時(shí)，將新增橫墻與原縱墻進(jìn)行可靠拉結(jié)。滿足鑒定要求。

8)房屋局部尺寸。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查實(shí)測(cè)可知，該樓承重外墻盡端至門(mén)窗洞口的最小距離為1.0 m，雖設(shè)置有鋼筋混凝土構(gòu)造柱，但仍小于9度抗震措施要求的1.5 m的80%，即1.2 m，故不滿足抗震措施要求，應(yīng)進(jìn)行抗震加固。

內(nèi)墻陽(yáng)角至洞口處的最小距離為0.48 m，雖設(shè)置鋼筋混凝土構(gòu)造柱;但遠(yuǎn)小于9度抗震措施要求的2.0 m，故不滿足抗震措施要求，應(yīng)進(jìn)行抗震加固。

外縱墻承重窗間墻最小寬度為1.12 m，雖設(shè)置有鋼筋混凝土構(gòu)造柱，但仍小于9度抗震措施要求的1.5 m的80%，即1.2 m，故不滿足抗震措施要求，應(yīng)進(jìn)行抗震加固。

9)樓梯間抗震措施。目前樓梯間無(wú)法做到頂層樓梯間墻體沿墻高每隔500 mm設(shè)置鋼筋拉結(jié)網(wǎng)片，按9度要求還應(yīng)在樓梯休息平臺(tái)或樓層半高處設(shè)置60 mm厚鋼筋混凝土帶或配筋磚帶等要求，抗震措施無(wú)法滿足GB 50023-2009建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)第5.3.11的要求，故不滿足抗震鑒定要求，必須采取抗震加固措施。

4 結(jié)構(gòu)改造及抗震加固方案制定

4.1 結(jié)構(gòu)改造后帶來(lái)的抗震問(wèn)題

根據(jù)前述對(duì)增加橫墻進(jìn)行改造后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震驗(yàn)算和抗震措施鑒定結(jié)果，需要解決的主要抗震安全問(wèn)題如下:

1)對(duì)增加橫墻后的結(jié)構(gòu)，1層～3層的內(nèi)外縱向墻體墻肢抗震承載力不滿足承載要求，需進(jìn)行抗震加固。

2)改造后的結(jié)構(gòu)層數(shù)滿足要求，但結(jié)構(gòu)高度超過(guò)規(guī)范要求，需采取改變結(jié)構(gòu)體系的措施進(jìn)行抗震加固。

3)房屋局部尺寸不滿足規(guī)范要求，主要是內(nèi)外縱墻門(mén)窗洞口尺寸不滿足抗震措施要求，應(yīng)進(jìn)行抗震加固。

4)樓梯間抗震措施不滿足要求，應(yīng)進(jìn)行抗震加固。

5)結(jié)構(gòu)整體性連接措施局部不滿足抗震要求，應(yīng)進(jìn)行加固。

4.2 結(jié)構(gòu)改造及抗震加固

1)在擬增加橫墻的位置增加橫墻，并將所有墻體交接處均補(bǔ)充設(shè)置鋼筋混凝土構(gòu)造柱，新增墻體下部設(shè)置基礎(chǔ)梁，基礎(chǔ)梁做法同原設(shè)計(jì);同時(shí)做好新增橫墻與原有縱墻的連接措施。加固方案見(jiàn)圖3。2)對(duì)1層～3層內(nèi)、外縱墻及外橫墻增設(shè)70 mm厚鋼筋混凝土板墻，鋼筋混凝土板墻設(shè)置專門(mén)基礎(chǔ)，同原有鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)連接。加固方案見(jiàn)圖3。3)為提高樓梯間墻體抗震性能，專門(mén)對(duì)樓梯間四周墻體增設(shè)70 mm厚鋼筋混凝土板墻，鋼筋混凝土板墻設(shè)置專門(mén)基礎(chǔ)，同原有鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)連接。加固方案見(jiàn)圖3。經(jīng)對(duì)改造后結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)構(gòu)各層墻體抗震承載力驗(yàn)算結(jié)果可滿足抗震安全要求。

圖3 結(jié)構(gòu)改造及抗震加固平面示意圖

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)該教學(xué)樓結(jié)構(gòu)改造及抗震加固方案的分析，為業(yè)主決策提供了科學(xué)依據(jù)，并在后續(xù)的改造加固設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)加固施工中收到了良好的效果。

［1］GB 50223-2008，建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)［S］.

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

［3］GB 50011-2010，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［4］GB 50007-2002，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［5］GB 50009-2011，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范［S］.