某多層砌體結構教學樓的抗震鑒定及加固設計

孟亮河南省建筑科學研究院有限公司（450000）

某多層砌體結構教學樓的抗震鑒定及加固設計

孟亮
河南省建筑科學研究院有限公司（450000）

通過實例，對某教學樓進行抗震鑒定分析，提出了抗震加固設計方案，同時給出了多層砌體結構抗震加固設計建議。

多層砌體結構；抗震鑒定；抗震加固設計

我國是地震高發國家，地震造成的人員傷亡居世界首位。同時，我國地震區也分布較廣。2008年5月12日四川省汶川發生了里氏8.0級的強烈地震，造成了大量房屋倒塌。特別是校舍建筑的毀壞最為嚴重。

作為人員較為密集的公共建筑，校舍建筑一般均采用大開間，外挑走廊，為了滿足教室采光，要求填充墻體開大窗洞。以上造成此類結構體系整體性較其他相同結構差。

為了最大限度保護師生的生命安全，建設部對抗震相關的一系列規范進行了及時修訂：幼兒園、中小學的教學用房、宿舍以及食堂抗震設防類別不應低于重點設防類，即不低于乙類。同時對若干結構抗震的構造措施加以修訂，提高了結構抗震能力的要求。

1　房屋結構概況及抗震鑒定分析

本次抗震鑒定及加固設計主要依據是《建筑抗震鑒定標準》（GB 50023-2009）以及《建筑抗震加固技術規程》（JGJ 116-2009）。

1.1建筑結構概況

本工程位于河南省鄭州市城南路，始建于1991年。建設單位為鄭州市第四十五中學，設計單位為鄭州市教委建筑設計室，施工單位、監理單位不詳。

該建筑為磚混結構，共4層，建筑面積約1 800 m2。

材料強度：依據原設計圖紙，墻厚均為240 mm，1層至2層采用75號磚、50號水泥混合砂漿砌筑，3層至4層采用75號磚、25號混合砂漿砌筑。

活荷載：教室以及辦公室取2.0 kN/m2，衛生間取2.0 kN/m2，走廊、樓梯間過道取3.5 kN/m2，非上人屋面取0.5 kN/m2。

恒荷載：預制樓面取4.5 kN/m2，預制屋面取5.5 kN/m2。

墻體荷載：原有240 mm厚黏土磚墻體，考慮雙面20 mm厚抹灰的重量，荷載取值為5.4 kN/m2。

1.2抗震鑒定結果

該房屋建造于1991年4月，根據《建筑抗震鑒定標準》（GB 50023-2009）的相關規定，按B類建筑（后續使用年限為40年）進行鑒定；該房屋為教學實驗樓，屬乙類建筑，按8度核查其抗震措施，按照7度（0.15 g）進行抗震性能驗算。

以下幾項構造不滿足要求：

1）此教學樓的橫墻間距最大為13.2 m，橫向抗震墻較少，根據 《建筑抗震鑒定標準》GB 50023-2009第5.3.1條的規定該房屋總高限值為15 m，層數限值為四層。

2）根據《建筑抗震鑒定標準》GB 50023-2009規定，房屋的高寬比不宜大于2.0，該房屋高寬比為2.2。

3）根據《建筑抗震鑒定標準》GB 50023-2009第5.3.3條第五款的規定，房屋盡端和轉角處不宜有樓梯間，該房屋盡端和轉角處設有樓梯間。

4）樓（屋）蓋為預制板，不滿足《建筑抗震鑒定標準》規定的“宜采用現澆或裝配整體式樓、屋蓋”。

5）絕大多數應該設置構造柱的部位未設置構造柱，所有構造柱的拉結鋼筋以及馬牙槎的設置不滿足要求。

6）房屋的易倒塌部位，如承重外墻盡端至門窗洞邊的距離、非承重外墻盡端至門窗洞邊的距離、內墻陽角至門窗洞邊的距離不滿足《建筑抗震鑒定標準》規定的最小值。

1.3抗震承載力驗算結果

根據中國建筑科學研究院開發的PKPM系列軟件JDJG模塊以及現場檢測數據，對房屋結構建模計算分析，驗算結構在地震力作用下的承載能力，建模時，適當考慮了原結構中施工缺陷、鋼筋銹蝕等不利因素的影響，結果如下：

1）地基及基礎：上部結構整體變形不大，無明顯沉降開裂，可評定地基基礎無明顯靜載缺陷。

2）上部承重構件：教學樓1～4層部分承重墻抗震承載力不足，同時1～4層部分墻體受壓承載力不足。樓層綜合抗震能力見表1。

表1　樓層縱、橫向墻體綜合抗震能力指數計算結果

2　加固設計方案

根據校舍砌體結構震害分析以及對本教學樓的抗震鑒定結論，提出以下加固設計方案。

1）設置鋼絲網水泥砂漿面層。由于原有部分縱、橫墻抗震承載能力不滿足要求，所以對不滿足要求的墻體增加鋼絲網水泥砂漿面層。設置鋼絲網水泥砂漿面層時，應充分考慮建筑外立面，如計算要求外立面必須設置面層，宜全高布置。

2）設置鋼筋混凝土板墻。按《建筑抗震加固技術規程》（JGJ 116-2009）5.1.3第一條，對原結構應該采取高于一般房屋的承載力且加強墻體約束的有效措施。本工程所采用的做法是采用雙面鋼筋混凝土板墻作為結構抗震墻以增加結構抗震能力。鋼筋混凝土板墻設置在房屋外墻四角、大房間內外墻交接處、隔開間橫墻與外墻交接處、樓梯間四角等位置。同時也對房屋易倒塌部位進行了加強。

3）設置構造柱。根據鑒定結果，本項目構造柱的設置的數量以及構造均不滿足要求。根據《建筑抗震加固技術規程》5.2.2條，當墻體采用鋼筋混凝土板墻加固時，如在墻體交接處增設相互可靠拉結的配筋加強帶時，可代替構造柱的作用。

4）設置外廊懸挑梁端部增設鋼筋混凝土柱。本教學樓結構是外廊式，外走廊下懸挑大梁外挑1.8 m。此類單跨建筑橫向偏心受力，外廊側傾覆力矩較大，縱向質心、剛心偏離，地震時扭轉較為嚴重。在汶川地震中，不少類似建筑挑梁下部窗間墻受損嚴重，部分外廊受豎向地震力作用直接掉落，同時帶動和其相連接部位，致使教學樓逃生通道喪失。

在懸挑梁外側加設縱向一排通長的鋼筋混凝土柱，并在縱向柱頂設置一排拉梁，使結構橫向大梁從單跨變成兩跨，鋼筋混凝土柱增加了結構縱向的剛度，將外廊這一安全通道的可靠性大幅提高，教學樓結構的高寬比也得以相應降低。為了保證新增柱子不會因為自身沉降導致對原有結構產生不利影響，柱基礎采用縱橫向條形基礎，和原有結構墻下條形基礎連成一體。新增混凝土柱與原有懸挑梁及走廊板應可靠連接。

5）設置混凝土疊合層和圈梁。本教學樓以及相當多的砌體結構校舍，樓（屋）蓋采用預制板，在施工階段預制板的優勢非常明顯，但抗震能力卻相對較弱。預制板和砌體縱、橫墻，大梁連接節點往往整體性較差，地震時候常常因為在墻體的擱置長度不夠而將預制板震落。預制板的剛度無法達到現澆樓板的剛度，地震時水平力無法較為均勻地分配到墻體，造成墻體變形。為了增加樓板和墻體的整體性，本項目屋面和部分樓面設計采用45 mm厚配筋細石混凝土整澆層加固，利用整澆層的穿墻鋼筋增加對內、外墻的拉結，增加了樓（屋）蓋的整體性和平面內剛度，樓（屋）面板的豎向承載能力也得到了大幅提高。

在沒有設置整澆層的樓蓋，在預制板板底和梁、墻交接位置設置通長封閉的角鋼支托，角鋼支托通過螺栓和縱橫墻錨固。支托的作用相當于圈梁將樓面板和墻體拉結起來，增加了結構的整體性。同時支托給預制板提供了附加的擱置長度，降低了其震落的可能性。

6）對樓梯間、出屋面小房的加固。出屋面小房等房屋局部突出物，剛度遠小于下部主結構，在地震的過程中會產生“鞭梢效應”。此部分結構加固經常被設計人員所忽視，留下安全隱患。本設計對出屋面小房內側四周加設鋼絲網水泥砂漿面層進行整體加固，以提高其抗側力剛度，防止其脫落傷人。

3　結論

汶川地震造成了巨大的損失，房屋的震害也給工程設計人員敲響了警鐘。正確認識震害發生的機理，通過合理的方法評估鑒定抗震較為不利的多層砌體結構，并采取經濟有效的方法對抗震不利結構進行加固。