磚混結構抗震加固技術與方法

劉航

概述

我國城鄉既有建筑總面積超過500億平方米，而其中以磚砌體墻為主要承重和抗震墻體的磚混結構建筑所占比例較大。一般而言，磚砌體材料抗拉、抗剪強度較低，而抗壓強度相對較高，具有自重大、整體性差、易發生脆性破壞等特點，導致其抗震性能較差，在強烈地震作用下易發生嚴重破壞或倒塌，導致大量的人員傷亡。汶川地震、玉樹地震中，大量磚混結構房屋倒塌，震害損失慘重。因此，對現存的大量不滿足抗震設防要求的磚混結構房屋進行加固改造，提高其抗震安全性，是當前工程建設領域亟待解決的問題。

磚混結構的傳統抗震加固方法主要包括水泥砂漿和鋼筋網砂漿面層加固法、鋼筋混凝土板墻加固法、增設抗震墻加固法、外加圈梁- 構造柱加固法等，這些方法已經過歷次大地震考驗，證明是行之有效的抗震加固手段。但是，這些傳統加固方法在應用中也存在一些問題，如以濕作業為主，且一般會減少使用面積，影響建筑外觀效果，加固施工質量較難控制，揚塵、噪聲較大等。

近年來，國內不少研究機構開展了對磚混結構新型抗震加固技術的研究工作，提出了后張預應力加固法、外套結構加固法、高延性混凝土面層加固法等新型抗震加固技術。本文對磚混結構常用的傳統抗震加固技術進行了介紹，并結合工程實例對近年來新提出的后張預應力加固技術進行了分析。

磚混結構的傳統抗震加固技術

（一）水泥砂漿和鋼筋網砂漿面層加固

水泥砂漿和鋼筋網砂漿面層加固是磚混結構較為常用的加固方法之一。該方法是通過在磚墻的一側或兩側涂抹一定厚度的水泥砂漿面層或鋼筋網水泥砂漿面層，來提高磚墻的抗震能力。

采用該方法進行加固時，水泥砂漿面層的厚度一般為20～40mm，砂漿強度等級一般采用M10，鋼筋網的鋼筋直徑宜為4mm或6mm，鋼筋間距一般為300mm×300mm，鋼筋網通過每隔一定間距布置的錨筋與墻體連接。

采用該方法加固后，墻體增加的重量較少，因此加固位置不必自下而上連續，可以根據抗震鑒定結果，僅對不滿足抗震承載力要求的樓層或墻段進行加固；同時，在底層進行加固時，水泥砂漿面層不需要另設基礎，但底層室外的面層地面以下部分宜適當加厚并深入地面以下500mm，以提高其耐久性。

該方法主要適用于磚墻砌筑砂漿強度等級低于M2.5的情況，當原有磚墻的砌筑砂漿強度等級高于M2.5時，該方法的加固效果不明顯。圖1為某工程磚墻采用鋼筋網砂漿面層法加固后的效果。

（二）鋼筋混凝土板墻加固

鋼筋混凝土板墻加固是磚混結構另一種常用加固方法。該方法是在被加固磚墻的一側或兩側澆筑或噴射一定厚度的鋼筋混凝土墻，以提高原有墻體的抗震承載能力的加固方法。單面鋼筋混凝土板墻厚度一般為60～100mm。當采用雙面板墻加固時，相當于將原有磚混墻體改變為鋼筋混凝土剪力墻，而如果房屋整體采用雙面鋼筋混凝土板墻法加固，實質上等同于改變結構體系的加固方法。

當原有墻體的砌筑砂漿強度等級不低于M2.5時，可采用單面或雙面鋼筋混凝土板墻加固，而當原有墻體的砌筑砂漿強度等級低于M2.5時，應采用雙面鋼筋混凝土板墻加固。這是因為當砂漿強度較低時，砌體墻開裂后與鋼筋混凝土面層可能剝離脫開，加固效果不明顯。

采用該方法加固時，混凝土的強度等級宜采用C20，鋼筋宜采用HPB235級或HRB335級熱軋鋼筋；板墻一般設置單排雙向鋼筋網，鋼筋間距宜為150～200mm。單面板墻通常采用錨固深度不小于120mm的錨筋與原砌體墻連接，雙面板墻采用穿墻筋與原墻體連接。

鋼筋混凝土板墻加固厚度較大，自重也較大，因此加固時應自下而上連續布置，且需要有自己的基礎，板墻基礎埋深通常與原有墻體基礎相同。同樣，底層室外的板墻在地面以下部分宜適當加厚，以增加其耐久性。圖2為某加固工程鋼筋混凝土板墻施工現場照片。

（三）增設抗震墻加固

增設抗震墻加固適用于當房屋的綜合抗震能力不滿足鑒定要求，或抗震橫墻間距超過鑒定要求的情況。增設的抗震墻可以是砌體墻，也可以是鋼筋混凝土墻，原則上應優先選用與原結構材料相同的抗震墻。

圖1 鋼筋網砂漿面層法加固

圖2 鋼筋混凝土板墻加固

圖3 外加圈梁- 鋼筋混凝土柱加固

增設砌體抗震墻時，砌筑砂漿的強度等級應比原墻體實際強度等級高一級，且不應低于M2.5。增設的砌體抗震墻厚度不應小于190mm，墻體中一般應設置現澆帶或鋼筋網片進行加強。墻頂應設置與墻等寬的現澆鋼筋混凝土壓頂梁，并與樓、屋蓋梁、板可靠連接，增設的抗震墻應與原有墻體可靠連接。抗震墻應有基礎，其埋深宜與相鄰抗震墻相同，寬度不應小于計算寬度的1.15倍。

增設鋼筋混凝土抗震墻時，原磚墻砌筑砂漿實際強度等級不宜低于M2.5，現澆混凝土墻沿平面宜對稱布置，沿高度應連續布置，其厚度可為140～160mm, 混凝土強度等級宜采用C20，可采用構造配筋。抗震墻應與原有的砌體墻、柱和梁板均可靠連接并增設基礎。

（四）外加圈梁- 鋼筋混凝土柱加固

圈梁和構造柱對提高磚混結構房屋的抗震能力和防止倒塌有重要作用。設置圈梁和構造柱相當于為磚墻增加了封閉的鋼筋混凝土邊框，可以有效提高磚墻的整體性，減輕震害，減少損失。因此，對于未按抗震鑒定要求設置圈梁和構造柱的磚混結構房屋，可以采用外加圈梁- 鋼筋混凝土柱的方法進行加固。

外加柱一般應設置在房屋四角、樓梯間和不規則平面的對應轉角處，并應根據房屋的設防烈度和層數在內外墻交接處隔開間或每開間設置，應由底層開始沿房屋全高貫通設置。外加柱應與圈梁或鋼拉桿連成閉合系統。外加柱應設置基礎，基礎埋深可以與原外墻基礎相同，也可不同；當基礎埋深與原外墻基礎不同時，不得淺于凍結深度。外加柱一般通過設置拉結筋、銷鍵、壓漿錨桿或錨筋等與原墻體、基礎實現可靠連接。

增設的圈梁在樓、屋蓋平面內應閉合，內墻可采用鋼拉桿代替；在陽臺、樓梯間等圈梁標高變換處，圈梁應有局部加強措施，變形縫兩側的圈梁應分別閉合。外加圈梁一般可通過銷鍵、螺栓、錨栓或錨筋與原墻體可靠連接。圖3為某磚混結構建筑采用外加圈梁- 鋼筋混凝土柱加固的情況。

（五）鋼絞線網片- 聚合物砂漿面層加固

鋼絞線網片- 聚合物砂漿面層加固是一種以鋼絞線網片為增強材料，通過聚合物砂漿將其粘結在墻體表面的加固方法。該方法可以提高磚墻的抗震承載力，主要適用于原磚墻砌體實際強度等級不低于MU7.5的情況。

圖4 鋼絞線網片-聚合物砂漿面層加固典型節點

采用該方法加固時，鋼絞線網片- 聚合物砂漿面層的厚度一般為25～40mm，鋼絞線網片的保護層厚度不應小于15mm。鋼絞線應采用6×7+IWS金屬股芯鋼絞線，單根鋼絞線的公稱直徑應在2.5～4.5mm范圍內，抗拉強度標準值為1650MPa（直徑≤4mm）和1560MPa（直徑＞4mm），與之相應的抗拉強度設計值分別為1050MPa和1000MPa。鋼絞線網四周應與樓板或大梁、柱或墻體可靠連接。聚合物砂漿可采用Ⅰ級或Ⅱ級聚合物砂漿。

該加固方法可用于墻體的單側加固或雙側加固，施工時先將鋼絞線網片鋪設在被加固墻體的表面，鋼絞線網片與墻體采用專用金屬脹栓固定，在其表面涂抹一定厚度的聚合物砂漿。與水泥砂漿面層加固法相似，由于所增加的重量有限，其面層不必自下而上連續布置，可以根據抗震鑒定結果，僅對不滿足抗震承載力的樓層或墻段進行加固。同時，在底層進行加固時，面層不需要另設基礎，但底層室外面層地面以下部分宜適當加厚并深入地面以下500mm，以增加其耐久性。圖4為典型加固節點構造示意。

磚混結構的預應力抗震加固技術

除了上述傳統加固方法外，近年來，北京市建筑工程研究院有限責任公司等單位提出了對磚墻施加豎向預應力的抗震加固新技術。該加固方法是沿被加固磚墻的兩側，每隔一定間距對稱布置豎向無粘結預應力筋，對墻體施加一定的預壓應力，從而提高墻體的抗震能力（圖5）。

為了檢驗這種加固技術對提高磚混建筑抗震性能的效果，進行了單面墻體和足尺房屋的試驗研究。試驗表明對于帶構造柱的磚混墻體，采用豎向無粘結預應力筋加固后，墻體的受剪承載力和延性可以顯著提高，耗能能力大幅增強。對于無筋磚墻，采用豎向無粘結預應力筋加固后，加固效果不如帶構造柱磚墻，但較未加固墻體仍有明顯改善，同時由于其承載力和變形能力得到大幅度提高，墻體的耗能能力也有明顯的增強。另外，施加豎向預應力后，可以顯著提高墻體的抗裂能力，這對磚混結構在小震和中震下的抗震性能將有很大的改善，若設計得當的話，可以實現“中震不壞”的抗震性能目標。

圖5 預應力加固磚墻示意圖

一棟兩層足尺磚混結構房屋模型（200m2），以汶川地震臥龍臺站強震記錄作為輸入地震波進行動力試驗，結果表明加固前不滿足8度抗震設防的房屋結構采用豎向無粘結預應力筋加固后，在9度罕遇地震作用下基本保持彈性，抗震能力得到大幅度提高。加固后的房屋結構兩個方向的受剪承載力與房屋總重量之比分別達到1.24和1.41，表明預應力加固對提高房屋的受剪承載力有非常顯著的作用。

對加固結構抗震受力機理的研究表明，磚墻采用無粘結預應力筋加固后，墻體受剪承載力的提高來源于兩方面：一方面是由于加固后墻體受壓正應力得到提高，另一方面是由于預應力筋作為配筋所起的作用。

在實際應用中，當磚混結構房屋經抗震鑒定，墻體受剪承載力不滿足要求時，可以考慮采用豎向無粘結預應力筋進行加固。但如果房屋自身缺少圈梁、構造柱等基本構造措施，應考慮將該項技術與增強構造措施的加固方法配套采用。

磚混結構房屋的抗震加固方法選擇

（一）抗震加固原則

磚混結構房屋經抗震鑒定不滿足要求時，應進行抗震加固。抗震加固方案應根據抗震鑒定結果經綜合分析后確定，通過整體加固、區段加固或構件加固來提高房屋的綜合抗震能力。其中以下幾點需要特別注意：

1.同一樓層中，自承重墻體由于只承受自身重力作用，其所承受的地震力遠小于承重墻體。因此，加固時應首先考慮承重墻體，避免出現加固后自承重墻體的抗震能力高于承重墻體的抗震能力的情況。

2.對非剛性結構體系的房屋，應選用樓屋蓋現澆混凝土疊合層、增設抗震墻等將非剛性結構體系改變為剛性結構體系的抗震加固方案；當只能采用保持非剛性結構體系的其他加固措施時，應控制層間位移，提高結構的變形能力。

3.同一樓層中，加固后的墻段受力應均勻，防止個別構件失效后導致結構各個擊破，發生嚴重破壞。樓梯間是地震中人員的主要逃生通道，當選用區段加固的方案時，應對樓梯間的墻體采取加強措施。

4.加固后的房屋抗震承載力應沿樓層較為均勻分布，防止相鄰樓層間抗震承載力相差較大而出現薄弱層，如果本層抗震承載力超過下一層20%時，下一層也需要加固。

（二）抗震加固方法

具體加固方法也應根據抗震鑒定結果有針對性地進行選擇。

1.當磚混結構房屋的高度、層數超過規定限值時，應采取下列抗震加固方法：

當房屋的總高度超過規定而層數不超過規定的限值時，應采取高于一般房屋的承載力且加強墻體約束的有效措施。

當房屋的層數超過規定限值時，可以通過改變結構體系或減少層數以滿足要求，也可通過改變用途降低抗震設防分類要求，從而使層數滿足要求。當采用改變結構體系的加固方案時，可以選用傳統加固方法中的雙面鋼筋混凝土板墻加固，將磚混墻體改為鋼筋混凝土剪力墻。

當丙類設防且橫墻較少的房屋超出規定限值一層和3m以內時，也可以采用提高墻體承載力且增加圈梁、構造柱等加固方法，達到現行國家標準對橫墻較少房屋，不減少層數和高度的相關要求。

2.房屋抗震承載力不能滿足要求時，可以選擇如下的加固方法：

對強度過低或嚴重破壞的原墻體以及抗震性能差的墻體，如空斗墻，采取拆除重砌的辦法，重砌和增設抗震墻的材料可以為磚或砌塊，也可用輕骨料混凝土或普通混凝土，最大限度地減小對下部結構與基礎的影響；拆除時，應采取可靠的支撐和防護措施。

對開裂的墻體，可采用局部灌漿加固，對砌筑砂漿飽滿度差或砌筑砂漿強度等級偏低的墻體，可用滿墻灌漿加固。

對承載力不滿足要求的磚墻，沿墻體兩側按設計間距對稱布置豎向無粘結預應力筋并施加預應力進行加固，也可以在其一側或兩側采用水泥砂漿面層、鋼筋網砂漿面層、鋼絞線網片聚合物砂漿面層或噴射混凝土板墻加固。

在墻體交接處采用現澆鋼筋混凝土構造柱加固，柱應與圈梁、拉桿連成整體，或與現澆鋼筋混凝土樓、屋蓋可靠連接。

在柱、墻角或門窗洞口邊用型鋼或鋼筋混凝土包角或鑲邊；柱、墻垛還可用現澆鋼筋混凝土套加固。

在房屋基礎設置隔震層進行隔震加固，減小房屋的地震反應。

3.房屋的整體性不滿足要求時，應選擇下列加固方法：

當墻體布置在平面內不閉合時，可增設墻段或在開口處增設現澆鋼筋混凝土框使墻體閉合。當縱橫墻連接較差時，可采用鋼拉桿、長錨桿、外加柱或外加圈梁等加固。樓、屋蓋構件支承長度不滿足要求時，可增設托梁或采取增強樓、屋蓋整體性等措施。當構造柱或芯柱設置不符合鑒定要求時，應增設外加柱；當墻體采用雙面鋼筋網砂漿面層或鋼筋混凝土板墻加固，且在墻體交接處增設相互可靠拉結的配筋加強帶時，可不另設構造柱。當圈梁設置不符合鑒定要求時，應增設圈梁；外墻圈梁宜采用現澆鋼筋混凝土，內墻圈梁可用鋼拉桿或在進深梁端加錨桿代替；當采用雙面鋼筋網砂漿面層或鋼筋混凝土板墻加固，且在上下兩端增設配筋加強帶時，可不另設圈梁。當預制樓、屋蓋不滿足抗震鑒定要求時，可增設鋼筋混凝土現澆層或增設托梁加固樓、屋蓋。

工程應用實例

（一）工程概況

北京建工黨校5號樓為磚混結構，建于20世紀80年代中期，建筑面積4108.4m2，地下一層，地上六層，建筑高度18米。該建筑外觀照片見圖6，結構三維布置如圖7所示。墻體采用燒結普通粘土磚與混合砂漿砌筑，樓、屋蓋采用預制圓孔板，局部為現澆鋼筋混凝土板，板厚100mm。地基基礎采用條形基礎。地下一層墻體厚度均為370mm，其他層外墻厚度370mm，內墻厚度240mm。

該建筑由辦公用房改造為賓館，需根據新的用途進行裝修改造。由于使用功能發生改變，故委托相關鑒定機構進行了結構綜合安全性鑒定，綜合安全性評級為Deu級，即房屋結構安全性嚴重不符合《房屋結構綜合安全性鑒定標準》（DB 11/637—2015）的安全性要求，已經嚴重影響整體安全；或建筑抗震能力整體嚴重不符合現行國家標準《建筑抗震鑒定標準》（GB 50023—2009）和《房屋結構綜合安全性鑒定標準》（DB 11/637—2015）的要求；在后續使用年限內嚴重影響結構整體安全性能或嚴重影響整體抗震性能時，需進行加固處理。

（二）整體加固方案分析

本次裝修改造中，該房屋由辦公用房改造為賓館，對使用空間要求較高。原有房屋的房間布置較為緊湊，因此，要求加固盡量不減少房間的使用面積。根據改造方案，為滿足每個房間新增衛生間的功能要求，內縱墻門洞口改變位置，部分洞口寬度由原來的1米拓寬為2米，這將進一步削弱墻體的抗震能力。同時，新的水電管線從預制板新開洞口穿過，為了增加樓蓋的整體性，需對預制樓板進行加固處理。另外，此次裝修改造應繼續保持原有的外立面風貌。針對上述改造工程特點，對該建筑的縱向墻體、橫向墻體以及預制樓板采取了不同的加固措施。

圖6 建筑外觀

圖7 結構三維布置圖

首先，對不滿足安全性要求的橫向墻體采用預應力技術進行加固（圖8），沿被加固墻體兩側均勻對稱布置了豎向預應力筋，對墻體施加了豎向預應力，墻體的抗震能力可以顯著提高。由于預應力筋可以內嵌于墻體中，采用該技術加固的墻體的厚度不需增加，房間的使用面積不會減少。

對于建筑的縱向墻體，根據抗震鑒定結果，其內、外縱墻均存在不滿足抗震鑒定要求的情況。考慮到不改變建筑外立面的要求，采用雙面鋼筋混凝土板墻加固內縱墻。該方法可以同時提高內縱墻的抗震承載力和抗側剛度，從而減少外縱墻所受地震作用，最終使外縱墻的抗震承載力滿足要求。

圖8 磚墻預應力加固

圖9 樓板疊合層鋼筋綁扎

對于預制樓板，采用板面現澆鋼筋混凝土疊合層的加固方案（圖9）。該方案在提高樓蓋整體性的同時，也使樓層內地震力的傳力機制發生改變，地震力將主要按墻體的抗側剛度進行分配，這也進一步保證了縱向墻體加固方案的實現。

上述加固方案中，房屋的橫向和縱向采用了不同的加固方式，橫向墻體采用的預應力加固技術可以提高墻體的承載力和變形能力，但不會提高墻體的初始抗側剛度，縱向墻體采用的鋼筋混凝土板墻加固技術則可同時提高墻體的承載力、變形能力和抗側剛度。由于建筑體型規則，且加固布置均勻對稱，兩種加固方式將分別提高兩方向墻體各自的抗震性能，而基本不會引起地震時房屋扭轉問題。

結語

當前，磚混結構房屋的抗震加固仍以傳統加固方法為主。這些傳統加固方法歷經大地震考驗，對提高既有建筑的抗震能力發揮了重要作用。但我國既有建筑體量龐大，且大量面臨更新改造，如果仍普遍采用以濕作業為主的傳統粗放型作業方式，勢必引起日益嚴重的施工質量、資源浪費和環境影響問題。因此，亟須在既有建筑改造領域研發并推廣綠色建造新技術。磚混結構的預應力抗震加固技術就是其中的一種。

磚混結構的預應力抗震加固技術屬于一種低干預加固技術，其不減少使用面積，節約材料，降低工程造價，且施工基本無濕作業，綠色環保，對建筑和環境影響小，施工周期短。在實際工程應用中，可以將該技術與傳統的加固方法有機結合，在提高建筑抗震安全性的同時，實現不減少房間使用面積，不改變建筑外觀，提升建筑功能等改造需求。該技術為磚混建筑的抗震加固提供了一種新的解決方案，值得進一步大力推廣應用。

裝配式建造技術是當前新建建筑領域大力推廣的綠色建造技術，其現場濕作業少，易于保證工程質量，降低安全隱患，提高生產效率，且節能環保，減少污染，符合綠色可持續發展的理念。將裝配式建造技術推廣應用于既有建筑改造工程是當前建筑工程領域的重要發展方向。