某中学教学楼结构改造及抗震加固方案分析

2014-11-09尚于勇

山西建筑 2014年23期

尚于勇

(山西钢铁建设(集团)有限公司，山西太原 030003)

1 工程概况

某中学教学楼建于1995年，为4层砖混结构，建筑平面呈L形，建筑轴线尺寸长48.5 m，较窄处宽为7.2 m，较宽处宽为17.0 m，总建筑面积为2 275.60 m2，各层层高均为3.6 m，室内外高差0.45 m，建筑高度为15.6 m，结构总高度为14.85 m。该楼结构形式部分为外廊式，部分为内廊式，横墙承重，楼屋盖采用预制板，部分为现浇混凝土板，基础为钢筋混凝土筏板基础，筏板厚度为350 mm，墙下基础梁截面为500 mm×500 mm，基础以下干插两层片石，黑砂灌缝，高度为500 mm。该工程所用工程材料为:±0.00以下砖石砌体均采用50号砂浆砌筑，砖标号为100号;1层、2层砖砌体均采用50号混合砂浆砌筑100号砖;3层、4层砖砌体均采用50号混合砂浆砌筑75号砖;所有砖均为机制砖。钢筋混凝土构件除注明外均为200号混凝土浇筑。

结构基本信息:建筑结构安全等级为二级，基本风压0.40 kPa。基本雪压0.35 kPa。设计使用年限50年。抗震设防信息:设防分类为乙类。清徐地区抗震设防烈度为8度，设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度为0.2g。场地类别为Ⅲ类。

2 结构改造方案及抗震验算

现业主单位拟将该教学楼改造为学生宿舍楼，拟在原结构内增加砖横墙，将原有大开间改为小开间，建筑功能由原教室改为宿舍，见图1，图2。

图1 原教学楼平面布置示意图

图2 拟改造后学生宿舍楼平面布置示意图（图中黑色墙体为新增墙体）

以下根据原设计图纸，对改造后结构进行了抗震计算。对增加横墙后的结构采用结构设计软件PKPM进行建模计算。上部结构各层建筑材料强度均按原设计取值。结构楼、屋面恒荷载取值依据建筑做法计算得到;楼、屋面活荷载取值依据现行GB 50009-2001建筑结构荷载规范(2006版)取值;地震作用依据现行结构GB 50011-2010建筑抗震设计规范取值;结构计算依据GB 50003-2010砌体结构设计规范。新增墙体材料取值同原设计。

对增加横墙后的结构进行计算，结构各层墙体抗震承载力验算表明1层～3层的内外纵向墙体墙肢抗震承载力不满足承载要求，4层内外纵墙体抗震承载力可满足承载要求。各层横墙抗震承载力满足要求。

3 新增墙体改宿舍楼后结构的抗震措施鉴定

依据原设计图纸，对教学楼改宿舍楼后的结构进行抗震鉴定。抗震鉴定依据GB 50223-2008建筑工程抗震设防分类标准及GB 50023-2009建筑抗震鉴定标准的有关条文规定进行。

由于建筑物在改造后仍属于学校建筑，则该楼改造为学生宿舍后的建筑抗震设防类别仍应为重点设防类(乙类)。该楼建设年代为1995年，后续使用年限宜定为40年(B类建筑)。依据GB 50023-2009建筑抗震鉴定标准第1.0.5条，对后续使用年限40年的建筑(B类建筑)，应采用GB 50023-2009建筑抗震鉴定标准各章规定的B类建筑抗震鉴定方法进行鉴定。又由GB 50023-2009建筑抗震鉴定标准第1.0.3条规定，对作为乙类设防建筑的该结构应按比本地区设防烈度(8度)提高1度(9度)的要求核查其抗震措施，抗震验算按不低于本地区设防烈度的要求采用。

1)层数、结构高度及层高。改造后宿舍楼为4层砖混结构，结构高度为14.85 m，各层层高均为3.6 m。依据GB 50023-2009建筑抗震鉴定标准第5.3.1条、5.3.2条规定，结构层数限值为4层，结构高度限值为12 m，层高限值为3.6 m，因此，结构层数(4层)及层高(3.6 m)均可满足规范要求，满足抗震鉴定要求，但结构高度(14.85 m)超过12 m的限值，不满足鉴定要求。

2)抗震横墙间距。改造后宿舍楼结构抗震横墙最大间距为3.0 m＜7.0 m，按9度核查抗震措施，抗震横墙间距为7 m，因此，满足GB 50023-2009建筑抗震鉴定标准第5.3.3条第1款的要求，满足抗震鉴定要求。

4)房屋建筑布置及结构体系。改造后宿舍楼结构纵横墙的布置均匀对称，沿平面内对齐，沿竖向上下连续，楼板无错层，同一轴线窗间墙宽度一致，立面不存在高差，各部分刚度、质量基本均匀，但在房屋L形转角处设置楼梯间，不符合规范要求。改造后结构不存在独立砖柱支承情况。本结构基础为同一类型钢筋混凝土筏板基础。因此，房屋建筑布置及结构体系基本满足GB 50023-2009建筑抗震鉴定标准第5.3.3条第3款～第8款的要求。基本满足鉴定要求。

5)材料实际强度。根据原结构设计图纸，该结构砌筑砂浆强度(M5)、砖强度(MU7.5)、混凝土为200号(C18)均可满足 GB 50023-2009建筑抗震鉴定标准第5.3.4条关于建筑材料的要求(砖墙体砌筑砂浆强度等级不应低于M2.5，砖不应低于MU7.5，混凝土构件混凝土强度不低于C15)。

6)整体性连接构造、圈梁及构造柱设置情况鉴定。依据GB 50023-2009建筑抗震鉴定标准第 5.3.5～5.3.7 砌体房屋的整体性连接鉴定要求，对改造后宿舍楼结构整体性连接构造、圈梁及构造柱设置情况进行鉴定。

a.改造后宿舍楼结构墙体在平面内闭合，原有纵横墙交接处咬槎砌筑，新增横墙与原有纵墙按抗震措施要求加强连接，结构中无烟道、风道、垃圾道等削弱墙体的情况。

b.钢筋混凝土构造柱的布置情况。该建筑原有结构在外纵墙与横墙所有交接处，结构外围四角、楼梯间四角、门厅四角设置有钢筋混凝土构造柱;混凝土大梁与纵墙交接处大部分均设置钢筋混凝土构造柱，混凝土大梁梁端缺少构造柱的4个位置分别为Ⓑ/③轴，Ⓑ/④轴，Ⓒ/③轴，Ⓒ/④轴。钢筋混凝土构造柱截面及配筋为:240 mm×240 mm，配筋4φ12，φ6@100/200。构造柱根部伸入基础圈梁内，顶部伸入屋顶圈梁。基本满足鉴定要求。

关于构造柱布置，可以对缺少构造柱的位置，在新增砖横墙时补充布置，改造后宿舍结构可满足构造柱布置要求。

c.该建筑原结构在每层层高处设置圈梁，圈梁布置于每道墙体上。满足布置要求，圈梁配筋也满足鉴定规范要求。关于圈梁布置，可以在新增砖横墙时补充布置，改造后宿舍结构可满足圈梁布置要求。

7)墙体拉结连接。可以在新增砖横墙时，将新增横墙与原纵墙进行可靠拉结。满足鉴定要求。

8)房屋局部尺寸。经现场勘查实测可知，该楼承重外墙尽端至门窗洞口的最小距离为1.0 m，虽设置有钢筋混凝土构造柱，但仍小于9度抗震措施要求的1.5 m的80%，即1.2 m，故不满足抗震措施要求，应进行抗震加固。

内墙阳角至洞口处的最小距离为0.48 m，虽设置钢筋混凝土构造柱;但远小于9度抗震措施要求的2.0 m，故不满足抗震措施要求，应进行抗震加固。

外纵墙承重窗间墙最小宽度为1.12 m，虽设置有钢筋混凝土构造柱，但仍小于9度抗震措施要求的1.5 m的80%，即1.2 m，故不满足抗震措施要求，应进行抗震加固。

9)楼梯间抗震措施。目前楼梯间无法做到顶层楼梯间墙体沿墙高每隔500 mm设置钢筋拉结网片，按9度要求还应在楼梯休息平台或楼层半高处设置60 mm厚钢筋混凝土带或配筋砖带等要求，抗震措施无法满足GB 50023-2009建筑抗震鉴定标准第5.3.11的要求，故不满足抗震鉴定要求，必须采取抗震加固措施。

4 结构改造及抗震加固方案制定

4.1 结构改造后带来的抗震问题

根据前述对增加横墙进行改造后的结构进行抗震验算和抗震措施鉴定结果，需要解决的主要抗震安全问题如下:

1)对增加横墙后的结构，1层～3层的内外纵向墙体墙肢抗震承载力不满足承载要求，需进行抗震加固。

2)改造后的结构层数满足要求，但结构高度超过规范要求，需采取改变结构体系的措施进行抗震加固。

3)房屋局部尺寸不满足规范要求，主要是内外纵墙门窗洞口尺寸不满足抗震措施要求，应进行抗震加固。

4)楼梯间抗震措施不满足要求，应进行抗震加固。

5)结构整体性连接措施局部不满足抗震要求，应进行加固。

4.2 结构改造及抗震加固

1)在拟增加横墙的位置增加横墙，并将所有墙体交接处均补充设置钢筋混凝土构造柱，新增墙体下部设置基础梁，基础梁做法同原设计;同时做好新增横墙与原有纵墙的连接措施。加固方案见图3。2)对1层～3层内、外纵墙及外横墙增设70 mm厚钢筋混凝土板墙，钢筋混凝土板墙设置专门基础，同原有钢筋混凝土筏板基础连接。加固方案见图3。3)为提高楼梯间墙体抗震性能，专门对楼梯间四周墙体增设70 mm厚钢筋混凝土板墙，钢筋混凝土板墙设置专门基础，同原有钢筋混凝土筏板基础连接。加固方案见图3。经对改造后结构进行计算，结构各层墙体抗震承载力验算结果可满足抗震安全要求。