某小学教学楼检测鉴定与加固技术应用研究

2010-03-21宋显锐

河南建材 2010年4期

田野，张鹏，宋显锐

1 河南省建筑科学研究院有限公司（450053）2 河南高速公路发展有限责任公司安新改建工程项目部（450000） 3 河南建筑职业技术学院（450007）

随着我国宏观经济的快速发展,中小学教学楼等教育基础建设也得到了飞速的发展。但是，由于结构在长期使用过程中损伤、劣化，设计施工及管理的缺陷，后期使用功能的改变，火灾、地震等偶然因素的影响及规范要求的提高，导致中小学教学楼等结构物存在诸多安全隐患,为提高教学楼等结构物的安全性、可靠性、耐久性，保障学生安全，减少负效益，以使它能更好的为社会服务。为此，加强对中小学教学楼建筑检测、鉴定及加固进行开发和研究相当有必要，具有重要的社会意义和巨大的经济效益[1]。

1 工程概况

1.1 原结构设计概况

郑州市某小学教学楼加固工程为四层砖混结构,建筑面积为2910.01m2，该工程由郑州市教委建筑设计室于1990年12月设计。该工程现浇混凝土构件采用200号混凝土（垫层采用100号混凝土）。墙体为240mm厚普通红粘土75号砖、50号混合砂浆砌筑。梁截面设计为矩形250mm×500 mm。

该教学楼始建于1995年，1996年投入使用，施工期间无工程监理。1～3每层各8个教室，4层为6个教室，至今仍在使用。

1.2 工程结构病害

工程结构正常使用中出现的病害有以下几点:

1）随机抽取梁进行检测，经对所测数据进行统计、计算及分析，测得梁的混凝土强度严重偏低，部分梁混凝土强度低于C10，造成梁的承载能力不足，也是形成梁裂缝的原因。

2）该教学楼的混凝土呈现黄色，梁上混凝土用直尺可刮落，有的地方甚至用手可以捻碎；梁存在蜂窝、麻面现象，部分地方出现露筋现象且露出的钢筋已经锈蚀。

3）混凝土梁出现裂缝，其宽度大于0.3mm，最大裂缝宽度达到1.5mm。超出GB50010-2002的允许范围，梁承载能力不足，该教学楼的安全性不符合国家规范要求，极大地影响承载能力。

4）此教学楼抗震设防为丙类，不符合新规范学校乙类抗震设防要求，故需抗震加固。

5）该教学楼存在严重质量问题，故需加固来满足其安全性、适用性、耐久性的要求。

1.3 鉴定结论

1）梁混凝土强度严重偏低,部分梁混凝土强度低于C10，造成梁承载能力不足，是梁形成裂缝的主要原因。

2）混凝土梁存在蜂窝、麻面现象，部分地方有露筋现象，且露出的钢筋锈蚀。梁裂缝宽度大于0.3mm,最大裂缝达1.5 mm。超出GB50010-2002的允许范围。梁承载能力不足，该教学楼的安全性不符合国家规范要求，显著影响承载能力。

3）鉴于该工程存在严重质量问题，建议该工程暂停使用并立即采取措施，以策安全。

2 加固设计

该教学楼加固设计使用年限经多方共同商定为30年，其加固设计计算按规定进行了承载能力极限状态和正常使用极限状态设计、验算。验算时，考虑原结构在加固时的实际受力状态以及加固部分与原结构的共同工作程度，根据现场调查核实结构上的荷载作用,其抗震能力可按JGJ116-2009的有关规定分析、结构整体计算分析，对墙段抗力与荷载效应进行比较[2][3]。

2.1 加固计算分析

对郑州市某小学教学楼的砌体结构计算控制数据如表1所示。

表1 教学楼砌体结构计算控制数据

目前，结构整体计算分析没有相应的软件，在本次计算中将砂浆面层部分按等效刚度的方法，折合成砌体，同时降低材料的比重,以使恒载设计值与实际教学楼的情况相接近，用结构分析计算软件对该教学楼进行计算，对抗震、局部受压、墙高厚比、墙体受压承载力的抗力与结构效应进行比较，抗力大于荷载效应为满足要求,其结构计算总结果如表2所示。

表2 结构计算总结果

2.2 加固方案制定

郑州市某教学楼盖中矩形截面梁尺寸:b×h＝250mm×500mm,现浇混凝土采用200号HRB335级钢筋,受拉钢筋为 3B18（Aso＝763mm2,配筋率 0.64%）,梁初始设计弯矩值为96.72kN·m。经现场检测，梁体混凝土强度偏低仅为C18,部分强度低于C10，造成梁承载能力不足，形成裂缝。为使梁体最薄弱部位恢复原有的承载能力及抗震规范要求,梁体承载力弯矩设计值为118.56kN·m，并对抗剪进行验算，其计算流程如下[4]:

取 ψf＝1.0

由 α1fc0bx＝ψspfspAsp+fy0As0+f′yA′s0-f′spA′sp可得:

7.2·250 ·166＝1.0·215·Asp+335·763

Asp＝200.6mm2

由于教学楼混凝土强度较低，综合考虑后确定，其梁体采用厚度4mm的钢板，宽度B＝240mm，通长布置。

梁体加固方案如图1、图2所示。

2.3 构造柱加固方案的确定

为抑制墙体开裂,增加其整体性、抗震性,依据GB50009-2001[3-4]、JGJ116-2009[31]核实结构上的荷载与作用，结合结构的计算图形及其实际受力构造状况，考虑偏心变形等附加应力，最后确定墙体加固方案如图3所示。

3 加固施工

3.1 钢板加固钢筋混凝土梁施工工艺

粘钢加固应由专业施工队伍施工,其施工必须严格按工艺流程进行，主要步骤:黏贴面处理、结构胶配制、粘贴固化、防锈、检验等工序。粘贴钢板加固具体施工操作工艺如下[5]:

1）构件结合面处理:清理粉刷层、剔除表面的粉刷层及饰面层，清理干净，用角向磨光机磨去粘结面浮浆并清理干净，用丙酮将表面擦干净。

2）螺栓定位:用钢尺和铅笔在欲粘钢板处划线，在预定位置打孔，以便安装螺栓。

3）打磨钢板:用角向磨光机磨去粘结面浮浆并清理干净，打磨粗糙度越大越好，打磨纹理尽量与钢板受力方向垂直，直至出现金属光泽，然后用脱脂棉花沾丙酮擦拭干净。

4）配制结构胶:按产品使用说明要求配制粘结剂。粘钢胶是由甲乙两组分组合而成，甲组料为结构胶基料，乙组料为固化剂。两组材料配合后必须在30min内使用，否则开始固化后就无法粘合。使用易散热的宽浅软塑料(聚乙烯)盆或筒作为盛器，先放入甲组料、然后乙组料，拌合均匀。

5）涂结构胶及粘贴:将新配好拌合均匀的粘钢胶用铲刀紧密地均匀地涂抹在做过表面清洁处理的钢板粘合面上,使之充分浸润在粘合面上,然后再把结构胶涂抹在钢板粘合面上，使之在板宽中央涂抹胶的厚度大3mm，两侧可薄一些,并有多人共同托住钢板对准膨胀螺旋向混凝土粘合面上合，并迅速用钢管顶推固定钢板，使钢板与混凝土粘合面紧密粘合，挤出多余建筑结构胶。

6）检验粘贴质量满足规范要求后，钢板外抹20mm厚1∶3水泥砂浆，洒水养护。