不减少使用面积的砌体结构加固方法及应用*

杨红旵，陆 飞，王金辉，毛江鸿，陈敏军

(1.宁波理工建筑设计研究院有限公司，浙江 宁波 315100;2.重庆交通大学，重庆 400074;3.浙江大学宁波理工学院，浙江 宁波 315100;4.浙江省岩土基础有限公司，浙江 宁波 315040)

砌体结构房屋在我国分布范围广，数量多，是城乡居民的主要住房结构形式之一。但砌体结构材料强度较低，结构整体性较差，且多数砌体建筑建造年代较早，材料强度、构造措施、施工工艺均存在不妥之处。砌体结构的问题主要有:①主观因素引起的问题包括砌筑砂浆强度不足、砌块强度不足、居民装修时破坏承重墙体等;②客观因素引起的问题包括温度作用、砌体干缩和地基沉降差异引起的裂缝等病害［1-2］。

砌体结构的加固方法主要有三大类［3-5］，即辅助结构加固法、钢筋网水泥砂浆面层加固法及外部粘贴加固法。其中，大部分加固方法需增加墙体厚度，影响建筑的使用面积［6］。

本文提出基于砌体与钢格构柱组合墙原理的砌体结构加固方法，适用于结构竖向承载力不足的情况，综合考虑传统方法缺陷，在不减少房屋套内使用面积的情况下，也可满足抗震规范中需要增设构造柱的条件，可解决砌体房屋中存在的问题。

1 新型加固方法的技术特征分析

1.1 基于砌体与钢格构柱组合墙的原理

在荷载作用下，由于构造柱和砖墙的刚度不同及内力重分布的结果，构造柱分担墙体上的荷载。此外，构造柱与圈梁形成“弱框架”，砌体受到约束，也提高了墙体承载力。设置构造柱砖墙与组合砖砌体构件有类似之处，本文用钢格构柱代替钢筋混凝土构造柱［7］，试验研究表明，可采用组合砖砌体轴心受压构件承载力的计算公式(见图1)。

图1 钢格构柱构造

1.2 建筑功能对比

本文将传统钢筋网水泥砂浆面层加固法与新型加固方法进行比较。按照GB50702—2011《砌体结构加固设计规范》［8］的要求，采用钢筋网水泥砂浆面层加固法加固砌体受压构件时，面层厚度应为35～45mm;本文设计的新型加固方法，按照 GB 50003—2011《砌体结构设计规范》［9］第 8.2.7 条方法进行计算，不足时，采用钢格构柱进行补强，钢丝网水泥砂浆面层作为构造加强措施。具体以一个2.0m×3.0m的房间为例，如图2所示。

由图2可知，原有建筑的使用面积为6.0m2，采用钢筋网水泥砂浆面层加固法后可使用面积为5.75m2，本文提出的新型加固方法后不改变使用面积，仍为6.0m2。通过计算结果可发现，本文提出的新型加固方法相比传统夹板墙加固法多出可使用面积0.25m2，因此，可有效保证建筑的使用面积。

图2 新型加固法和传统加固法在使用面积上的对比分析

1.3 结构受力模式对比

对于传统钢筋网水泥砂浆面层加固法，容易存在以下问题:①大部分老旧建筑的墙体角部构造柱缺失或作用弱化极易先破坏，加固后依然满足抗震规范中需要增设构造柱的条件;②部分老旧砌体结构未设置圈梁，这种情况时，采用传统方法无法满足要求;③传统的钢筋网水泥砂浆面层加固法在江南多水地区容易产生钢筋锈胀，造成面层开裂，破坏加固效果［10］。

采用基于砌体与钢格构柱组合墙原理的砌体结构加固方法将解决传统钢筋网水泥砂浆面层加固法的几个问题:①采用钢格构柱代替钢筋混凝土构造柱能够解决大部分老旧建筑墙体角部构造柱缺失或作用弱化极易先破坏的问题;②采用本文方法时，可在圈梁位置设置钢格构梁，格构梁与格构柱焊接，形成小型框架;③本文对传统钢筋网水泥砂浆面层加固法进行改进:外墙部分改用喷射灌浆料，钢筋网改为钢丝网，外墙及卫生间部位热镀锌防锈处理，水泥砂浆改用喷射聚合物水泥砂浆，这些措施能够很好地解决传统钢筋网水泥砂浆面层加固法的钢筋锈胀、面层开裂等问题，而且采用喷射工艺也可大幅减少人工费用，降低造价。

另外，为确保钢格构柱与砌体整体受力，本文基于砌体与钢格构柱组合墙原理的砌体结构加固方法采取以下构造措施:①用结构胶将钢格构柱与砌体黏结在一起;②用对穿螺栓将钢格构柱与砌体连接在一起;③对穿螺栓螺帽与钢板焊接(土墙结构必须焊接，砌体结构酌情待定);④用钢丝网水泥砂浆将钢格构柱与砌体连成整体，钢丝网与钢板焊接。采用以上措施后，可确保二者共同受力，有效避免因单一构件破坏而造成房屋整体安全隐患。

2 应用实例

2.1 工程概况

该项目为宁波市江东区某5层住宅建筑，上部为砖混结构房屋。该住宅长33.8m，宽8.8m，高14.0m;建成时间为1985年，整体未设置构造柱。根据检测鉴定报告，该住宅鉴定结论为C级(局部危房)，主要问题有:部分承重墙因增设门窗洞口而被拆除;部分位置增加墙体致荷载增大;砌筑砂浆强度低于设计要求;部分圈梁由于下部墙体被拆除发生开裂;部分墙体经验算不满足承载力要求。

通过采取以下加固措施:①保持原结构形式不变;②原多孔板全部保留，对原来搁支长度不满足的多孔板进行搁支长度补强;③通过增设钢格构柱，加固钢筋混凝土构造柱，墙体两侧使用钢丝网聚合物改性水泥砂浆面层构造加强;④本工程原设计已有钢筋混凝土圈梁，因此不必再设钢格构圈梁。最终实现满足结构安全性要求，不影响原有建筑使用面积，结构使用年限达标的加固目标。

2.2 新型加固方法的设计与计算

实际工程应用时，需依据不同的墙体形式进行加固设计与计算。本文以一片典型墙体(见图3)的加固计算为例，介绍计算过程。

普通砌体结构承载力的计算公式:

采用砖砌体和钢筋混凝土构造柱组合墙的轴心受压承载力的计算公式:

式中，Nu为砌体结构承载力，φcom为组合砖墙的稳定系数，η为强度系数，l为沿墙长方向构造柱的间距，bc为沿墙长方向构造柱的宽度，A为扣除孔洞和构造柱的砖砌体截面面积，Ac为构造柱的截面面积。

图3 典型墙体加固示意

根据相关图纸可知:l=4400mm，bc=190mm，h=2800mm，暂定小砌块孔洞率为40%。根据计算荷载:pAC=150kN/m，pCE=88kN/m。高厚比为14.74;配筋率ρ=0。计算如下:

η =［1/(1/bc－3)］1/4=［1/(4400/190－3)］1/4=0.472

1)根据《砌体结构设计规范》表8.2.3内插值取 φcom=0.7515。

2)原砂浆强度为 2.0MPa，砌块为 Mu7.5，根据《砌体结构设计规范》表3.2.1－4内插值取 f=1.29MPa，A=980400mm2。

3)灌浆混凝土约为C13。据GB50367—2013《混凝土结构设计规范》［11］表 4.1.4 －4 内插值 fc=6.28N/mm2，Ac=59280mm2。

4)内部插筋:fy’=210N/mm2，As

’=314mm2。

5)加固钢板:fy1’=215N/mm2，As1

’=5100mm2。

据《砌体结构设计规范》8.2.7 条:

由此可知，计算结果符合要求。以上计算中包含L形和T形墙角，本工程中其他类型墙角的加固方案如图4，5所示。说明:加固范围为基础顶至屋面板底，钢结构与墙体空隙处用结构胶填实，缀板与缀条间采用角焊缝连接(满焊)，圈梁或梁均必须要有1对穿螺栓穿过。

图4 “I”形墙角加固示意

图5 复杂型墙角加固示意

2.3 现场施工重点

本文加固方法主要施工要点在于钢结构加工与安装，钢结构的制作与安装处理要点如下。

1)焊接要求 施焊时应选择合理的焊接工艺、焊接顺序，采取多种有效措施尽量减少钢构件的焊接应力和焊接变形。构件的主材拼装焊缝、端板与梁上翼缘与腹板及柱脚处的连接焊缝质量等级应达到二级焊缝质量标准，其余为三级。焊Q235的钢材:手工焊用E4303型焊条，自动或半自动焊用H08或H08A型焊丝。

2)涂装要求 钢构件先经抛丸除锈，除锈等级应达到Sa2.5级，然后±0.000m以下部分钢构件热镀锌处理，应符合GB/T8923.1—2011《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》的规定。钢构件(包括零部件)除锈后，先刷2道醇酸红丹防锈底漆，现场安装完后再刷2道灰色醇酸调和漆。

3)粘钢加固施工要求 粘钢施工工艺流程、混凝土及钢板黏结面的表面处理、黏结剂的选择、工程质量及验收必须满足GB50367—2006《混凝土结构加固设计规范》的要求。粘贴钢板后，钢板表面敷设钢丝网，用水泥砂浆粉刷保护。与钢材相贴邻的混凝土构件表面需要清理平整，可用修补砂浆找平。

3 总结与展望

本文设计了一种在满足结构安全基础上，不减少房屋使用面积，并解决砌体结构墙体承载力不足的一种新型房屋加固方法，并在实际工程进行了应用，结果分析如下。

1)该新型方法在结构受力上更加安全可靠，采用结构胶黏结和对穿螺栓连接的方式使原建筑物与加固钢板连接成可靠的整体，抗震性能有了明显改善，保证了结构体系的安全性和耐久性。

2)该新型方法在建筑使用面积上同样有很大的优势。相比于传统的加固方法，该新型方法可不减少房屋的使用面积。

3)该新型方法适用范围广，可用于砌体结构、土墙结构和木结构。同时加固费用较低，不破坏外观，保持建筑物原有格局。加固时间短，风险低，解危成效快。但该方法也要求施工队的专业技术达到较高水平，才能保证加固构件的可靠连接。

参考文献:

［1］唐宽.农村砌体房屋危险性分析及处理方法研究［D］.长沙:湖南大学，2011.

［2］冯学刚.砌体结构地震破坏模式研究［D］.哈尔滨:中国地震局工程力学研究所，2010.

［3］夏章义.砖砌体墙常用加固方法的研究［D］.杭州:浙江工业大学，2013.

［4］王英，闫凯，徐国洲，等.钢筋网水泥砂浆面层加固砖墙受剪承载力分析［J］.华中科技大学学报(自然科学版)，2013(1):122-127.

［5］唐颖.结构外部粘贴加固问题的探讨［J］.建筑结构，2007，37(S1):217-218.

［6］黄志雄.“外包钢法”在危房加固中的应用［J］.西部探矿工程，2011(2):206-208.

［7］邓科，郭彦林，王宏.钢－混凝土组合格构柱的设计方法研究［J］.工业建筑，2005(9):80-83.

［8］四川省建筑科学研究院.砌体结构加固设计规范:GB50702－2011［S］.北京:中国建筑工业出版社，2011.

［9］四川省建筑科学研究院.砌体结构设计规范:GB50003－2011［S］.北京:中国建筑工业出版社，2011.

［10］郭猛，马蘅.钢筋网－水泥砂浆面层加固砌体墙裂缝分析及设计建议［J］.建筑结构，2014(11):38-40.

［11］四川省建筑科学研究院.混凝土结构加固设计规范:GB 50367－2013［S］.北京:中国建筑工业出版社，2013.