某多层砌体结构教学楼的抗震鉴定及加固设计

2015-10-12孟亮河南省建筑科学研究院有限公司450000

河南建材 2015年5期

关键词：预制板教学楼砌体

孟亮河南省建筑科学研究院有限公司（450000）

孟亮
河南省建筑科学研究院有限公司（450000）

通过实例，对某教学楼进行抗震鉴定分析，提出了抗震加固设计方案，同时给出了多层砌体结构抗震加固设计建议。

多层砌体结构；抗震鉴定；抗震加固设计

我国是地震高发国家，地震造成的人员伤亡居世界首位。同时，我国地震区也分布较广。2008年5月12日四川省汶川发生了里氏8.0级的强烈地震，造成了大量房屋倒塌。特别是校舍建筑的毁坏最为严重。

作为人员较为密集的公共建筑，校舍建筑一般均采用大开间，外挑走廊，为了满足教室采光，要求填充墙体开大窗洞。以上造成此类结构体系整体性较其他相同结构差。

为了最大限度保护师生的生命安全，建设部对抗震相关的一系列规范进行了及时修订：幼儿园、中小学的教学用房、宿舍以及食堂抗震设防类别不应低于重点设防类，即不低于乙类。同时对若干结构抗震的构造措施加以修订，提高了结构抗震能力的要求。

1　房屋结构概况及抗震鉴定分析

本次抗震鉴定及加固设计主要依据是《建筑抗震鉴定标准》（GB 50023-2009）以及《建筑抗震加固技术规程》（JGJ 116-2009）。

1.1建筑结构概况

本工程位于河南省郑州市城南路，始建于1991年。建设单位为郑州市第四十五中学，设计单位为郑州市教委建筑设计室，施工单位、监理单位不详。

该建筑为砖混结构，共4层，建筑面积约1 800 m2。

材料强度：依据原设计图纸，墙厚均为240 mm，1层至2层采用75号砖、50号水泥混合砂浆砌筑，3层至4层采用75号砖、25号混合砂浆砌筑。

活荷载：教室以及办公室取2.0 kN/m2，卫生间取2.0 kN/m2，走廊、楼梯间过道取3.5 kN/m2，非上人屋面取0.5 kN/m2。

恒荷载：预制楼面取4.5 kN/m2，预制屋面取5.5 kN/m2。

墙体荷载：原有240 mm厚黏土砖墙体，考虑双面20 mm厚抹灰的重量，荷载取值为5.4 kN/m2。

1.2抗震鉴定结果

该房屋建造于1991年4月，根据《建筑抗震鉴定标准》（GB 50023-2009）的相关规定，按B类建筑（后续使用年限为40年）进行鉴定；该房屋为教学实验楼，属乙类建筑，按8度核查其抗震措施，按照7度（0.15 g）进行抗震性能验算。

以下几项构造不满足要求：

1）此教学楼的横墙间距最大为13.2 m，横向抗震墙较少，根据《建筑抗震鉴定标准》GB 50023-2009第5.3.1条的规定该房屋总高限值为15 m，层数限值为四层。

2）根据《建筑抗震鉴定标准》GB 50023-2009规定，房屋的高宽比不宜大于2.0，该房屋高宽比为2.2。

3）根据《建筑抗震鉴定标准》GB 50023-2009第5.3.3条第五款的规定，房屋尽端和转角处不宜有楼梯间，该房屋尽端和转角处设有楼梯间。

4）楼（屋）盖为预制板，不满足《建筑抗震鉴定标准》规定的“宜采用现浇或装配整体式楼、屋盖”。

5）绝大多数应该设置构造柱的部位未设置构造柱，所有构造柱的拉结钢筋以及马牙槎的设置不满足要求。

6）房屋的易倒塌部位，如承重外墙尽端至门窗洞边的距离、非承重外墙尽端至门窗洞边的距离、内墙阳角至门窗洞边的距离不满足《建筑抗震鉴定标准》规定的最小值。

1.3抗震承载力验算结果

根据中国建筑科学研究院开发的PKPM系列软件JDJG模块以及现场检测数据，对房屋结构建模计算分析，验算结构在地震力作用下的承载能力，建模时，适当考虑了原结构中施工缺陷、钢筋锈蚀等不利因素的影响，结果如下：

1）地基及基础：上部结构整体变形不大，无明显沉降开裂，可评定地基基础无明显静载缺陷。

2）上部承重构件：教学楼1～4层部分承重墙抗震承载力不足，同时1～4层部分墙体受压承载力不足。楼层综合抗震能力见表1。

表1　楼层纵、横向墙体综合抗震能力指数计算结果

2　加固设计方案

根据校舍砌体结构震害分析以及对本教学楼的抗震鉴定结论，提出以下加固设计方案。

1）设置钢丝网水泥砂浆面层。由于原有部分纵、横墙抗震承载能力不满足要求，所以对不满足要求的墙体增加钢丝网水泥砂浆面层。设置钢丝网水泥砂浆面层时，应充分考虑建筑外立面，如计算要求外立面必须设置面层，宜全高布置。

2）设置钢筋混凝土板墙。按《建筑抗震加固技术规程》（JGJ 116-2009）5.1.3第一条，对原结构应该采取高于一般房屋的承载力且加强墙体约束的有效措施。本工程所采用的做法是采用双面钢筋混凝土板墙作为结构抗震墙以增加结构抗震能力。钢筋混凝土板墙设置在房屋外墙四角、大房间内外墙交接处、隔开间横墙与外墙交接处、楼梯间四角等位置。同时也对房屋易倒塌部位进行了加强。

3）设置构造柱。根据鉴定结果，本项目构造柱的设置的数量以及构造均不满足要求。根据《建筑抗震加固技术规程》5.2.2条，当墙体采用钢筋混凝土板墙加固时，如在墙体交接处增设相互可靠拉结的配筋加强带时，可代替构造柱的作用。

4）设置外廊悬挑梁端部增设钢筋混凝土柱。本教学楼结构是外廊式，外走廊下悬挑大梁外挑1.8 m。此类单跨建筑横向偏心受力，外廊侧倾覆力矩较大，纵向质心、刚心偏离，地震时扭转较为严重。在汶川地震中，不少类似建筑挑梁下部窗间墙受损严重，部分外廊受竖向地震力作用直接掉落，同时带动和其相连接部位，致使教学楼逃生通道丧失。

在悬挑梁外侧加设纵向一排通长的钢筋混凝土柱，并在纵向柱顶设置一排拉梁，使结构横向大梁从单跨变成两跨，钢筋混凝土柱增加了结构纵向的刚度，将外廊这一安全通道的可靠性大幅提高，教学楼结构的高宽比也得以相应降低。为了保证新增柱子不会因为自身沉降导致对原有结构产生不利影响，柱基础采用纵横向条形基础，和原有结构墙下条形基础连成一体。新增混凝土柱与原有悬挑梁及走廊板应可靠连接。

5）设置混凝土叠合层和圈梁。本教学楼以及相当多的砌体结构校舍，楼（屋）盖采用预制板，在施工阶段预制板的优势非常明显，但抗震能力却相对较弱。预制板和砌体纵、横墙，大梁连接节点往往整体性较差，地震时候常常因为在墙体的搁置长度不够而将预制板震落。预制板的刚度无法达到现浇楼板的刚度，地震时水平力无法较为均匀地分配到墙体，造成墙体变形。为了增加楼板和墙体的整体性，本项目屋面和部分楼面设计采用45 mm厚配筋细石混凝土整浇层加固，利用整浇层的穿墙钢筋增加对内、外墙的拉结，增加了楼（屋）盖的整体性和平面内刚度，楼（屋）面板的竖向承载能力也得到了大幅提高。

在没有设置整浇层的楼盖，在预制板板底和梁、墙交接位置设置通长封闭的角钢支托，角钢支托通过螺栓和纵横墙锚固。支托的作用相当于圈梁将楼面板和墙体拉结起来，增加了结构的整体性。同时支托给预制板提供了附加的搁置长度，降低了其震落的可能性。

6）对楼梯间、出屋面小房的加固。出屋面小房等房屋局部突出物，刚度远小于下部主结构，在地震的过程中会产生“鞭梢效应”。此部分结构加固经常被设计人员所忽视，留下安全隐患。本设计对出屋面小房内侧四周加设钢丝网水泥砂浆面层进行整体加固，以提高其抗侧力刚度，防止其脱落伤人。