某教學(xué)樓房屋結(jié)構(gòu)抗震鑒定與加固設(shè)計

摘要：本文主要針對教學(xué)樓房屋結(jié)構(gòu)抗震鑒定與加固設(shè)計展開了探討，通過結(jié)合具體的施工實例，對結(jié)構(gòu)抗震鑒定作了詳細的闡述，并系統(tǒng)分析了相關(guān)抗震加固的幾個方面，以期能為有關(guān)方面的需要提供有益的參考借鑒。

關(guān)鍵詞：教學(xué)樓結(jié)構(gòu)；抗震鑒定；加固設(shè)計

近年來，我國地震災(zāi)害出現(xiàn)的次數(shù)頻繁，對人們的生命和財產(chǎn)安全造成了嚴重的威脅，特別是對中小學(xué)建筑造成了大量破壞。而中小學(xué)的學(xué)生都是未成年人，他們在突發(fā)地震時自救能力差，因此，需要對中小學(xué)校的建筑進行全面排查、鑒定和加固，以保障其抗震性能，減少中小學(xué)學(xué)生的傷亡。

1 工程概況

某教學(xué)樓建于1991 年，自建成后荷載及使用功能均無較大改變，無結(jié)構(gòu)加層、改建及擴建現(xiàn)象。教學(xué)樓平面基本呈U 形，三條抗震縫將結(jié)構(gòu)分成四個獨立的單體。房屋總層數(shù)為5 層，室內(nèi)外高差為0.6m，一至四層層高3.5m，五層層高3.55m，女兒墻高0.85m，總高約19.0m。長約60.92m，寬約47.0m，其建筑面積約為3059m2，其平面如圖1.房屋結(jié)構(gòu)形式為砌體結(jié)構(gòu)，采用條形基礎(chǔ)，墻體采用普通燒結(jié)磚砌筑，承重墻厚度為240mm，樓板為預(yù)制多孔板厚120，設(shè)置有圈梁和構(gòu)造柱。抗震設(shè)防烈度為7 度，乙類設(shè)防。

圖1 教學(xué)樓建筑平面布置圖

2 現(xiàn)場檢測結(jié)果

2.1 地基與基礎(chǔ)

該教學(xué)樓基礎(chǔ)采用條形基礎(chǔ)，在對基礎(chǔ)的檢測中，未發(fā)現(xiàn)明顯的傾斜、變形、裂縫等缺陷，未出現(xiàn)腐蝕、粉化等不良現(xiàn)象。上部結(jié)構(gòu)未發(fā)現(xiàn)由于不均勻沉降造成結(jié)構(gòu)構(gòu)件的開裂和傾斜，建筑地基和基礎(chǔ)無靜載缺陷，地基主要受力層范圍內(nèi)部不存在軟弱土、液化土和嚴重不均勻土層，非抗震不利地段，地基基礎(chǔ)基本完好。

2.2 現(xiàn)狀調(diào)查

該建筑物現(xiàn)狀基本完好，支撐大梁的墻體無豎向裂縫，承重墻及交接處無明顯裂縫。墻體無嚴重酥堿和明顯歪閃，未發(fā)現(xiàn)返潮等不良現(xiàn)象。內(nèi)外裝飾面表觀平整、無裂縫，樓、屋蓋構(gòu)件無明顯變形和嚴重開裂，梁板未見露筋、保護層脫落、酥堿等現(xiàn)象。屋面防水層現(xiàn)狀基本完好，未發(fā)現(xiàn)漏水現(xiàn)象。

2.3 強度檢測

該教學(xué)樓砌體磚抗壓強度檢測結(jié)果為MU10，混合砂漿強度推定值為M1.0，混凝土抗壓強度推定值為14。4MPa。

3 結(jié)構(gòu)抗震鑒定

3.1 第一級鑒定

中小學(xué)建筑為重點設(shè)防類建筑（乙類設(shè)防），應(yīng)按比本地區(qū)設(shè)防烈度提高一度的要求核查其抗震措施。該教學(xué)樓后續(xù)使用年限不宜少于30年，應(yīng)采用《建筑抗震鑒定標準》（GB50023-2009）規(guī)定的A類建筑抗震鑒定方法。鑒定結(jié)論如下：

（1）房屋的總高度、層數(shù)和各層層高。該建筑地上三層，為8度地區(qū)橫墻很少的乙類建筑，其層數(shù)和總高均超過鑒定標準規(guī)定的三層和10m的限值。各層層高均為3.4m，符合抗震規(guī)范中砌體結(jié)構(gòu)3.6m層高的規(guī)定；

（2）抗震橫墻最大間距。該教學(xué)樓最大抗震橫墻間距為9m，符合鑒定標準規(guī)定的A類砌體結(jié)構(gòu)房屋現(xiàn)澆混凝土樓（屋）蓋的抗震橫墻最大間距是11m的要求；

（3）房屋的高寬比。鑒定標準要求的房屋高寬比限值是2.0，該教學(xué)樓的高寬比為0.7，滿足要求；

（4）房屋承重窗間墻和外墻近端至門窗洞間的距離。該校舍距離為2.1m和1.3m分別大于規(guī)范限值1.5m和1.0m，滿足要求；

（5）承重墻體的磚和砂漿的強度等級。承重墻磚的強度等級為MU10>MU7.5（規(guī)范值），滿足要求；混合砂漿的強度等級為M1.0，規(guī)范規(guī)定8，9度時砂漿強度不小于M1.0滿足要求；

（6）混凝土構(gòu)件的強度。該建筑結(jié)構(gòu)部分混凝土構(gòu)件抗壓強度推定值為14。4MPa<15MPa，不滿足要求；

（7）縱橫墻的平面布置。基本均勻?qū)ΨQ、上下連續(xù)，滿足要求；

（8）樓梯間位置。設(shè)在房屋的盡端或轉(zhuǎn)角，不滿足要求；

（9）構(gòu)造柱，鋼筋混凝土圈梁的布置和配筋，樓（屋）蓋與墻體的連接均滿足要求；

（10）抗震橫墻間距和寬度的驗算。根據(jù)《建筑抗震鑒定標準》（GB50023-2009），樓層總層數(shù)為3層，砂漿強度等級為M1.0，則承重橫墻間距限值：3層L=4.7m；1，2層L=3.3m；校舍寬度限值：3層B=6.7m；1，2層B=4.9m。本校舍的平均橫墻間距5。7m，校舍實際教學(xué)樓寬度14.64m，均不滿足要求。

綜上所述，該教學(xué)樓在第一級抗震鑒定時有以上幾項不符合鑒定標準和抗震規(guī)范的要求，依據(jù)鑒定標準規(guī)定，需要進行第二級抗震鑒定來進一步判斷其是否滿足抗震鑒定要求。

3.2 第二級鑒定

（1）樓層平均抗震能力指數(shù)

橫墻間距和房屋寬度均超過或其中一項超過第一級鑒定限值的房屋，可采用樓層平均抗震能力指數(shù)方法進行第二級鑒定。樓層平均抗震能力指數(shù)公式如下：

βi=Ai/Abiζoiλ （1）

式中，βi為第樓層縱向或橫向墻體平均抗震能力指數(shù)；Ai為第i樓層縱向或橫向抗震墻在層高1/2處凈截面積的總面積，不包括高寬比大于4的墻段截面面積；Abi為第樓層建筑平面面積；ζoi為第樓i層縱向或橫向抗震墻的基準面積率，按《建筑抗震鑒定標準》（GB50023-2009）附錄B采用；λ為烈度影響系數(shù)；

對該建筑結(jié)構(gòu)進行計算可得，Abi均為587.8m2；ζoi承重橫墻1～2層為0.0388，3層為0.0268；承重縱墻1～2層為0.0325，3層為0.0237。該建筑抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計基本地震加速度0.20g，λ取1.5。縱橫墻各層截面積相同，只需計算1層，經(jīng)計算，縱橫墻首層的截面面積分別為23.18m2，22.778m2。

運用式（1）計算出樓層平均抗震能力指數(shù)如表1，2所示。

表1 縱向墻體樓層平均抗震能力指數(shù)

表2 橫向墻體樓層平均抗震能力指數(shù)

（2）樓層綜合抗震能力指數(shù)

現(xiàn)有結(jié)構(gòu)體系、樓（屋）蓋整體性連接、圈梁布置和構(gòu)造及易引起局部倒塌不符合第一級鑒定的要求，可采用樓層綜合抗震能力指數(shù)方法進行第二級鑒定。樓層綜合抗震能力指數(shù)應(yīng)按下式計算：

βci=φ1φ2βi （2）

式中，βci為第樓層的縱向或橫向墻體綜合抗震能力指數(shù)；φ1為體系影響系數(shù)，按照《建筑抗震鑒定標準》（GB50023-2009）有關(guān)規(guī)定取值；φ2為局部影響系數(shù)，按照《建筑抗震鑒定標準》（GB50023-2009）有關(guān)規(guī)定取值；運用公式（2）計算出樓層平均抗震能力指數(shù)如表3，4所示。

表3 縱向墻體樓層綜合抗震能力指數(shù)

表4 橫向墻體樓層綜合抗震能力指數(shù)

（3）墻段綜合抗震能力指數(shù)

實際橫墻間距超過剛性體系規(guī)定的最大值，有明顯扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，易引起局部倒塌，不符合第一級鑒定要求，當(dāng)最弱的樓層綜合抗震能力指數(shù)小于1.0時，可采用墻段綜合抗震能力指數(shù)方法進行第二級鑒定。墻段綜合抗震能力指數(shù)應(yīng)按下式計算：

βcij=φ1φ2βij （3）

式中，βij=2Aij×Abi×βi/Ai×（（Aij×Abi/Ai）+Abij，o）；

令D=2Aij×Abi/Ai×（（Aij×Abi/Ai）+Abij，o），

運用式（3）計算出墻段綜合抗震能力指數(shù)如表5所示：

綜上所述，通過對結(jié)構(gòu)進行樓層平均抗震能力指數(shù)、樓層綜合抗震能力指數(shù)和墻段綜合抗震能力指數(shù)的計算，分析結(jié)果數(shù)據(jù)得出該中小學(xué)建筑第二級鑒定不滿足要求，需對原建筑結(jié)構(gòu)進行加固。

4 抗震加固分析

4.1 加固設(shè)計

現(xiàn)有的校舍經(jīng)過第一級和第二級鑒定不滿足要求且無法拆除或改變使用功能，需繼續(xù)使用，經(jīng)設(shè)計計算，為了保證原有樓層墻體加固后剛度不致發(fā)生突變，同時要求加固后結(jié)構(gòu)造型美觀，可采用雙面鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層或雙面鋼筋混凝土板墻對所有縱橫墻進行了全面加固，提高結(jié)構(gòu)的整體性和抗震能力，延長結(jié)構(gòu)的使用壽命。

表5 加固前各層墻段綜合抗震能力指數(shù)

鋼筋網(wǎng)水泥砂漿加固法，面層的材料和構(gòu)造如下：

（1）砂漿強度等級采用M10，面層的厚度為40mm；

（2）雙面加固層的鋼筋網(wǎng)為Φ6@300，雙向；

（3）采用Φ6@900的S形穿墻錨筋，呈梅花狀分布；

（4）鋼筋網(wǎng)的橫向鋼筋遇有門窗洞口時，將兩側(cè)的橫向鋼筋在洞口閉合；

（5）鋼筋網(wǎng)四周與大梁、樓板、墻或柱可靠連接，采用錨筋、插入短筋或拉結(jié)筋等方式連接；

（6）豎向鋼筋連續(xù)貫通穿過樓板，在樓板處采用集中配筋方式穿過。

鋼筋混凝土板墻加固法，面層材料和構(gòu)造如下：

（1）板墻混凝土強度等級為C20，鋼筋采用HPB300和HRB335級熱軋鋼筋；

（2）板墻單面厚度為50mm；

（3）板墻內(nèi)配置單片鋼筋網(wǎng)片，橫向鋼筋采用8，豎向鋼筋采用12，間距均為200mm；

（4）板墻底部應(yīng)有基礎(chǔ)，且應(yīng)與原基礎(chǔ)可靠連接；

（5）板墻與原有墻體的連接，沿墻體高度每隔0.7～1.0m在兩端各設(shè)1根12mm的拉結(jié)筋，其一端錨入板墻內(nèi)的長度不宜小于500mm，另一端應(yīng)錨固在端部原有墻體內(nèi)；

（6）雙面板墻宜采用Φ8，間距為900mm的S形穿墻拉結(jié)筋與原墻體連接，錨筋在砌體內(nèi)的錨固深度不小于120mm，錨筋的間距為600mm，穿墻筋的間距為900mm，并呈梅花狀布置；

（7）板墻上下應(yīng)與樓、屋蓋可靠連接，至少應(yīng)每隔1m設(shè)置穿過樓板且與豎向鋼筋等面積的短筋，短筋兩端應(yīng)分別錨入上下層的板墻內(nèi)，其錨固長度不應(yīng)小于短筋直徑的40倍。

4.2 抗震驗算

加固后結(jié)構(gòu)的墻段或樓層的綜合抗震能力指數(shù)

應(yīng)按下式計算：

βs=ηφ1φ2β0 （4）

式中，β0為墻段或樓層原有的抗震能力指數(shù)；βs為加固后墻段或樓層的綜合抗震能力指數(shù)；η為加固增強系數(shù)；Φ1，φ2意義同（2）式。

面層加固法加固后墻段的增強系數(shù)可按式（5，6）計算，計算結(jié)果見表6。

（5）

ηpij=240[η0+0.075（two/240-1）/fVE]/two （6）

式中，ηpi為面層加固后第樓層抗震能力的增強系數(shù)；ηpij為第i樓層第j墻段面層加固的增強系數(shù)；Aio為第i樓層中驗算方向原抗震墻在層高處凈截面的面積；Aijo為第i樓層中驗算方面面層加固后的抗震墻，第j墻段在層高處凈截面的面積；n為第i樓層中驗算方面面層加固抗震墻的道數(shù)；η0為基準增強系數(shù)；two為原墻體厚度；fVE原墻體的抗震抗剪強度設(shè)計值；

表6 板墻加固強度的增強系數(shù)

運用結(jié)構(gòu)分析軟件PKPM鑒定加固（JDJG）模塊進行抗震計算，計算結(jié)果見表7。

表7 樓層綜合抗震能力指數(shù)對比

由表7分析可知：

（1）砌體結(jié)構(gòu)加固前各樓層縱橫向綜合抗震能力指數(shù)均小于1.0，采用雙面鋼筋網(wǎng)水泥砂漿或鋼筋混凝土板墻加固后，綜合抗震能力指數(shù)大于1.0，結(jié)構(gòu)的整體抗震性能大幅度提高；

（2）采用鋼筋混凝土板墻加固的校舍，其抗震能力提高的幅度大于采用鋼筋水泥砂漿加固的校舍；

（3）層數(shù)越高，提高的幅度越大，三層采用雙面板墻加固后抗震能力指數(shù)提高了近4倍。

5 結(jié)論

綜上所述，由于近年來地震災(zāi)害頻發(fā)，建筑抗震設(shè)防問題再次尖銳的擺在眾人面前。為避免中小學(xué)校舍在地震中發(fā)生整體垮塌，危及師生人身安全，需要加強中小學(xué)教學(xué)樓的抗震性能，因此，有關(guān)部門要對此類建筑做好相關(guān)的抗震鑒定工作，并進行加固抗震的施工，以保障建筑的抗震性能，減少中小學(xué)學(xué)生的傷亡。

參考文獻：

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