以永州為例淺析中小學砌體教學樓加固施工技術

孫明+賀治宇+李歡

摘要：根據砌體結構房屋在抗震上存在問題，結合新版中國地震動參數區劃圖的抗震設防要求，以湖南省永州市的中小學砌體教學樓為研究對象，分析現有砌體結構加固技術存在的優勢和弊端，提出使用價格低廉，抗震加固效果好，施工簡便易于實施的托換技術加固砌體教學樓，盡可能減少了加固施工對原有建筑使用空間與功能的影響，為類似抗震加固工程提供參考。

Abstract： According to the earthquake-resistant problems of masonry structure， combining the requirements for seismic resistance in new seismic ground motion parameter zonation map of China， taking masonry teaching building in primary and secondary schools at Yongzhou city in Hunan province as an example， analyze the pros and cons of exist strengthening technology， using low cost， earthquake-resistant well， simple and convenient underpinning construct technique to strengthening masonry teaching building， reduce the influence of space and function for old building in strengthening construction， offer a reference of similar earthquake-resistant strengthening construction project.

關鍵詞：教學樓；加固；托換技術

Key words： teaching building；strengthening；underpinning technique

中圖分類號：TU398+.5 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）34-0104-02

0 引言

在我國，砌體結構因其材料易于就地取材、施工工藝簡單方使、造價低廉等優點，在建國后被大量使用在住宅、學校和辦公用房中。但是砌體結構的傳力路徑單一、容易發生脆性剪切破壞，與依托鋼筋混凝土承重的框架結構、框架剪力墻等結構形式相比，抗震儲備水平低，承重墻在地震作用下形成貫通裂縫，大幅降低承載能力、整體性、安全性和可修復性[1]，甚至徹底破壞、倒塌。

1976年的唐山大地震中有90%的砌體結構房屋倒塌[2]；2008年汶川地震中超過70%的砌體結構房屋倒塌，靠近震中的北川、映秀等區域砌體房屋倒塌率接近90%[3]；2010年玉樹地震導致玉樹縣的所有學校中70%的校舍發生倒塌，砌體平房損毀倒塌率超過90%[4]。

有鑒于現行規范在抗震設防要求中存在不足之處，2015年5月15日，國家質量監督檢驗檢疫總局、國家標準化管理委員會發布2015年第15號中國國家標準公告，發布強制性國家標準《中國地震動參數區劃圖》（GB18306-2015），于2016年6月1日起正式實施。新的《中國地震動參數區劃圖》已是我國第五代地震動參數（烈度）區劃圖，相較于之前四代區劃圖的最大變化就是取消了不設防地區。僅湖南一省行政轄區內，過去不需要考慮抗震設防的株洲、永州、懷化、衡陽、湘潭5市及瀏陽等48縣區內，所有的建設工程均需要按地震動峰值加速度0.05g，地震基本烈度6度進行抗震設防設計和施工。

考慮到地震的不可預測性和突發性，加之我國一般建筑設計使用壽命為50年，對于新增抗震設防地區而言，除了對新建建筑要嚴格執行國家規范進行設計、施工以外，也需要未雨綢繆，防患于未然，對已投入使用但未進行抗震設防設計的建筑結構，尤其是相對脆弱的砌體結構房屋進行結構加固處理，才可以在災難來臨時保障國家和人民群眾的生命安全。

現以永州市的中小學砌體教學樓為研究對象，分析適用的加固施工技術，為其它存在類似情況的砌體結構抗震加固工程提供參考。

1 砌體結構研究現狀

砌體結構抗震加固主要從整體和局部兩個方面考慮[5]，一是對設計上不滿足構造要求的房屋進行整體加固以避免地震倒塌；二是對承載能力不滿足規范要求的構件或局部結構進行加固。

教學樓內房間以教室為主，開間和進深跨度大，而且平時作為學生上課的場所，只有假期可以進行施工，工期緊張。所以有必要根據新增抗震設防地區中教學樓結構特點和經濟發展水平，研究一種施工方便、工期短的加固方法，在減少對原結構承載損傷的同時，并且綜合考慮造價、環境影響和加固效果提高以取得最大的效益。

吳昊等[6]結合汶川地震中砌體結構教學樓大量發生“強梁弱柱”式破壞的震害特點，提出以結構破壞機制控制為目的的抗震加固設計思路，采用常規的鋼筋網水泥砂漿面層對縱向窗間墻進行三面加固并采取錨固措施，通過對破壞位置的控制使結構能夠形成有效的抗倒塌機制，該加固方案能夠改善結構的抗震性能和實現對結構宏觀破壞機制的有效控制。

孫立春等[7]采取外加圈梁-構造柱與鋼筋網砂漿面層相結合的方法加固某砌體辦公樓，以此提高墻體的抗剪承載力和結構的整體延性，通過結構計算軟件PKPM證明砌體結構的抗震性能大為改善。

周芬娟等[8]基于將砌體結構的抗震加固與節能改造相結合的思路，采用聚合物保溫砂漿與鋼筋網相結合的方法對砌體磚墻進行了加固改造，通過低周反復加載試驗分析其抗震加固效果。并闡述了聚合物保溫砂漿鋼筋網加固方法的施工過程，并與常用的鋼筋網水泥砂漿面層加固效果進行了對比分析，結果表明該方法施工效果良好，加固作用明顯。endprint

Wight等[9]通過對新西蘭的多處加固后的老舊房屋在地震中中的表現進行分析并通過試驗驗證，研究發現預應力筋加固后砌體結構的抗震性能要明顯強于普通砌體結構。

王洪濤等[10]針對一地處高烈度區的磚混結構學校建筑進行了隔震加固技術的應用。考慮到老建筑結構參數的不完整，通過實地測試得到精確的動力特性，建立層剪切模型對采用組合基礎隔震技術的砌體房屋進行了罕遇地震響應校核，證明砌體結構采用隔震加固技術提高了上部結構的地震安全性，以經濟、有效的結構變動達到了現行規范的抗震設防要求。

2 現狀分析

目前在墻體的一側或者兩側采用增加鋼筋網砂漿面層和鋼筋混凝土面層的加固是最常用的加固方法，但是這種施工方式需要騰空房屋，需要現場噴射混凝土或砂漿，對環境影響大，施工周期長，無法在短時間內完成。

在墻體的一側或者兩側貼預制鋼筋混凝土板，通過特殊的連接措施保證新老結構之間的協同工作，相對于砂漿面層加固方式，生產效率更高，施工周期短，對周圍環境影響小，但是會減小8%-10%的使用面積。

碳纖維布和預應力筋加固技術其成本較鋼筋混凝土板墻等加固技術可以大幅度降低，且加固不減少使用面積，對結構影響小，施工對環境影響較小，減低了噪音和揚塵，但是對上部結構干擾較大。所以在建筑物下部或層間設置隔震支座來成為一種新的加固方式。

隔震裝置可以吸收和阻斷地震能量，通過延長結構振動周期減少上部結構的層間反應。且這種加固方式只在建筑物的下部或局部施工，不影響上部建筑正常使用。然而一般底部隔震技術都用于高烈度設防地區，對于新增抗震設防地區而言，其設防目標是最基本的6度設防，而且其中很多縣市位于經濟不發達區域，相對技術力量薄弱，加之需要加固的建筑數量巨大，對施工技術要求高且造價不菲的底部隔震法難以推廣。因此，迫切需要根據新增抗震設防地區已建砌體結構房屋特點，使用價格低廉，抗震加固效果好，施工簡便易于實施的加固技術。

3 托換技術加固理念

托換技術是指通過對原有結構的改造改變原結構受力體系，使原結構的傳力途徑發生變化，降低不可靠結構構件的內力，保證改變后的結構整體安全可靠、既有結構構件在新體系下的安全可靠的一種改造方法[11]。

通過增加梁柱形成新的承重框架，將原結構所承擔的荷載由墻體轉移到梁和柱子，使教學樓從砌體結構變為框架結構，可以避免砌體結構抗震上的不足，從根本上解決教學樓抗震問題。加固工程與新建工程的最大差別在于要考慮已有結構對施工的影響。教學樓加固后承重體系由板—墻—基礎改為板—梁—柱—基礎。

4 托換技術施工要點

新增梁的作用是代替墻體承重，為了提供施工空間，在澆筑梁之前必然要先拆墻，原墻體支撐的樓板就會存在安全隱患。為了保證結構安全并降低施工難度，降低成本，提高支撐鋼管件的周轉率。結構設計采取了鋼板與墻體為主的過渡支撐體系。施工前先在室內搭建滿堂支架，然后只拆除圈梁下400mm高的墻體，在墻體與圈梁之間放置強度為Q235B的鋼板支撐，在鋼筋混凝土梁、柱沒達到設計強度之前，結構承重體系為混凝土樓板—鋼板支撐—墻—基礎。待梁柱澆筑養護完畢后，鋼板支撐留在梁中作為承重結構的一部分，并提高梁的強度。

在拆除墻體施工前，必須設置卸載支撐腳手架架支撐屋面板及樓板，使用扣件式鋼管支撐體系將結構構件承受的荷載有效地傳遞到基礎，保證其他結構構件在拆除作業時不受影響。考慮教學樓實際情況，需搭設滿堂紅扣件式鋼管支撐架。

新增梁、柱需要通過植筋與原結構基礎、圈梁、樓板緊密相連，組成新的承重體系。為防止植筋成孔作業與原結構已有鋼筋沖突，影響構件之間的連接，在植筋作業前應鑿除原構件混凝土保護層，檢測探明現有鋼筋位置。鋼筋植入后需校正方向，保證鋼筋與孔壁間距均勻，膠結劑固結前不得碰觸植入鋼筋。植筋結束后養護一天，待現場測試抗拔承載力檢驗合格后方可進行下一步施工。

由于加固工程要保留原有外墻、屋面板、樓板，無法使用泵送商品混凝土進行澆筑作業。同時在已有樓板、屋面板、墻體使得攪拌混凝土面臨各種阻礙，施工空間狹窄，所以可采用干混自密實混凝土作為新增混凝土構件材料。

5 結語

通過使用托換技術加固教學樓，可以解決施工空間狹窄、工期緊張的問題，盡可能減少加固對原有使用空間的影響，是一種行之有效的砌體結構房屋抗震加固措施，值得在新增抗震設防地區類似建筑的加固項目中推廣和深入研究。

參考文獻：

[1]吳昊.砌體結構教學樓抗震性能及地震破壞機制控制研究[D].西南交通大學，2013.

[2]李英民，韓軍，劉立平，等.“5.12”汶川地震砌體結構房屋震害調查與分析[J].西安建筑科技大學學報（自然科學版），2009，41（5）：606-611.

[3]王威，周穎，梁興文，等.砌體結構在2008汶川大地震中的震害經驗[J].地震工程與工程振動，2010，30（1）：60-68.

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[5]王坤雪.中小學建筑砌體結構中小墻肢抗震加固方法的研究[D].合肥工業大學，2013.

[6]吳昊，趙世春，許滸，吳剛.基于破壞機制控制的砌體結構教學樓抗震加固設計研究[J].土木工程學報，2014（03）：12-18，58.

[7]孫立春，王斌，鄭澔.某砌體結構辦公樓的抗震加固和接建設計[J].建筑結構，2013（S1）：768-770.

[8]周芬娟，單玉川，金成，張建勝.砌體磚墻抗震加固與節能改造一體化的試驗研究[J].建筑結構，2015（09）：73-75，30.

[9]Wight G，Ingham J，Wilton A.Innovative seismic design of a post-tensioned concrete masonry house. Canadian Journal of Civil Engineering [serial online].November 2007，34（11）：1393-1402.Available form： Academic Source Premier， Ipswich， MA. Accessed October 31，2011.

[10]王洪濤，施衛星，汪洋，何斌.磚混結構組合基礎隔震加固設計及應用[J].工程抗震與加固改造，2016（01）：105-112.

[11]張愛彬.托換技術砌體結構加固改造設計與應用[J].工程建設與設計，2015（01）：44-46，50.endprint