新文件規定下中小學教學樓抗震加固分析

郝成義

（安徽省建筑科學研究設計院，安徽 合肥 230031）

0 前言

2008年汶川地震，中小學校舍在地震中受到了較大的破壞，損失巨大，并由此引起了一系列抗震規范的更新，形成了2010版系列抗震設計規范。其中關于中小學校舍的抗震加強主要是通過將中小學校舍的設防類別設置為重點設防類以及由此引起的一系列抗震措施的提高。在之后的中小學校舍抗震設計以及加固設計基本按此進行抗震加強，但是部分中小學校舍并沒有針對抗震設防烈度以及地震動參數進行提高。

2021年，隨著國務院令744號（建設工程抗震管理條例）的施行，其中第十六條中規定“學校、幼兒園、醫院、養老機構、兒童福利機構、應急指揮中心、應急避難場所、廣播電視等建筑，應當按照不低于重點設防類的要求采取抗震設防措施。”[1]安徽省幾個部門聯合發布了皖震發防[2021]34號文件（以下簡稱為34號文件），其中“中小學、幼兒園、醫院等人員密集場所的建設工程，應當按照高于當地房屋建筑的抗震設防要求進行設計和施工。其中，重點設防類工程（乙類），按地震動參數提高一檔相應取值進行抗震計算，按《建筑抗震設計規范》（GB50011）采取抗震措施。”[2]按照此規定在2010年之后建成的安徽省各類中小學在地震動參數的選取上存在不滿足新文件規定的情況，需要進行抗震加固。在此文件背景下，本文通過具體工程對中小學教學樓抗震加固設計和加固施工進行了較為全面的介紹和分析。

1 工程概況

安徽省合肥市長豐縣龐谷堆小學教學樓位于合肥市長豐縣朱巷鎮，為地上三層框架結構，整個學校教學樓為L型，西側設抗震縫分成上下兩個結構單體，建筑面積1640m2，于2013年6月建成，二層建筑平面詳見圖1。原設計單位將教學樓設計抗震設防類別定為重點設防類，選取抗震設計地震動參數時抗震設防烈度為7度，地震加速度0.10g，框架抗震等級取為二級，在當時設計參數選取沒有問題，但根據前述34號文件，地震動參數選取則不滿足最新文件規定，需進行抗震加固。

圖1 教學樓二層平面

當地主管部門根據文件要求委托安徽省建院工程質量檢測有限公司對該樓進行了抗震鑒定。鑒定結論主要有：①該建筑不滿足抗震鑒定標準對C類建筑的抗震要求，應委托有資質的設計與施工單位對其進行抗震加固；②主要存在角柱箍筋未全高加密、填充墻拉結筋未沿墻全長貫通、本分框架柱非加密區箍筋間距大于10倍縱向鋼筋直徑、少數框架梁的抗震承載力不足以及電子屏與主樓連接不牢固的問題[3]。我院后來承接了該區域學校的裝修改造工程設計，該學校教學樓加固為其中較為關鍵的一項。

2 加固設計

根據34號文件，在加固設計建模時按照原設計梁、板、柱尺寸以及混凝土強度等級和鋼筋強度等級，根據荷載規范選取正常使用荷載，選取地震動參數時按抗震設防烈度7度、地震加速度選0.15g，抗震等級取二級，最后按照《抗震鑒定標準》（GB50023-2009）相關規定進行結構計算[4]。結構計算三維模型詳圖2。

圖2 結構三維模型

計算結果梁柱計算配筋與設計施工圖配筋進行對比，根據配筋差值進行加固設計，由于抗震等級沒有變化，抗震構造措施基本滿足要求，具體加固方法如下：①柱縱筋實配不足采用外粘型鋼進行加固，柱箍筋不足以及箍筋間距不滿足采用粘貼碳纖維布進行加固；②梁縱筋配筋不足并相差在40%以內按粘貼碳纖維布進行加固，相差超過40%按外粘鋼板進行加固，梁箍筋配筋不足按粘貼碳纖維布進行加固；③填充墻采用鋼筋網砂漿面層加固；具體部分加固節點大樣詳圖3、圖4[5]。具體節點設計時對于抗震縫處梁柱加固應進行具體分析，由于碳纖維布無法環繞以及粘貼角鋼無法施工，可以采取U型碳布和鋼板替代型鋼進行施工。

圖3 梁碳纖維加固

圖4 角柱粘型鋼加固

3 加固施工

3.1 施工前準備

構件加固前，應考慮將原結構除自重外進行卸載。拆除工作應以盡量不破壞或少破壞原結構為原則，加固地梁以及框柱需拆除一層地坪并將覆土挖至基頂，加固上部結構梁柱需拆除框柱周邊部分墻體（按柱兩側500mm）以及梁底墻體形成加固工作面，具體施工可以根據施工條件進行合理安排。

該學校教學樓加固施工還有個小插曲，第一家施工單位無相關經驗，報價嚴重脫離市場，后又換了一家有相關經驗并具備一定施工能力的施工單位，報價也合理了點。現場照片詳圖5、圖6。

圖5 一層地面鑿除

圖6 柱兩側墻體拆除

3.2 粘貼碳纖維布施工

粘貼碳纖維布施工工序主要有：a.加固區域梁、板面打磨平整，并將浮灰清除干凈，轉角處磨成圓角，曲率半徑≥20mm；b.用丙酮清洗混凝土表面以清除油脂，涂一層飽滿均勻的粘接劑；c.將碳布粘貼上去并沿碳布受力方向按壓出氣泡，反復滾壓，以使碳布與混凝土表面緊密結合；d.碳布粘貼完畢后須刷面膠一遍，粘抹粗砂，膠體凝固后再分兩次涂抹25mm高強砂漿作為防護材料。選用碳纖維布設計參數按：單位面積重量為300g/m，厚度0.167mm，抗拉強度標準值3000MPa，伸長率≥1.5%。施工現場照片詳見圖7。

圖7 粘貼碳纖維布施工

3.3 外粘型鋼施工

外粘型鋼采用角鋼L75x5，Q345材質，綴板采用5mm厚鋼板寬度40mm，加固主要工序有：a.對粘合面打磨時，必須露出混凝土新面并保證表面平整，四周磨出小圓角，半徑r≥7mm，用鋼絲刷刷毛，并用壓縮空氣吹凈；b.型鋼及鋼板粘結面須進行除銹和粗糙處理，打磨粗糙度越大越好，打磨紋路應與鋼板受力方向垂直；c.用丙酮或酒精清洗混凝土、鋼板表面，要求混凝土、鋼板表面無灰塵、無油污；d.鋼構件表面涂刷一層均勻的粘接劑并安裝至梁面處，然后擰緊安裝螺栓，保證外粘型鋼的膠縫厚度控制在3～5mm；e.鋼構件外點焊鋼絲網片，粉25mm厚1:2高強水泥砂漿防護層，并潤水養護。施工完成后現場照片詳見圖8。

圖8 角柱粘鋼完成照片

3.4 采用鋼筋網砂漿面層加固墻體

雙面鋪設鋼筋網砂漿面層加固墻體施工，先鑿除墻體粉刷，后鋪設鋼筋網6@450x450雙面，穿孔設拉結筋6，然后粉抹砂漿面層，優先采用噴射施工，現場照片詳見圖9。當雙面施工有困難時，例如抗震縫兩端墻體，則采用單面鋼筋網砂漿面層加固施工，鋼筋網增大為8@450x450，拉筋鉆孔植入墻體。

圖9 雙面鋼筋網砂漿面層加固施工

3.5 加固完成后恢復

加固施工結束后為了后續使用應完成后續土方回填、填充墻砌筑以及水電安裝、飾面粉刷、門窗安裝等裝修工程，在施工過程中應做好已加固梁柱構件的保護，避免受到二次破壞，一切完成后等待竣工驗收。

3.6 加固驗收

加固施工在各個工序完成后應匯報監理并組織各單位進行驗收，驗收合格后方可進行下一工序施工，施工單位在驗收前應準備好驗收需要的各項材料，特別是材料檢驗及驗收報告以及隱蔽工程驗收報告等。整個項目完成后進行最終竣工驗收，合格后交給學校方使用，并做好后續質保工作。竣工后現場詳見圖10。

圖10 加固竣工后現場

4 案例分析

通過對長豐縣龐古堆小學教學樓的抗震加固設計以及后面加固施工的具體介紹與分析，我們可以比較全面地了解中小學教學樓抗震加固設計和加固施工的具體設計流程和內容。

中小學教學樓作為教學用房，其抗震安全責任重大，在遇到重大地震災害時，要保證建筑物安全，做到“小震不壞、中震可修、大震不倒”[6]，給中小學生提供安全撤離的時間和條件，重點地區甚至可以作為避難場地在后續災后安置過程中起重大作用。故國務院令744號以及安徽省34號文件的發布恰當且及時，對中小學教學用房抗震進行了進一步加強。新建教學樓可以按照文件規定進行后續結構設計，而在文件規定之前已投入使用的大量中小學教學樓以及教學用房，設計標準有可能不滿足文件的規定，那么這些教學樓和教學用房按照文件的規定就可能需要進行抗震加固。

抗震加固設計與裝修改造不同，應按照規范規定的固定的合法的程序進行。“現有建筑抗震加固前，應依據其設防烈度、抗震設防類別、后續使用年限和結構類型，按現行國家標準《建筑抗震鑒定標準》（GB50023-2009）的相應規定進行抗震鑒定。現有建筑抗震加固前，建筑的抗震設防類別及相應的抗震措施和抗震驗算要求，應按現行國家標準《建筑抗震鑒定標準》（GB 50023-2009）第1.0.3條的規定執行。”[7]抗震加固設計單位建議由具有相關經驗的設計單位進行，設計完成后應報相關圖審單位進行審查，審查合格后才可發往施工單位進行后面的加固施工。加固施工單位應具有相應特技施工的相應資質，并且應安排監理進行日常施工監管和質量管控。施工完成后應會同幾方責任主體進行驗收，驗收合格后方能交付給學校進行后續教學使用。而對于粘貼碳纖維布以及粘鋼等在后續使用過程中，還應每隔一段時間進行定期檢查。

5 結語

隨著國務院令744號（建設工程抗震管理條例）的施行，對中小學教學樓以及教學用房抗震設計日益加強和完善，根據安徽省發布的皖震發防[2021]34號文件的規定，中小學教學樓以及教學用房在設計過程中不僅僅要提高抗震措施，而且要將地震動參數提高一檔進行計算。現實中許多學校在當時抗震設計過程中沒有按照地震動參數提高一檔，按文件規定，這些教學樓及教學用房則需要進行抗震加固。抗震加固設計前必須進行抗震安全鑒定，抗震加固設計應遵循抗震安全鑒定報告內容，而加固施工應找有相關特種施工資質的單位施工，報價應符合市場。本文通過龐谷堆小學教學樓的抗震加固具體設計以及后續加固施工，對新文件規定下中小學教學樓及教學用房抗震加固有了較為直觀的理解，對后續工程的抗震加固設計與施工有一定借鑒意義。