某砌體教學樓的抗震加固設計

陳 飛

(大連理工大學土木建筑設計研究院有限公司，遼寧 大連 116023)

1 工程概況

大連市某高校的教學樓，始建于1952年，為該校最早的多層建筑物。該建筑由中部4層中廳與其北側3層階梯教室、東西兩側的3層教室組成，其中階梯教室下設局部地下室；中廳兩側設置變形縫(伸縮縫)，將建筑物分為各自獨立的3個結構單體，3層范圍建筑高度12.2 m，4層范圍建筑高度17.0 m(各層層高分別為4.1 m，4.0 m，4.1 m，4.8 m)。3層范圍(兩側的結構單體)于1983年加建1層，改為4層，至17.0 m，加建后建筑面積為9 909 m2，平面布置見圖1。

東西兩側結構單體為砌體結構，中間單體為帶內框架砌體結構，均采用置于強風化板巖的鋼筋混凝土擴展基礎。初建范圍樓屋蓋采用現澆鋼筋混凝土梁板結構，接建的4層屋蓋采用預應力空心樓板。

抗震設防烈度為7度(0.10g)，設計地震分組為第二組；場地土類別為Ⅰ1類，基本風壓值為0.65 kN/m2。

2 結構現狀

根據檢測單位的檢測結果，混凝土的強度等級為C15，實心紅磚的強度等級為MU10，砂漿的強度退化嚴重，強度推定值為0.5 MPa～0.6 MPa。經現場查勘，承重墻、預制樓板、現澆梁及現澆樓板未見明顯影響承載能力的裂縫、破損及變形等，縱橫墻砌筑的咬槎良好，地基基礎未見明顯不均勻沉降。但抗震橫墻的最大間距17.6 m，外墻四角、樓梯四角，縱橫墻交接處等重要位置未設置構造柱，綜合抗震能力不滿足抗震鑒定要求，應對房屋采取加固措施[1]。

3 加固設計

作為該高校最早的多層建筑，其見證了學校建立與發展的風雨歷程，有其特殊的文化價值。業主要求加固改造時，建筑物的外飾面要盡量維持原狀，以最大限度的減小對建筑風格的影響，保持建筑的歷史原貌，后續使用年限要達到30年(即A類建筑)。按檢測報告提供的基本數據，結合實際情況，建模計算分析，以確定適宜的加固方案。

3.1 結構體系

考慮建筑已使用60余年，混凝土的收縮變形已完成，可取消伸縮縫。將原單體間伸縮縫灌漿填實后，兩側采用增設面層加固，連為一體。以提高建筑的整體性，增強原中間單體(內框架砌體結構)的抗震性能。

3.2 計算原則

荷載輸入時，按后續使用年限30年，使可變荷載按設計使用年限定義的標準值與按一般的設計基準期(50年)定義的標準值有相同的概率分位值，可得出相應的活荷載調整系數γL=0.955[2]。

抗震驗算時，對于加固的結構來說，若按新建結構的抗震設防措施進行設計，在后續的使用年限內，加固的結構與原有結構的概率保證程度是不同的。采用地震危險性分析的研究成果，地震作用重現期取為30年，按相應的超越概率確定抗震設防烈度，同時采取對應的抗震措施，以保證結構加固后，在其后續使用年限內，其地震作用水準與抗震性能的可靠性與新建結構有相同的概率水準。經計算，后續使用年限為30年時，相應的多遇地震下，水平地震影響系數最大值αmax=0.064，為7度(0.1g)使用年限為50年時的80%[3-5]。

3.3 基礎方案

考慮增設面層法加固承重墻荷載增大時，基底平均壓力增大20%、至180 kPa左右，仍遠小于當地強風化板巖地基承載力特征值(一般為300 kPa～400 kPa)，基礎的混凝土強度與配筋也可滿足計算要求，無需加固。

3.4 承重墻加固方案

拆除原房間內部的分隔灰條墻，新砌筑承重磚墻并在兩端增設構造柱，以滿足抗震橫墻間距要求。

同時，計算復核原有承重墻承載力。由于砂漿強度退化嚴重，強度推定值僅為0.5 MPa～0.6 MPa，遠小于原始設計時50號混合砂漿強度值，下部樓層僅四角處外墻與階梯教室北側長縱墻滿足抗壓承載力要求，頂層部分長橫墻滿足抗壓承載力要求；抗震驗算時，僅4層個別橫墻能滿足抗震受剪承載力要求。

綜上，承重墻需采取加固措施。為減少對外立面的影響，一般位置承重外墻采用內側單面加固：3層及以下內側噴射80 mm混凝土、4層內側噴射40 mm水泥砂漿，階梯教室支承12 m大梁的外側獨立磚柱所在面采用雙面噴射80 mm混凝土加固，并在與北側外山墻交接位置增設構造柱過渡與加強，在提高獨立磚柱的抗震能力的同時，緩解結構平面階梯教室外凸引起的平面不規則帶來的扭轉問題，增強結構抗扭性能。承重內墻采用雙面加固：3層及以下內側噴射60 mm混凝土、4層內側噴射40 mm水泥砂漿。并相應配筋，3層及以下典型構造做法見圖2。

3.5 內框架加固方案

經計算，現狀框架柱的底層抗彎、抗剪承載力，部分框架梁的抗震承載力均不滿足計算要求。同時抗震構造措施很差：層層縮尺的框架柱僅四角設置縱筋(配筋率0.4%)、僅有外圈箍筋(間距300 mm，體積配箍率0.13%)，框架梁采用開口箍筋。需采取加固措施。為實現內框架的二道防線作用，加固設計時，對其適當加強：雖為A類建筑，但未對抗震調整系數γRa進行0.85倍的折減；框架柱的地震剪力按B類建筑計算[6]?？蚣芰翰捎谜迟N鋼板加固、框架柱采用外包角鋼加固。典型構造做法見圖3。

3.6 屋蓋加固方案

盡管屋蓋現狀滿足A類建筑的鑒定要求，但考慮每層建筑層高均超出現行抗震規范規定較多，且預制板屋面防水可靠性差、已頻繁維修，在屋面預制板上增設混凝土疊合層，以提高結構整體性，同時解決屋面防水問題。典型構造做法見圖4。

屋面磚砌女兒墻根部受凍脹影響嚴重，已出現橫向貫通裂縫，拆除重砌，并增設構造柱。

4 結語

1)在老舊建筑的加固改造中，需要現場踏勘，以了解結構現狀，確定重點加固內容。

2)鑒于老舊建筑的混凝土收縮變形已基本完成，在具體的加固設計中，為提高抗震性能，可取消伸縮縫。

3)加固設計計算時，應根據后續使用年限，在其后續使用年限內的結構可靠度與新建結構有相同的保證概率前提下，對使用活荷載及抗震設計相關的地震影響系數最大值、承載力抗震調整系數等進行相應折減，做到安全、合理、經濟。

4)結構現狀滿足后續使用年限鑒定要求的重點構件，如內框架結構的框架柱、層高超高結構的預制樓屋蓋等，建議按提高后續使用年限與現行規范要求復核與加強。