某幼儿园教学楼结构鉴定及加固要点分析

2017-05-14任春芳

住宅科技 2017年8期

0 概述

上海市闵行区某幼儿园教学楼为一幢两层的建筑，约建造于上世纪90年代，原建筑为两层的砖混结构体系，后期在房屋西南侧进行了扩建，扩建部分为两层的混凝土框架结构体系。目前，房屋原有部分主要作为教室、打饭间及午睡室使用，扩建部分主要作为餐厅及活动室使用。在使用过程中，教学楼出现了一定程度的损坏现象，为确保房屋的结构安全及正常使用，对该教学楼进行了安全性检测鉴定，并针对鉴定发现的问题，进行了加固设计及施工。本文针对该房屋的结构现状及实际使用情况，对结构检测鉴定及加固设计若干技术要点进行了分析，并提出了意见及建议。

1 工程概况

教学楼为一幢两层的教学建筑，原始部分采用砖混结构体系，楼屋面采用预制板承重，外墙及内纵墙设圈梁，大梁搁置端设构造柱；扩建部分（1～3/A～G轴间区域）采用钢筋混凝土框架结构体系，横向单跨（跨距5.33m）、纵向三跨（等跨，跨距3.4m），楼屋面采用现浇板。底层建筑平面如图1所示，2层及屋面结构平面如图2所示。检测数据表明，该房屋呈向东倾斜规律，南北方向上倾斜无明显规律，各测点的倾斜率在0.2‰～3.7‰之间，均未超过《危险房屋鉴定标准（JGJ125-99，2004年版）规定限值10‰。砌筑砂浆抗压强度离散型较大，各测区推定值介于2.3～11.6MPa之间，砖强度等级MU10。

2 房屋结构检测鉴定要点分析

2.1 地基承载能力判定

本工程教学楼所在场地地质勘察资料及其基础布置图纸均缺失，现场检测时幼儿园无法暂停其正常使用，不具备开挖检测条件，因此地基承载能力无法直接检测评定。理论上来讲，房屋使用数年后，其地基土承载力及弹性模量均会有所提高，根据上海市民用建筑设计院1973年出版的《房屋结构设计手册》一书中作了如下规定：“建造七年以上，软土地基的承载能力可提高20%以上”。同济大学高大钊主编的《软土地基理论与实践》一书中指出，对于建造时间在10～20年之间的房屋，其地基承载力按其原设计时的1.1～1.15倍取用[1]。基于对此规律的认识，《民用建筑修缮工程查勘与设计规程》（JGJ117-98）及《建筑抗震鉴定标准》（GB50023-2009）、《危险房屋鉴定标准》（JGJ125-2006）等现行规范标准，均考虑了随时间的增长，地基承载力有所提高这一特性。

图1 教学楼底层建筑平面布置图

图2 教学楼二层及屋面结构平面布置图

结合本工程，教学楼整体呈向东倾斜规律，南北方向上无明显倾斜规律，各测点的倾斜率在0.0‰～3.7‰之间，均未超过《建筑地基基础设计规范》（GB 50007-2011）规定的4.0‰的限值。经调查，房屋自上世纪90年代建成后，未进行过增层，未拆改上部结构体系，上部使用荷载未发生过偶然作用，且考虑到房屋经过多年的使用，其地基承载力有一定程度地提高。上部结构未发现有因地基不均匀沉降造成的开裂变形现象。综合分析房屋的倾斜数据、上部结构完损状况以及使用历史情况等因素，根据《建筑抗震鉴定标准》（GB50023-2009）的相关规定，认定该房屋地基无静载缺陷；根据《危险房屋鉴定标准》（JGJ125-2006），其基础处于非危险状态，可继续安全承载。

2.2 墙体受压承载力计算结果判定

本工程中，墙体受压承载力采用PKPM-QITI砌体结构辅助设计软件进行计算，砖及砂浆强度采用实测值，电算结果显示局部墙肢的抗力与效应之比小于1.0。

经仔细分析发现，PKPM软件计算中，墙体受压承载力是按“一”字型墙段进行计算的，相交墙体未按“T”形或“L”形截面处理。例如，图3中的①、②两个墙段中某一墙段不满足受压承载力要求，并不等于①、②两个墙段组成的“T”形截面墙体不满足受压承载力要求。所以，当“T”形截面某一墙段的受压承载力电算结果不满足要求时，应对“T”形截面墙体重新复核，并以复核验算结果为准[2]。

验算中部无构造柱“T”形截面墙体受压承载力的步骤如下：

图3 “T” 形截面墙体

（1）计算T形截面的形心、面积A 、惯性矩I ；

（2）计算回转半径，截面折算高度hT=3.5i。

（3）计算高厚比β，影响系数。

（4）在墙体受压承载力计算结果图中，将鼠标分别放在T形截面的①、②墙段上，读取两个墙段的轴力设计值 N1、N2，和砌体抗压强度设计值f 。

（5）复核是否大于1.0，如果大于1.0的话，墙体受压承载力满足要求，反之则不满足要求。

上述方法适用于当①、②两个墙段的抗力与效应之比为任意值的情况。当计算结果中出现一个值大于1.0，而另一个值小于1.0的情况时，《QITI砌体结构辅助设计软件用户手册》还给出了一个简便的计算方法，即如果两数的平均值大于1.0，可认为两墙段受压承载力均满足要求[3]，该方法大大降低了计算工作量。

本工程教学楼的计算中，房屋底层6×D、8×D、9×D三处墙体电算结果显示，各“T”形截面均有一个墙肢抗力与效应之比（fA/N ）小于1.0，对其按照“T”形组合截面复核计算后，其受压承载力能够满足要求，该计算结果科学合理。

3 结构加固措施要点分析

3.1 墙体增设构造柱加固

2008年汶川大地震导致房屋的震害现象，再次证明了砌体结构中构造柱及圈梁的重要性，为此在2009年8月1日起施行的《建筑抗震加固技术规程》中，规定了“外加圈梁-钢筋混凝土柱”的加固方法及要求。外加柱应在房屋四角、楼梯间和不规则平面对应转角处设置，外加柱应由底层设起并应沿房屋全高贯通，外加柱应与圈梁连成闭合系统[4]。该方法结构加固效果显著，但严重影响了外立面的美观效果，本工程中房屋为幼儿园的教学楼，外加构造柱会出现多处凹凸的棱角，严重影响幼儿的活动安全。

2009年上海校舍安全加固工程中，部分工程技术人员开始尝试采用“配筋加强带”等代构造柱及圈梁加固，该方法是在需设置构造柱或圈梁的部位，配置纵向钢筋并采用箍筋对穿墙体拉结，增大截面部分浇筑厚约50mm的水泥基加固料，将部分墙体约束在配筋加强带内，从而等代圈梁或构造柱的作用。采用该方法加固后的墙面，凸出外立面建筑面层约30mm（扣除原有粉刷面层），基本不影响房屋外立面的美观，但该方法由于没有规范规程支撑，在实际应用推广中受到制约。

随着理论分析及相关试验研究的进展，2012年8月1日施行的《砌体结构加固设计规范》（GB 50702）提出了一种类似上述“配筋加强带”的加固方法，即钢筋网水泥复合砂浆砌体组合圈梁或构造柱[5]，本案教学楼增设构造柱及圈梁就采用了规范规定的这种方法，典型部位节点做法如图4所示。

3.2 楼面整体性加固

该房屋室外走廊及内走廊均采用预制板楼面，整体性较差，该处又为主要逃生通道，为提高该处的楼面整体性，采用整浇配筋混凝土面层法进行加固。工程上常用的做法为，凿除地坪装饰面层至预制板结构层，清理干净表面后铺设钢筋网片，最后随浇随抹混凝土。该整浇混凝土叠合层的方法能够明显提高预制板楼面的整体性，但也存在不少的缺点，比如：