砌體結(jié)構(gòu)房屋加固與維護工程的方法分析

吳立志，戰(zhàn)美秋，曹云濤

1.中國能源建設(shè)集團廣東省電力設(shè)計研究院有限公司，廣東 廣州 510663

2.吉林建筑大學，吉林 長春 130118

3.廣東工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，廣東 廣州 510663

1 我國砌體結(jié)構(gòu)房屋建筑存量巨大

砌體結(jié)構(gòu)房屋建筑是我國發(fā)展最早、建設(shè)量最大的建筑結(jié)構(gòu)類型，在我國既有房屋建筑中存量巨大。據(jù)有關(guān)資料不完全統(tǒng)計，自20世紀80年代后期以來，我國主要大中城市中砌體結(jié)構(gòu)房屋住宅面積約為70億～80億m3，部分城市的砌體結(jié)構(gòu)房屋住宅面積在總體居住房屋面積中的占比最高可達70%。砌體結(jié)構(gòu)房屋建筑如圖1所示。

圖1 砌體結(jié)構(gòu)房屋建筑

2 我國大量的砌體結(jié)構(gòu)建筑加固與維護工程迫在眉睫

我國地震基本烈度6度及以上地區(qū)占國土面積的79%，而砌體建筑結(jié)構(gòu)不同于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其主體結(jié)構(gòu)是由分散的砌塊黏結(jié)砌筑形成，塊體和砂漿砌筑而成的墻或柱作為承重結(jié)構(gòu)，為加強砌體結(jié)構(gòu)的整體性，提高延性和抗倒塌能力，需采用構(gòu)造柱、圈梁及其他拉結(jié)等構(gòu)造措施，但其砌體結(jié)構(gòu)體系本身的抗拉、抗彎、抗剪強度低，抵御水平荷載的能力薄弱，使其遭受地震時破壞較重，抗震性能很差，往往在地震水平力作用下會發(fā)生沒有征兆的脆性破壞。在《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB 50003—2001）及《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB 50011—2001）的框架下，砌體結(jié)構(gòu)建筑抗震設(shè)計等級低，在不少7度甚至8度區(qū)也建造了大量的砌體結(jié)構(gòu)房屋，并且相當數(shù)量的砌體結(jié)構(gòu)房屋接近設(shè)計基準期。同時，更早的砌體結(jié)構(gòu)房屋受限于當時的技術(shù)條件及經(jīng)濟水平，抗震構(gòu)造措施不足。北京市建筑設(shè)計研究院對建于20世紀70年代末的老舊小區(qū)砌體結(jié)構(gòu)住宅樓的鑒定結(jié)果顯示，結(jié)構(gòu)中黏土磚與砂漿強度普遍較低，且未設(shè)置（足夠的）圈梁和構(gòu)造柱，并存在結(jié)構(gòu)受力構(gòu)件開裂及損壞的問題。砌體結(jié)構(gòu)震損對生命財產(chǎn)安全威脅巨大，如圖2所示。

圖2 砌體結(jié)構(gòu)房屋震損

砌體房屋結(jié)構(gòu)的拆除工作不可能一蹴而就，相當長的一段時期內(nèi)，我國仍會有大量砌體結(jié)構(gòu)建筑存在。未來砌體建筑的加固與維護改造將成為提升其抗震性能的主要方式。2018年10月，習近平總書記主持召開中央財經(jīng)委員會第三次會議，指出要推動建設(shè)若干重點工程，即包括“實施地震易發(fā)區(qū)房屋設(shè)施加固工程，提高抗震防災能力”。2018年12月，住房城鄉(xiāng)建設(shè)部聯(lián)合財政部印發(fā)《農(nóng)村危房改造脫貧攻堅三年行動方案》，以此實現(xiàn)中央確定的脫貧攻堅“兩不愁、三保障”總體目標中住房安全有保障的目標。

3 砌體加固與維護技術(shù)方法分析

3.1 加固與維護的原則及方法

砌體結(jié)構(gòu)加固與維護之前首先要進行結(jié)構(gòu)可靠性鑒定，明確加固或維護的目標安全等級。加固與維護改造處理必須達到兩個目的：一是提高結(jié)構(gòu)極限承載能力，二是恢復結(jié)構(gòu)剛度。

目前采用的砌體結(jié)構(gòu)加固與維護形式如下：（1）直接加固法，此類方法不改變原結(jié)構(gòu)承重體系和平面布置，如鋼筋混凝土外加層加固、鋼筋網(wǎng)水泥砂漿外加層加固、高延性混凝土加固、外包型鋼加固、黏結(jié)纖維復合加固等。（2）改變荷載傳遞加固法，是指改變結(jié)構(gòu)布置及荷載傳遞途徑的加固方法，如增設(shè)砌體扶壁承重墻柱、加設(shè)基礎(chǔ)等。（3）外套結(jié)構(gòu)加固法，是在原結(jié)構(gòu)外增設(shè)混凝土結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)，使原結(jié)構(gòu)的部分荷載及外套加層結(jié)構(gòu)的荷載通過外套結(jié)構(gòu)傳至地基的方法。砌體結(jié)構(gòu)加固方法的選擇要盡量保留有利用價值的構(gòu)件，避免不必要的拆除或更換，充分考慮原結(jié)構(gòu)的傳力系統(tǒng)，結(jié)合面的構(gòu)造處理及施工確保新舊構(gòu)件可靠連接，保證新舊結(jié)構(gòu)的協(xié)同工作，選擇適宜的方法進行加固維護設(shè)計。

3.2 加固與維護技術(shù)方法分析

（1）鋼筋混凝土面層加固法與鋼筋網(wǎng)（聚合物）水泥砂漿外加層加固法。鋼筋混凝土面層加固法與鋼筋網(wǎng)（聚合物）水泥砂漿外加層加固法是在去除砌體結(jié)構(gòu)的抹灰面層之后，通過鋪設(shè)鋼筋（絲）網(wǎng)復合混凝土（砂漿）增強砌體結(jié)構(gòu)整體性、提高抗剪切承載力的加固與維護方法，如圖3所示，此種方法可用于尋常的砌體結(jié)構(gòu)維護與加固。鋼筋（鋼絲網(wǎng)）鋪設(shè)與鋼絲網(wǎng)一般沿墻體兩側(cè)（通長）加固作業(yè)，對房屋外立面及內(nèi)部用戶會造成較大影響，同時會顯著增加墻體截面厚度，并不適用于我國大面積的砌體結(jié)構(gòu)抗震加固工作。在實際工程應用中，為便于施工操作，減少對房屋外立面及內(nèi)部使用的影響，常在建筑外墻體采用局部外加鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層的方法進行，降低新增鋼筋網(wǎng)（聚合物）水泥砂漿面層豎向荷載，墻角處及樓層處的鋼筋網(wǎng)片附加可靠連接，在“T”形節(jié)點處局部區(qū)域形成暗柱區(qū)，以提高抗震性能。

圖3 鋼筋混凝土面層加固法

（2）高延性混凝土復合加固法。高延性混凝土是一種復合加工的纖維增強復合材料，具有高黏結(jié)性、高延性、高耐損傷能力，變形能力可達普通混凝土的200倍，也被稱為“可彎曲混凝土”。使用高延性混凝土進行砌體結(jié)構(gòu)表面加固維護不必使用鋼筋或鋼絲網(wǎng)格，直接將高延性混凝土抹壓在抹灰清除處理后的砌體結(jié)構(gòu)材料表面即可。高延性混凝土材料具有高黏結(jié)、高延性、高韌性的特點，能夠彌補砌體結(jié)構(gòu)固有的缺陷，是近年開始應用的一種砌體結(jié)構(gòu)加固維護方式。高延性混凝土加固砌體墻體工程如圖4所示。試驗結(jié)果顯示，單面抹壓10～20mm厚高延性混凝土的砌體結(jié)構(gòu)具有良好的耗能能力及結(jié)構(gòu)整體性，可抵抗9度（罕遇地震）以上地震。單面抹壓房屋建筑外墻表面施工對房屋內(nèi)生活、辦公等干擾小，不必使用鋼筋或鋼絲網(wǎng)，操作靈活，可大范圍應用于接近設(shè)計基準期、不滿足現(xiàn)行抗震要求的砌體結(jié)構(gòu)房屋加固與維護工程。

圖4 高延性混凝土加固砌體墻體

（3）粘貼纖維復合材料加固法。粘貼纖維包括芳綸纖維、玻璃纖維和碳纖維等，其中，碳纖維耐腐蝕性、耐磨性、熱穩(wěn)定性好，密度小、強度高、絕緣、電磁屏蔽性好，目前應用最為廣泛。碳纖維的主要形式為片材（包括布狀和板狀）。應用粘貼纖維復合材料加固法施工前首先要注意清理加固維護面的障礙物，尤其要清除已經(jīng)粉化的磚砌體材料，確保砌體加固維護面能通過膠黏劑與碳纖維可靠黏結(jié)。寬幅碳纖維板加固砌體墻體工程如圖5所示。粘貼纖維復合材料加固法最適合應用于砌體構(gòu)件受拉、受剪區(qū)，應用較為靈活。碳纖維加固樓板如圖6所示。

圖5 寬幅碳纖維板加固砌體墻體

圖6 碳纖維加固樓板

（4）增設(shè)砌體承重墻柱、基礎(chǔ)等方法。增設(shè)砌體承重墻、基礎(chǔ)的加固法一般宜采用雙側(cè)拉結(jié)形式，能夠增強砌體結(jié)構(gòu)墻體承載力，也可將豎向、水平荷載傳遞到加設(shè)的基礎(chǔ)中。窗間墻的加固構(gòu)造如圖7所示，帶壁柱墻的加固構(gòu)造如圖8所示。增設(shè)砌體承重墻柱、基礎(chǔ)等方法適用于老舊砌體結(jié)構(gòu)小區(qū)改建的開設(shè)洞口、加層補強工程，如提高加裝于室外的電梯水平附著墻體剛度與強度等。

圖7 窗間墻加固構(gòu)造

圖8 帶壁柱墻的加固構(gòu)造

4 結(jié)束語

砌體結(jié)構(gòu)加固與維護技術(shù)的發(fā)展和應用將延緩我國大量砌體結(jié)構(gòu)房屋拆遷重建周期，提升人們居住的安全性與舒適度。文章對我國現(xiàn)存砌體結(jié)構(gòu)特點及部分現(xiàn)行的加固與維護技術(shù)應用進行了分析，旨在推進實踐創(chuàng)新，為中國特色社會主義民生建設(shè)做出貢獻。