某学校教学楼抗震鉴定检测及加固设计分析

2016-08-23安徽省建筑科学研究设计院安徽合肥230001

安徽建筑 2016年3期

关键词：批量龄期碳纤维

方昉　（安徽省建筑科学研究设计院，安徽合肥 230001）

某学校教学楼抗震鉴定检测及加固设计分析

方昉（安徽省建筑科学研究设计院，安徽合肥 230001）

以某学校教学楼抗震鉴定实例为研究对象，从抗震鉴定检测、加固设计等方面，提出具体的实施步骤及重点，以期达到抗震鉴定检测及加固设计后能满足现行规范要求的后续使用年限内结构抗震安全性要求。

学校教学楼；抗震类别；鉴定检测；加固设计

0　前言

我国处于世界上两个活跃的地震带上，环太平洋地震带及欧亚地震带，因此我国是多地震国家；地震给我国带来了巨大灾害，造成了数以万计的人员伤亡。我国需要抗震设防的地区占全国陆地国土面积的60%以上，根据《建筑工程抗震设防分类标准》（GB50223-2008），重点设防类（简称乙类）范围有所扩大，尤其是量大面广的教育建筑中的幼儿园、小学和中学的教学用房以及学生宿舍和食堂，抗震设防类别应不低于重点设防类，因此相关的既有建筑必须进行抗震鉴定检测及必要的加固处理措施。针对以上情况，本文结合具体工程实例对教学楼抗震鉴定检测及加固设计进行分析。

1　工程概况

本工程为某学校的教学楼于1985年设计，为6层钢筋混凝土框架结构，建筑面积为4243m2，一至五层层高为3.6m、六层层高为4.1m，建筑总高度22.1m，基本柱距、开间尺寸为6.6m×3.6m；根据《建筑工程抗震设防分类标准》（GB50223-2008）第6.0.8条，本工程抗震设防类别为乙类；本工程抗震设防烈度为7度，抗震等级为二级；基础形式为钢筋混凝土柱下独立基础，原设计框架及现浇梁板一、二层用300号混凝土，三、四层为250号混凝土，四层以上为200号混凝土，楼梯现浇混凝土均采用200号。水箱间屋顶现浇混凝土用明矾石膨胀剂混凝土，各楼层均为预制板、屋面板为现浇混凝土结构，多孔板选用省标皖G401（一），框架填充墙顶部与框架的拉结按CG329P19⑦节点施工。防潮层以上的砖墙均采用75号、25号混合砂浆，200宽的墙为空心砌块墙，120宽的墙为砖墙应沿柱全高每隔500mm设2Ф 6拉筋，现浇板带凡小于100mm的采用皖G401（一）P7节点，150mm～190mm现浇板带放3Ф 10钢筋再用200号细石混凝土填实。根据岩土工程勘察报告显示，本工程场地未发现影响建筑场地稳定性的断裂构造，已建场地属稳定的建筑场地。合肥市抗震设防烈度7度，设计基本地震加速度值为0.10g，地震分组为第一组。已建场地覆盖层深度约28.0～30.0m，建筑场地下20.0m深度范围内场地土类型为中硬土，综合判定建筑场地为对抗震有利的Ⅱ类建筑场地。

2　抗震鉴定检测结论

根据《建筑抗震鉴定标准》第1.0.4及1.0.5条，本工程可按后续使用年限为40年的B类建筑进行抗震鉴定。

现场结构构件的混凝土强度实测结果如下：一层柱现龄期混凝土批量强度推定值为26.5MPa，二层柱现龄期混凝土批量强度推定值为26.3MPa，三层柱现龄期混凝土批量强度推定值为26.4MPa，四层柱现龄期混凝土批量强度推定值为26.4MPa，五层柱现龄期混凝土批量强度推定值为29.4MPa，六层柱现龄期混凝土批量强度推定值为24.3MPa，一层顶梁现龄期混凝土批量强度推定值为27.3MPa，二层顶梁现龄期混凝土批量强度推定值为23.5MPa，三层顶梁现龄期混凝土批量强度推定值为25.0MPa，四层顶梁现龄期混凝土批量强度推定值为28.7MPa，五层顶梁现龄期混凝土批量强度推定值为27.0MPa，六层顶梁现龄期混凝土批量强度推定值为23.5MPa。

根据混凝土强度实测结果及现场查勘情况，对本工程进行了建模整体计算及结构构造分析，抗震鉴定检测结果如下。

①地基基础：现场检测时查看上部主体结构未见因不均匀沉降引起的裂缝和倾斜等异常现象，基础无腐蚀、酥碱、松散和剥落，该地基基础可评为无严重静载缺陷，地基基础满足B类抗震鉴定要求。

②本工程总高度22.1m，层数为6层，满足B类现浇钢筋混凝土房屋适用的最大高度55m的要求；建筑物平面、立面布置规则连续，为双向多跨框架结构，满足要求。

③本工程结构构件实测强度等级均满足B类现浇钢筋混凝土房屋最低C20的要求，结构构件的实测截面尺寸均符合图纸要求。

④本工程纵向框架梁加密区箍筋直径为6mm，不满足《建筑抗震鉴定标准》第6.3.4-3条的加密区箍筋最小直径为8mm的规定；框架柱加密区箍筋直径为6mm，不满足《建筑抗震鉴定标准》第6.3.5-2条的加密区箍筋最小直径为8mm的规定。

⑤现场检测时，经凿除预制板端部接缝处水泥砂浆找平层后发现预制板“胡须筋”被弯折成直角，连接构造不满足要求。

⑥现场检测时发现部分砌体填充墙与框架梁柱交接处开裂（突出屋顶的楼梯间填充墙与梁柱交接处开裂现象较严重），填充墙与柱交接处拉结筋放置较少；经凿除框架梁与填充墙交接处墙体粉刷层后，发现砌体填充墙墙顶与框架梁未紧密结合且墙长大于5m墙顶部与梁无拉结措施，不满足《建筑抗震鉴定标准》第6.3.9-3条的规定。

⑦计算显示显示，部分框架柱的轴压比大于《建筑抗震鉴定标准》第6.3.2-3条最大0.8的规定；框架柱的配筋率满足《建筑抗震鉴定标准》第6.3.5-1条最小0.7的规定。

⑧计算显示显示，部分框架梁的抗弯承载力不满足要求，部分悬挑梁的抗弯截面超筋。

3　加固设计对策

根据抗震鉴定检测结果及原始设计施工图纸，针对存在的问题采取相应的加固对策，具体加固方法及实施步骤如下。

①加密区箍筋直径不满足《建筑抗震鉴定标准》规定的纵向框架梁，采取在框架梁加密区粘贴带钢板锚固的碳纤维布U形箍加固，根据《混凝土结构加固设计规范》10.3.3条公式Vbf=φ vbffAfhf/sf计算能补充由于原箍筋直径不够所造成的抗剪承载力差值，U形箍的粘贴高度延伸至楼板底面，U形箍的净间距不应大于0.7×100=70mm，取50mm。

②加密区箍筋直径不满足《建筑抗震鉴定标准》规定的框架柱，采取在框架柱加密区粘贴碳纤维布环形箍加固，根据《混凝土结构加固设计规范》10.5.2条公式Vcf=φ vcffAfh/sf计算能补充由于原箍筋直径不够所造成的抗剪承载力差值，环形箍的搭接长度为200mm，环形箍的净间距不应大于0.7×100=70mm，取50mm。

③连接不满足要求的预制板，采取板面增设40mm厚钢筋混凝土后浇叠合层加固，叠合层混凝土采用C20细石混凝土，叠合层内预制板受力方向配置直径8@150的通长受力钢筋，非受力方向配置直径6@200的构造钢筋；为增强新旧混凝土粘结咬合能力，板面应凿毛，吹净灰粉，并涂混凝土界面结合剂一道；预制板缝的疏松混凝土应凿除，重新灌注C20细石混凝土。

④填充墙与主体结构连接不满足要求时，部分填充墙拆除后按《建筑抗震鉴定标准》第6.3.9-3条的规定重新砌筑，连接筋化学植筋锚固于原结构中；楼梯间填充墙采取钢丝网砂浆面层法加强加固。

⑤框架柱的轴压比大于0.8且不大于0.9时，根据《混凝土结构加固设计规范》10.4.2条，本工程框架柱的截面为400×500，l/d=3600/400=9<14，截面高宽比为500/400=1.25<1.5，截面高度500<600，故可采用沿其全高无间隔地环向连续粘贴碳纤维布的方法（简称环向围束法）进行加固；根据《混凝土结构加固设计规范》10.4.3条计算，加固后能满足轴压比小于0.8的要求；碳纤维布环向围束的粘贴层数对本工程的矩形截面柱不应少于3层，每一层环向围束螺旋状缠绕时，需保证上下层搭接50mm宽；环向围束截断点的延伸长度不应小于200mm，各层环向围束的搭接位置应相互错开，可采用正反缠绕的方法实现；框架柱四角保护层应凿除，并打磨成圆角，圆化半径不应小于25mm。

框架柱轴压比大于0.9时，采用四面增设钢筋混凝土围套加固，根据《混凝土结构加固设计规范》5.4.1及5.4.2条计算加大截面以后的框架柱配筋，根据《混凝土结构设计规范》11.4.16条计算加大截面以后的轴压比满足要求；新增截面部分厚度为100mm，采用比原设计高一等级混凝土浇筑而成，原混凝土表面应采取凿毛处理并涂刷结构界面剂以保证新旧混凝土共同工作；框架柱新增截面部分新增的纵向钢筋下端化学植筋锚入独立基础中25d，上端穿过楼板在板面处封顶锚固；节点部分即梁柱交接区段，为减少箍筋穿梁钻孔的工作量和对原结构的损伤，箍筋按nAsvfyv/s等效换算为直径和间距较大的等代筋，等代筋间距调整为200。

⑥框架梁的抗弯承载力不满足要求时，采取梁底粘贴碳纤维布法补充梁底配筋量不足，达到提高梁跨中正截面受弯承载力的目的，具体要求如下：首先根据检测结果，本工程梁的实测强度均大于C15，且混凝土表面的正拉粘结实验显示强度不低于1.5MPa，满足粘贴碳纤维布加固的条件；碳纤维布加固前应采取措施卸除作用在结构上的活荷载；根据《混凝土结构加固设计规范》10.2.3条计算需要粘贴的碳纤维布量，且需保证梁加固后，其正截面受弯承载力的提高幅度不应超过40%；梁底粘贴的碳纤维布应延伸至梁的支座边缘，且应在碳纤维布的端部（包括截断处）及集中荷载作用点的两侧，设置碳纤维布的U形箍或横向压条；碳纤维布的表面应进行防护处理，表面防护材料应对纤维及胶粘剂无害，且应与胶粘剂有可靠的粘结强度及相互协调的变形性能。

悬挑梁超筋时，采取梁下增设现浇钢筋混凝土叠合层法加固，加大的高度根据计算确定，梁底新增2根直径14的纵向受压构造钢筋，新增箍筋规格同加固的原梁箍筋，与原箍筋采用焊接连接，新增的混凝土强度比原设计提高一个等级采用，新旧混凝土界面涂刷结构界面剂并采用构造钢筋植筋加强连接。