上海金山區中小學校舍抗震加固的結構設計應用

夏先清

摘要：一般建筑物的設計使用年限為50年，在接近或達到設計使用年限以前，必須采取有效的措施對已有建筑進行抗震加固，且加固以后的建筑要滿足現行國家和地方的有關設計規范和使用標準才可以繼續使用。 通過實際工程出發，對八十年代左右的一些中小學校舍進行抗震加固，依據現在最新的抗震鑒定報告，提出了有效、可行的抗震加固設計方法。

關鍵詞：中小學校舍；抗震鑒定報告；結構類型；抗震加固方法

中圖分類號：TU746 文獻標識碼：A 文章編號1672-3791（2016）01（b）-0000-00

目前金山區現有的、已建的比較老的中小學校舍大多數都建于八十年代左右，近三十幾年了，已接近設計使用年限。且隨著人口的增長，九年義務教育的普遍實行，受教育的人數也極速增長。在大力新建校區的同時，對原有中小學校舍的加固使用也刻不容緩。因新建校區的各項手續繁瑣，以及施工的實際工期都比較長；而對原有的中小學校舍進行抗震鑒定加固，不同的結構類型，各個建筑分段施工，工期短，可控性和操作性很強，利用每年的5-10月份，基本不影響學校的正常使用，且后續使用年限可增加30～40年。

1. 建筑抗震加固的結構設計理念

八十年代左右的中小學校舍大多是砌體結構為主，承重砌體和預制樓板，包括教學樓、宿舍樓和辦公樓等；而像食堂和階梯教室等多為框架結構，主框架承重和預制樓板，抗震性能的整體性差；有的還存在砌體和框架混合承重的結構體系，傳力比較模糊。在現階段的抗震中，這些結構都已經不能滿足現有的規范和設計要求。因此，依據現行最新的抗震鑒定報告，改變原有結構的承重體系和受力性能，對原有承重墻、柱和樓板進行抗震加固，加強原有結構的抗震性能，在預期的后續使用年限內能夠達到抗震設防的標準，滿足使用的安全性。

2.工程概況及基本設計參數

本工程為上海市民辦金盟中學校安工程（抗震加固）項目，位于上海市金山區。原建筑的設計時間為上世紀八十年代初，含中學部和小學部，包括教學樓、行政辦公樓、宿舍樓、舞蹈房、食堂和階梯教室等等，結構類型有砌體結構和框架結構，各樓之間設置的單跨連廊為框架結構。本文以小學部的南、北宿舍樓及連廊和大開間的單層舞蹈房的加固為例，根據抗震鑒定報告，詳細介紹抗震加固的結構設計方法和實際應用。

本工程建筑結構的安全等級為二級，結構抗震設防類別為重點設防類（乙類），抗震設防烈度為7度（0.1g），設計地震分組為第一組，建筑場地類別為IV類，地面粗糙度為B類，加固設計后續使用年限為30年（簡稱A類建筑）。

小學部的南北宿舍樓為砌體結構，中間連廊為單跨框架結構；單層舞蹈房為砌體結構。

3.抗震加固的結構設計方法

（1）由于都是老建筑，原有結構的類型、樓板的形式、墻體和砂漿的等級以及目前使用后的損壞情況等，能表面觀察的東西比較少，需要借助檢測工具和專門的鑒定機構對原有建筑做出技術鑒定，出具相關的抗震鑒定報告。依據報告的內容和實測的建筑的各項指標，才能針對性的建立模型和計算。因此，抗震鑒定報告是結構設計的重要前提和關鍵部分，缺一不可。

（2）原有建筑的建筑和結構設計圖紙也是加固設計的前提條件之一。原有建筑的功能布置和結構形式，是加固設計結構建模的基礎，墻體厚度和柱子大小、定位，窗洞和門洞以及層高等。抗震加固結構設計時，需要在PKPM里建立兩個計算模型：加固前的原模型和加固后的新模型。

（3）抗震加固計算的過程：第一步，按照抗震鑒定報告的數據以及現有的圖紙，建立加固前的原模型，包括原有梁柱的實際配筋量，而計算時則按照現行有關的設計標準和抗震要求計算。對于不滿足要求的梁柱和墻體，查看不滿足的指標，采取相應的加固措施。第二步，對不滿足要求的部位采取相應加固措施后，再行按照現行的標準計算。如果滿足要求，則加固可行；如果不能滿足要求，則需另行采取更好的加固方法，直到達到抗震加固的設計要求。

（4）砌體結構的墻體加固設計：本工程的小學部南北宿舍樓以及舞蹈房均為砌體結構，原有砌體和砂漿強度明顯低于原有設計標準，部分門洞、窗洞以及轉角處的砌體已經不滿足抗震的能力要求，需要加固。為了提高整體的抗震性能，對宿舍樓原有砌體采取單面或雙面鋼筋網砂漿面層加固；舞蹈房由于開間比較大，層高較高，經試算后采用雙面板墻加固承重砌體墻。

（5）砌體結構中無構造柱的加固設計：原有建筑在轉角、大開間處的縱橫墻處和門洞間的小墻垛處均未設構造柱。加固設計時，在墻垛薄弱處和建筑四周以及大開間處均增設砌體組合構造柱。在原有墻體上鉆孔開洞增設箍筋，并與35mm厚墻體的砂漿網面層或60mm厚板墻面層結合，形成具有整體抗震性的砌體承重墻。

（6）預制空心樓板的加固設計：本工程建于八十年代，所有的樓面板和屋面板均為預制空心板（除衛生間和部分不規則處的樓板外）。預制空心樓板單向擱置受力，抗震整體性差，地震時容易出現斷裂破碎，造成房屋整體垮塌。預制樓板的加固可采用樓板下整體支托斜撐和全部碳纖維加固的方法，增加整個樓板的整體抗震性，以滿足抗震要求。支托斜撐對于不吊頂的建筑存在視覺效果不好的局限，因此大多數情況下采用碳纖維加固樓板。

（7）混凝土梁和柱的加固設計：本工程因位于上海市金山區，以前的抗震設防烈度為6度。現規范已明確規定按7度抗震設防，因此原有的砼梁和柱的配筋大多無法滿足現行抗震的要求。對不滿足承載力要求的梁或柱，采用加大截面法、粘碳纖維和鋼板加固。因每種方法對承載力提高的程度都有不同，實際加固設計時要考慮的因素很多。具體到每一根梁、每一根柱都是不同的。對于混凝土柱的箍筋間距不滿足要求的，可采用螺桿箍進行斜截面加固。

（8）單跨的框架結構連廊加固：學校建筑屬于乙類，規范規定不應采用單跨框架結構。而中小學校舍中，樓與樓之間都有連廊，且均為單跨框架結構。加固設計時，可采取增加一跨框架柱的形式，形成兩跨框架或者增加剪力墻，改變結構類型，變成框剪結構。因兩種結構都會改變連廊的外立面，而增加一跨框架柱，可以不做樓板，僅為框架的構架，實際施工更為方便和可行，大多采用此方法。

（9）樓梯的加固設計：實際工程中，為增加樓梯的剛度和強度，可采用鋼絞線網片聚合物砂漿加固樓梯底板和底版粘鋼板加固。樓梯處的梯梁一般采用加大截面法加固。如果通過計算，樓梯能滿足現行的抗震設計要求，也可不加固。但樓梯四周的墻體需采用雙面鋼筋網砂漿面層加固，提高樓梯處整體剛度。

（10）對于某些框架結構的加固，采用以上的方法都不能完全達到現行規范的抗震要求，也可采用屈曲約束支撐加固。加固后的結構抗震性能大幅度提高，且有大量的抗震安全儲備。但因影響外立面的效果，實際加固設計時也要多方溝通，得到認可才能實施。另外，學校的老建筑使用近三十幾年，很多墻體和樓板都會有不同程度的裂縫產生。對于各種裂縫的修補方法最常見的是壓力注漿法，易施工，也能達到對裂縫的封閉或補強。

4.結語

對于中小學校舍的抗震加固工程，根據國家的標準圖集以及關于抗震加固的設計規范、規程和標準，實際中采用的加固方法可根據具體工程加以深化和改進，大同小異。每一個工程里都有自己的特點和具體要求，而中小學校舍的抗震加固，因受時間和空間的限制，如何在滿足抗震加固設計的前提下，尋求更好更方便更省力的加固方法，也是抗震加固中結構設計的難點。只有在實際的應用中多多積累經驗，才能不斷創新。

參考文獻：

[1] GB50023-2009，建筑抗震鑒定標準[S].

[2] JGJ116-2009，建筑抗震加固技術規程[S].

[3] GB50367-2013，混凝土結構加固設計規范[S].