某安全性等级为 C 级的教学楼加固设计

孙乐乐

（国投工程检验检测有限公司，云南 昆明 650217）

0 引言

根据 GB 50223－2008《建筑工程抗震设防分类标准》规定：“幼儿园、小学、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”。但对于某些建造年代较久远的砖混结构教学用房，建造时并未考虑到抗震要求，且大部分校舍存在未经过设计单位设计、施工质量较差等问题，使用至今存在较大安全隐患。云南地处西南边陲，属于多地震地区，在此背景条件下，相关政府单位要求对各市、县所辖幼儿园、小学、中学的教学用房以及学生宿舍和食堂进行安全性鉴定，对存在安全隐患校舍进行加固处理。本文以经鉴定后安全性等级为 C 级的某小学教学楼为例，着重介绍砖混结构加固方案［1-3］。

1 工程概况

该教学楼为 5 层“L”型外走廊式建筑物，砖混结构，条形基础，1～2 层层高为 3.6 m，3 层层高为 3.9 m，4 层层高为 3.6 m，5 层层高为 3.9 m，楼屋面板（含走道板）均铺设预制板。该教学楼经相关单位鉴定后评级为 C 级，即部分承重结构不能满足安全使用要求，局部出现险情，构成局部危房，教学楼建筑平面示意图如图 1 所示。

2 加固设计

该教学楼主要针对基础、墙、板、梁、构造柱等构件进行加固，采用的加固方法为增大截面加固法、碳纤维布加固、改变结构体系加固。在进行加固改造前，需将结构原装饰层拆除，具体为：天棚、楼地面面层拆除至预制板混凝土基层；拆除墙体抹灰面层至混凝土基层。

图1 教学楼建筑平面示意图（单位：mm）

2.1 基础加固形式

该教学楼基础形式为条形基础，对基础进行局部开挖发现地圈梁存在开裂现象。基础加固主要采取扩大基础断面，主要加固做法为沿墙体开挖宽 500 mm、深 600 mm沟槽至地圈梁基础植筋，钢筋采用直径为 8 mm 带肋钢筋，钢筋间距为 500 mm，后浇筑 C25 混凝土，基础加固大样图如图 2 所示。

图2 基础加固大样图（单位：mm）

2.2 墙加固形式

利用砖回弹仪、砂浆灌入仪对砖强度、砂浆强度进行检测，结果表明砖强度、砂浆强度值均偏低，墙体根部存在泛潮现象。墙体加固方法为在砖墙面层粘贴钢筋网片，网片铺贴前先清除砖墙面层，后在砖墙内钻孔植筋，植筋深度 200 mm，间距 500 mm，间隔错位布置。钢筋网片竖向钢筋为Φ12@200，水平钢筋为Φ8@200，面层铺设 C25 混凝土，为增加结构整体性，竖向钢筋与上、下层楼板相连接，基础加固大样图如图 3 所示。

图3 墙体加固大样图（单位：mm）

2.3 板加固形式

检测发现板为预制板，预制板拼接处已开裂，屋顶已出现渗水、返潮现象，严重影响正常使用。对预制板加固采用铺设混凝土面层和碳纤维布加固两种方法，具体加固方法如图 4（a）～（c）所示。铺设混凝土面层时，板缝疏松的混凝土应凿除，用 Φ8@600 锚筋锚固于板缝后灌注混凝土，面层铺设双向钢筋网片。板底采用碳纤维布加固，加固前首先凿除构件表面的粉刷层或垫层至混凝土基层，对混凝土缺陷部位应按要求进行相应的修复处理。清除混凝土表面的油污、浮浆，并打磨至坚实基层，对不平整部位应进行打磨或修复处理。转角粘贴处应打磨成圆弧状导角，圆弧半径≥20 mm，屋面层应进行防水处理［4］。

图4 预制板加固图（单位：mm）

2.4 梁加固形式

利用超声-回弹法对现浇混凝土梁强度进行检测，结果表明混凝土梁强度低于 C25，梁的加固方式为：梁底、梁顶加设 6 mm×300 mm 扁钢箍，梁端头加设 4 块 U 型 6 mm 厚箍板，梁中部等间距加设箍板，加固大样图如图 5 所示。

图5 梁加固大样图（单位：mm）

2.5 其他加固措施

为增加该砌体结构教学楼整体牢固性及抗震性，对各层纵、横墙交接处增设160×10 m m 等边 角钢；内部横墙中心部位双面粘贴竖向钢板，钢板尺寸为 2×-10×800 mm；对于 D 轴、9 轴处砖柱，则通过外包80×10 mm 等边角钢、526×80×8 mm 缀板进行加固处理（缀板加密区间距 3 6 0 m m，非加密区间距 180 m m）；预制板与墙交接部位增设125×80×8 mm 角钢支撑预制板，间隔 400 mm，加固大样图如图 6（a）～（c）所示［5-7］。

3 加固施工

该教学楼的加固施工必须由具有相应施工资质的专业单位完成，加固施工前必须将教学楼原有荷载卸除。施工中必须做好对新旧混凝土浇筑界面的处理，具体做法为将新旧混凝土结合面凿毛，凹凸应≥10 mm，严禁损坏原有结构，浇灌新混凝土前应将旧混凝土表面用钢刷子刷去浮动的碎屑，并用水冲洗湿润，在表面须刷一层粘结剂，然后立即浇筑，保证连接面的质量及可靠性。

加固设计所用的主要材料有热轧钢筋、钢板、碳纤维布、混凝土及锚固用材料。加固材料具体要求如下。

①钢筋。钢筋采用的 H PB30 0 级热轧钢筋，fy=270 N/mm2；HRB335 级热轧钢筋，fy=300 N/mm2；HRB400 级热轧钢筋，fy=360 N/mm2。

图6 砌体结构整体性及抗震加固措施（单位：mm）

②钢材。型钢及钢板材质除注明外均采用 Q345B 钢。

③锚栓。M8、M10 锚栓除注明外均为适合于开裂混凝土的定型化学锚栓。有效埋深 hef按选用的锚栓产品说明书标明的有效锚固深度采用，且≥10 d0。

④混凝土强度等级。叠合板加固采用 C 25 混凝土，钢筋混凝土面层加固采用 C 25 混凝土。

⑤加固采用的碳纤维安全性能指标必须符合设计文件要求，仰贴条件下碳纤维与混凝土正拉粘结强度≥2.5 MPa。

4 工艺要求

本教学楼加固的难点有混凝土结构修复、植筋技术、碳纤维布粘结等问题，以下主要介绍这几种加固工艺的具体施工要求。

4.1 混凝土结构修复技术

如果原结构构造柱、圈梁出现疏松、破损、严重碳化等缺陷应进行修复处理。首先清理缺陷部位至坚实基层，并清洁干净。经洒水充分浸润后采用修补砂浆进行修复。对大体积缺陷，也可以采用灌浆料浇筑进行修复。如果出现露筋、钢筋锈蚀等现象，应首先清除钢筋周边破损混凝土，对钢筋进行除锈和清洁处理，再采用修补砂浆进行修复。混凝土保护层不足时应对保护层进行修复，当钢筋锈蚀严重或出现大面积露筋、钢筋锈蚀情况时应及时沟通协商处理。

4.2 植筋技术要求

首先利用钢筋扫描仪探测出原有钢筋位置，避免打孔时对原有梁、柱、墙钢筋的破坏。然后凿毛钻孔，用吹风机与刷子清理孔道直至孔内壁无浮尘水渍为止。要求钢筋必须顺直，植筋前应对原钢筋进行除锈，且除锈长度大于植筋长度。注胶采用粘胶灌注器边注边缓缓拔出灌注器。将处理好的钢筋旋转缓速插入孔道内，使植筋胶均匀附着在钢筋表面及螺纹缝隙中，插好钢筋/锚栓不可再扰动，待植筋胶养护期结束后才可进行钢筋焊接、绑扎及其他各项工作。

4.3 碳纤维布粘结技术要求

首先凿除构件表面的粉刷层或垫层至混凝土基层，对混凝土缺陷部位应按要求进行相应的修复处理。清除混凝土表面的油污、浮浆，并打磨至坚实基层；对不平整部位应进行打磨或修复处理。转角粘贴处应打磨成圆弧状导角，圆弧半径≥20 mm。清除表面粉尘并清洗干净，保持基面干燥。碳纤维下料和粘贴期间要保持碳纤维材料的干净整洁，严防褶皱、受损。拌胶的配比和操作严格按产品说明进行，搅拌充分和均匀，粘贴时保证碳纤维胶密实无气泡，厚度合适且均匀，碳纤维胶能充分浸透碳纤维。碳纤维多层粘贴时要分层进行，最后一层碳纤维布表面应均匀面涂一层，保证粘贴平整，应尽量少搭接，无褶皱和扭曲。

4.4 钢材防锈处理

本工程钢材的除锈应达到国标 Sa2 有关要求，加固钢板的除锈应达到国家标准 St2 有关要求。钢构件经除锈后，应喷两道防锈底漆，干膜总厚度应满足 GB 50205－2010《钢结构施工质量验收规范》相关规定要求。

5 结语

砌体结构因其易于就地取材、施工方便而广泛应用于教学楼、宿舍、办公楼等多层建筑中，但年代较久远的砌体结构建筑存在结构整体性差，抗震性能不满足现行规范要求等缺陷，因此这些老旧砌体结构建筑的鉴定、改造问题亟待解决。本文结合典型案例，重点介绍了老旧砌体结构建筑的加固方法，为同时期同类建筑的改造加固提供参考意见。