砖混结构抗震加固技术与方法

刘航

概述

我国城乡既有建筑总面积超过500亿平方米，而其中以砖砌体墙为主要承重和抗震墙体的砖混结构建筑所占比例较大。一般而言，砖砌体材料抗拉、抗剪强度较低，而抗压强度相对较高，具有自重大、整体性差、易发生脆性破坏等特点，导致其抗震性能较差，在强烈地震作用下易发生严重破坏或倒塌，导致大量的人员伤亡。汶川地震、玉树地震中，大量砖混结构房屋倒塌，震害损失惨重。因此，对现存的大量不满足抗震设防要求的砖混结构房屋进行加固改造，提高其抗震安全性，是当前工程建设领域亟待解决的问题。

砖混结构的传统抗震加固方法主要包括水泥砂浆和钢筋网砂浆面层加固法、钢筋混凝土板墙加固法、增设抗震墙加固法、外加圈梁- 构造柱加固法等，这些方法已经过历次大地震考验，证明是行之有效的抗震加固手段。但是，这些传统加固方法在应用中也存在一些问题，如以湿作业为主，且一般会减少使用面积，影响建筑外观效果，加固施工质量较难控制，扬尘、噪声较大等。

近年来，国内不少研究机构开展了对砖混结构新型抗震加固技术的研究工作，提出了后张预应力加固法、外套结构加固法、高延性混凝土面层加固法等新型抗震加固技术。本文对砖混结构常用的传统抗震加固技术进行了介绍，并结合工程实例对近年来新提出的后张预应力加固技术进行了分析。

砖混结构的传统抗震加固技术

（一）水泥砂浆和钢筋网砂浆面层加固

水泥砂浆和钢筋网砂浆面层加固是砖混结构较为常用的加固方法之一。该方法是通过在砖墙的一侧或两侧涂抹一定厚度的水泥砂浆面层或钢筋网水泥砂浆面层，来提高砖墙的抗震能力。

采用该方法进行加固时，水泥砂浆面层的厚度一般为20～40mm，砂浆强度等级一般采用M10，钢筋网的钢筋直径宜为4mm或6mm，钢筋间距一般为300mm×300mm，钢筋网通过每隔一定间距布置的锚筋与墙体连接。

采用该方法加固后，墙体增加的重量较少，因此加固位置不必自下而上连续，可以根据抗震鉴定结果，仅对不满足抗震承载力要求的楼层或墙段进行加固；同时，在底层进行加固时，水泥砂浆面层不需要另设基础，但底层室外的面层地面以下部分宜适当加厚并深入地面以下500mm，以提高其耐久性。

该方法主要适用于砖墙砌筑砂浆强度等级低于M2.5的情况，当原有砖墙的砌筑砂浆强度等级高于M2.5时，该方法的加固效果不明显。图1为某工程砖墙采用钢筋网砂浆面层法加固后的效果。

（二）钢筋混凝土板墙加固

钢筋混凝土板墙加固是砖混结构另一种常用加固方法。该方法是在被加固砖墙的一侧或两侧浇筑或喷射一定厚度的钢筋混凝土墙，以提高原有墙体的抗震承载能力的加固方法。单面钢筋混凝土板墙厚度一般为60～100mm。当采用双面板墙加固时，相当于将原有砖混墙体改变为钢筋混凝土剪力墙，而如果房屋整体采用双面钢筋混凝土板墙法加固，实质上等同于改变结构体系的加固方法。

当原有墙体的砌筑砂浆强度等级不低于M2.5时，可采用单面或双面钢筋混凝土板墙加固，而当原有墙体的砌筑砂浆强度等级低于M2.5时，应采用双面钢筋混凝土板墙加固。这是因为当砂浆强度较低时，砌体墙开裂后与钢筋混凝土面层可能剥离脱开，加固效果不明显。

采用该方法加固时，混凝土的强度等级宜采用C20，钢筋宜采用HPB235级或HRB335级热轧钢筋；板墙一般设置单排双向钢筋网，钢筋间距宜为150～200mm。单面板墙通常采用锚固深度不小于120mm的锚筋与原砌体墙连接，双面板墙采用穿墙筋与原墙体连接。

钢筋混凝土板墙加固厚度较大，自重也较大，因此加固时应自下而上连续布置，且需要有自己的基础，板墙基础埋深通常与原有墙体基础相同。同样，底层室外的板墙在地面以下部分宜适当加厚，以增加其耐久性。图2为某加固工程钢筋混凝土板墙施工现场照片。

（三）增设抗震墙加固

增设抗震墙加固适用于当房屋的综合抗震能力不满足鉴定要求，或抗震横墙间距超过鉴定要求的情况。增设的抗震墙可以是砌体墙，也可以是钢筋混凝土墙，原则上应优先选用与原结构材料相同的抗震墙。

图1 钢筋网砂浆面层法加固

图2 钢筋混凝土板墙加固

图3 外加圈梁- 钢筋混凝土柱加固

增设砌体抗震墙时，砌筑砂浆的强度等级应比原墙体实际强度等级高一级，且不应低于M2.5。增设的砌体抗震墙厚度不应小于190mm，墙体中一般应设置现浇带或钢筋网片进行加强。墙顶应设置与墙等宽的现浇钢筋混凝土压顶梁，并与楼、屋盖梁、板可靠连接，增设的抗震墙应与原有墙体可靠连接。抗震墙应有基础，其埋深宜与相邻抗震墙相同，宽度不应小于计算宽度的1.15倍。

增设钢筋混凝土抗震墙时，原砖墙砌筑砂浆实际强度等级不宜低于M2.5，现浇混凝土墙沿平面宜对称布置，沿高度应连续布置，其厚度可为140～160mm, 混凝土强度等级宜采用C20，可采用构造配筋。抗震墙应与原有的砌体墙、柱和梁板均可靠连接并增设基础。

（四）外加圈梁- 钢筋混凝土柱加固

圈梁和构造柱对提高砖混结构房屋的抗震能力和防止倒塌有重要作用。设置圈梁和构造柱相当于为砖墙增加了封闭的钢筋混凝土边框，可以有效提高砖墙的整体性，减轻震害，减少损失。因此，对于未按抗震鉴定要求设置圈梁和构造柱的砖混结构房屋，可以采用外加圈梁- 钢筋混凝土柱的方法进行加固。

外加柱一般应设置在房屋四角、楼梯间和不规则平面的对应转角处，并应根据房屋的设防烈度和层数在内外墙交接处隔开间或每开间设置，应由底层开始沿房屋全高贯通设置。外加柱应与圈梁或钢拉杆连成闭合系统。外加柱应设置基础，基础埋深可以与原外墙基础相同，也可不同；当基础埋深与原外墙基础不同时，不得浅于冻结深度。外加柱一般通过设置拉结筋、销键、压浆锚杆或锚筋等与原墙体、基础实现可靠连接。

增设的圈梁在楼、屋盖平面内应闭合，内墙可采用钢拉杆代替；在阳台、楼梯间等圈梁标高变换处，圈梁应有局部加强措施，变形缝两侧的圈梁应分别闭合。外加圈梁一般可通过销键、螺栓、锚栓或锚筋与原墙体可靠连接。图3为某砖混结构建筑采用外加圈梁- 钢筋混凝土柱加固的情况。

（五）钢绞线网片- 聚合物砂浆面层加固

钢绞线网片- 聚合物砂浆面层加固是一种以钢绞线网片为增强材料，通过聚合物砂浆将其粘结在墙体表面的加固方法。该方法可以提高砖墙的抗震承载力，主要适用于原砖墙砌体实际强度等级不低于MU7.5的情况。

图4 钢绞线网片-聚合物砂浆面层加固典型节点

采用该方法加固时，钢绞线网片- 聚合物砂浆面层的厚度一般为25～40mm，钢绞线网片的保护层厚度不应小于15mm。钢绞线应采用6×7+IWS金属股芯钢绞线，单根钢绞线的公称直径应在2.5～4.5mm范围内，抗拉强度标准值为1650MPa（直径≤4mm）和1560MPa（直径＞4mm），与之相应的抗拉强度设计值分别为1050MPa和1000MPa。钢绞线网四周应与楼板或大梁、柱或墙体可靠连接。聚合物砂浆可采用Ⅰ级或Ⅱ级聚合物砂浆。

该加固方法可用于墙体的单侧加固或双侧加固，施工时先将钢绞线网片铺设在被加固墙体的表面，钢绞线网片与墙体采用专用金属胀栓固定，在其表面涂抹一定厚度的聚合物砂浆。与水泥砂浆面层加固法相似，由于所增加的重量有限，其面层不必自下而上连续布置，可以根据抗震鉴定结果，仅对不满足抗震承载力的楼层或墙段进行加固。同时，在底层进行加固时，面层不需要另设基础，但底层室外面层地面以下部分宜适当加厚并深入地面以下500mm，以增加其耐久性。图4为典型加固节点构造示意。

砖混结构的预应力抗震加固技术

除了上述传统加固方法外，近年来，北京市建筑工程研究院有限责任公司等单位提出了对砖墙施加竖向预应力的抗震加固新技术。该加固方法是沿被加固砖墙的两侧，每隔一定间距对称布置竖向无粘结预应力筋，对墙体施加一定的预压应力，从而提高墙体的抗震能力（图5）。

为了检验这种加固技术对提高砖混建筑抗震性能的效果，进行了单面墙体和足尺房屋的试验研究。试验表明对于带构造柱的砖混墙体，采用竖向无粘结预应力筋加固后，墙体的受剪承载力和延性可以显著提高，耗能能力大幅增强。对于无筋砖墙，采用竖向无粘结预应力筋加固后，加固效果不如带构造柱砖墙，但较未加固墙体仍有明显改善，同时由于其承载力和变形能力得到大幅度提高，墙体的耗能能力也有明显的增强。另外，施加竖向预应力后，可以显著提高墙体的抗裂能力，这对砖混结构在小震和中震下的抗震性能将有很大的改善，若设计得当的话，可以实现“中震不坏”的抗震性能目标。

图5 预应力加固砖墙示意图

一栋两层足尺砖混结构房屋模型（200m2），以汶川地震卧龙台站强震记录作为输入地震波进行动力试验，结果表明加固前不满足8度抗震设防的房屋结构采用竖向无粘结预应力筋加固后，在9度罕遇地震作用下基本保持弹性，抗震能力得到大幅度提高。加固后的房屋结构两个方向的受剪承载力与房屋总重量之比分别达到1.24和1.41，表明预应力加固对提高房屋的受剪承载力有非常显著的作用。

对加固结构抗震受力机理的研究表明，砖墙采用无粘结预应力筋加固后，墙体受剪承载力的提高来源于两方面：一方面是由于加固后墙体受压正应力得到提高，另一方面是由于预应力筋作为配筋所起的作用。

在实际应用中，当砖混结构房屋经抗震鉴定，墙体受剪承载力不满足要求时，可以考虑采用竖向无粘结预应力筋进行加固。但如果房屋自身缺少圈梁、构造柱等基本构造措施，应考虑将该项技术与增强构造措施的加固方法配套采用。

砖混结构房屋的抗震加固方法选择

（一）抗震加固原则

砖混结构房屋经抗震鉴定不满足要求时，应进行抗震加固。抗震加固方案应根据抗震鉴定结果经综合分析后确定，通过整体加固、区段加固或构件加固来提高房屋的综合抗震能力。其中以下几点需要特别注意：

1.同一楼层中，自承重墙体由于只承受自身重力作用，其所承受的地震力远小于承重墙体。因此，加固时应首先考虑承重墙体，避免出现加固后自承重墙体的抗震能力高于承重墙体的抗震能力的情况。

2.对非刚性结构体系的房屋，应选用楼屋盖现浇混凝土叠合层、增设抗震墙等将非刚性结构体系改变为刚性结构体系的抗震加固方案；当只能采用保持非刚性结构体系的其他加固措施时，应控制层间位移，提高结构的变形能力。

3.同一楼层中，加固后的墙段受力应均匀，防止个别构件失效后导致结构各个击破，发生严重破坏。楼梯间是地震中人员的主要逃生通道，当选用区段加固的方案时，应对楼梯间的墙体采取加强措施。

4.加固后的房屋抗震承载力应沿楼层较为均匀分布，防止相邻楼层间抗震承载力相差较大而出现薄弱层，如果本层抗震承载力超过下一层20%时，下一层也需要加固。

（二）抗震加固方法

具体加固方法也应根据抗震鉴定结果有针对性地进行选择。

1.当砖混结构房屋的高度、层数超过规定限值时，应采取下列抗震加固方法：

当房屋的总高度超过规定而层数不超过规定的限值时，应采取高于一般房屋的承载力且加强墙体约束的有效措施。

当房屋的层数超过规定限值时，可以通过改变结构体系或减少层数以满足要求，也可通过改变用途降低抗震设防分类要求，从而使层数满足要求。当采用改变结构体系的加固方案时，可以选用传统加固方法中的双面钢筋混凝土板墙加固，将砖混墙体改为钢筋混凝土剪力墙。

当丙类设防且横墙较少的房屋超出规定限值一层和3m以内时，也可以采用提高墙体承载力且增加圈梁、构造柱等加固方法，达到现行国家标准对横墙较少房屋，不减少层数和高度的相关要求。

2.房屋抗震承载力不能满足要求时，可以选择如下的加固方法：

对强度过低或严重破坏的原墙体以及抗震性能差的墙体，如空斗墙，采取拆除重砌的办法，重砌和增设抗震墙的材料可以为砖或砌块，也可用轻骨料混凝土或普通混凝土，最大限度地减小对下部结构与基础的影响；拆除时，应采取可靠的支撑和防护措施。

对开裂的墙体，可采用局部灌浆加固，对砌筑砂浆饱满度差或砌筑砂浆强度等级偏低的墙体，可用满墙灌浆加固。

对承载力不满足要求的砖墙，沿墙体两侧按设计间距对称布置竖向无粘结预应力筋并施加预应力进行加固，也可以在其一侧或两侧采用水泥砂浆面层、钢筋网砂浆面层、钢绞线网片聚合物砂浆面层或喷射混凝土板墙加固。

在墙体交接处采用现浇钢筋混凝土构造柱加固，柱应与圈梁、拉杆连成整体，或与现浇钢筋混凝土楼、屋盖可靠连接。

在柱、墙角或门窗洞口边用型钢或钢筋混凝土包角或镶边；柱、墙垛还可用现浇钢筋混凝土套加固。

在房屋基础设置隔震层进行隔震加固，减小房屋的地震反应。

3.房屋的整体性不满足要求时，应选择下列加固方法：

当墙体布置在平面内不闭合时，可增设墙段或在开口处增设现浇钢筋混凝土框使墙体闭合。当纵横墙连接较差时，可采用钢拉杆、长锚杆、外加柱或外加圈梁等加固。楼、屋盖构件支承长度不满足要求时，可增设托梁或采取增强楼、屋盖整体性等措施。当构造柱或芯柱设置不符合鉴定要求时，应增设外加柱；当墙体采用双面钢筋网砂浆面层或钢筋混凝土板墙加固，且在墙体交接处增设相互可靠拉结的配筋加强带时，可不另设构造柱。当圈梁设置不符合鉴定要求时，应增设圈梁；外墙圈梁宜采用现浇钢筋混凝土，内墙圈梁可用钢拉杆或在进深梁端加锚杆代替；当采用双面钢筋网砂浆面层或钢筋混凝土板墙加固，且在上下两端增设配筋加强带时，可不另设圈梁。当预制楼、屋盖不满足抗震鉴定要求时，可增设钢筋混凝土现浇层或增设托梁加固楼、屋盖。

工程应用实例

（一）工程概况

北京建工党校5号楼为砖混结构，建于20世纪80年代中期，建筑面积4108.4m2，地下一层，地上六层，建筑高度18米。该建筑外观照片见图6，结构三维布置如图7所示。墙体采用烧结普通粘土砖与混合砂浆砌筑，楼、屋盖采用预制圆孔板，局部为现浇钢筋混凝土板，板厚100mm。地基基础采用条形基础。地下一层墙体厚度均为370mm，其他层外墙厚度370mm，内墙厚度240mm。

该建筑由办公用房改造为宾馆，需根据新的用途进行装修改造。由于使用功能发生改变，故委托相关鉴定机构进行了结构综合安全性鉴定，综合安全性评级为Deu级，即房屋结构安全性严重不符合《房屋结构综合安全性鉴定标准》（DB 11/637—2015）的安全性要求，已经严重影响整体安全；或建筑抗震能力整体严重不符合现行国家标准《建筑抗震鉴定标准》（GB 50023—2009）和《房屋结构综合安全性鉴定标准》（DB 11/637—2015）的要求；在后续使用年限内严重影响结构整体安全性能或严重影响整体抗震性能时，需进行加固处理。

（二）整体加固方案分析

本次装修改造中，该房屋由办公用房改造为宾馆，对使用空间要求较高。原有房屋的房间布置较为紧凑，因此，要求加固尽量不减少房间的使用面积。根据改造方案，为满足每个房间新增卫生间的功能要求，内纵墙门洞口改变位置，部分洞口宽度由原来的1米拓宽为2米，这将进一步削弱墙体的抗震能力。同时，新的水电管线从预制板新开洞口穿过，为了增加楼盖的整体性，需对预制楼板进行加固处理。另外，此次装修改造应继续保持原有的外立面风貌。针对上述改造工程特点，对该建筑的纵向墙体、横向墙体以及预制楼板采取了不同的加固措施。

图6 建筑外观

图7 结构三维布置图

首先，对不满足安全性要求的横向墙体采用预应力技术进行加固（图8），沿被加固墙体两侧均匀对称布置了竖向预应力筋，对墙体施加了竖向预应力，墙体的抗震能力可以显著提高。由于预应力筋可以内嵌于墙体中，采用该技术加固的墙体的厚度不需增加，房间的使用面积不会减少。

对于建筑的纵向墙体，根据抗震鉴定结果，其内、外纵墙均存在不满足抗震鉴定要求的情况。考虑到不改变建筑外立面的要求，采用双面钢筋混凝土板墙加固内纵墙。该方法可以同时提高内纵墙的抗震承载力和抗侧刚度，从而减少外纵墙所受地震作用，最终使外纵墙的抗震承载力满足要求。

图8 砖墙预应力加固

图9 楼板叠合层钢筋绑扎

对于预制楼板，采用板面现浇钢筋混凝土叠合层的加固方案（图9）。该方案在提高楼盖整体性的同时，也使楼层内地震力的传力机制发生改变，地震力将主要按墙体的抗侧刚度进行分配，这也进一步保证了纵向墙体加固方案的实现。

上述加固方案中，房屋的横向和纵向采用了不同的加固方式，横向墙体采用的预应力加固技术可以提高墙体的承载力和变形能力，但不会提高墙体的初始抗侧刚度，纵向墙体采用的钢筋混凝土板墙加固技术则可同时提高墙体的承载力、变形能力和抗侧刚度。由于建筑体型规则，且加固布置均匀对称，两种加固方式将分别提高两方向墙体各自的抗震性能，而基本不会引起地震时房屋扭转问题。

结语

当前，砖混结构房屋的抗震加固仍以传统加固方法为主。这些传统加固方法历经大地震考验，对提高既有建筑的抗震能力发挥了重要作用。但我国既有建筑体量庞大，且大量面临更新改造，如果仍普遍采用以湿作业为主的传统粗放型作业方式，势必引起日益严重的施工质量、资源浪费和环境影响问题。因此，亟须在既有建筑改造领域研发并推广绿色建造新技术。砖混结构的预应力抗震加固技术就是其中的一种。

砖混结构的预应力抗震加固技术属于一种低干预加固技术，其不减少使用面积，节约材料，降低工程造价，且施工基本无湿作业，绿色环保，对建筑和环境影响小，施工周期短。在实际工程应用中，可以将该技术与传统的加固方法有机结合，在提高建筑抗震安全性的同时，实现不减少房间使用面积，不改变建筑外观，提升建筑功能等改造需求。该技术为砖混建筑的抗震加固提供了一种新的解决方案，值得进一步大力推广应用。

装配式建造技术是当前新建建筑领域大力推广的绿色建造技术，其现场湿作业少，易于保证工程质量，降低安全隐患，提高生产效率，且节能环保，减少污染，符合绿色可持续发展的理念。将装配式建造技术推广应用于既有建筑改造工程是当前建筑工程领域的重要发展方向。