某砌体教学楼的抗震加固设计

陈 飞

(大连理工大学土木建筑设计研究院有限公司，辽宁 大连 116023)

1 工程概况

大连市某高校的教学楼，始建于1952年，为该校最早的多层建筑物。该建筑由中部4层中厅与其北侧3层阶梯教室、东西两侧的3层教室组成，其中阶梯教室下设局部地下室；中厅两侧设置变形缝(伸缩缝)，将建筑物分为各自独立的3个结构单体，3层范围建筑高度12.2 m，4层范围建筑高度17.0 m(各层层高分别为4.1 m，4.0 m，4.1 m，4.8 m)。3层范围(两侧的结构单体)于1983年加建1层，改为4层，至17.0 m，加建后建筑面积为9 909 m2，平面布置见图1。

东西两侧结构单体为砌体结构，中间单体为带内框架砌体结构，均采用置于强风化板岩的钢筋混凝土扩展基础。初建范围楼屋盖采用现浇钢筋混凝土梁板结构，接建的4层屋盖采用预应力空心楼板。

抗震设防烈度为7度(0.10g)，设计地震分组为第二组；场地土类别为Ⅰ1类，基本风压值为0.65 kN/m2。

2 结构现状

根据检测单位的检测结果，混凝土的强度等级为C15，实心红砖的强度等级为MU10，砂浆的强度退化严重，强度推定值为0.5 MPa～0.6 MPa。经现场查勘，承重墙、预制楼板、现浇梁及现浇楼板未见明显影响承载能力的裂缝、破损及变形等，纵横墙砌筑的咬槎良好，地基基础未见明显不均匀沉降。但抗震横墙的最大间距17.6 m，外墙四角、楼梯四角，纵横墙交接处等重要位置未设置构造柱，综合抗震能力不满足抗震鉴定要求，应对房屋采取加固措施[1]。

3 加固设计

作为该高校最早的多层建筑，其见证了学校建立与发展的风雨历程，有其特殊的文化价值。业主要求加固改造时，建筑物的外饰面要尽量维持原状，以最大限度的减小对建筑风格的影响，保持建筑的历史原貌，后续使用年限要达到30年(即A类建筑)。按检测报告提供的基本数据，结合实际情况，建模计算分析，以确定适宜的加固方案。

3.1 结构体系

考虑建筑已使用60余年，混凝土的收缩变形已完成，可取消伸缩缝。将原单体间伸缩缝灌浆填实后，两侧采用增设面层加固，连为一体。以提高建筑的整体性，增强原中间单体(内框架砌体结构)的抗震性能。

3.2 计算原则

荷载输入时，按后续使用年限30年，使可变荷载按设计使用年限定义的标准值与按一般的设计基准期(50年)定义的标准值有相同的概率分位值，可得出相应的活荷载调整系数γL=0.955[2]。

抗震验算时，对于加固的结构来说，若按新建结构的抗震设防措施进行设计，在后续的使用年限内，加固的结构与原有结构的概率保证程度是不同的。采用地震危险性分析的研究成果，地震作用重现期取为30年，按相应的超越概率确定抗震设防烈度，同时采取对应的抗震措施，以保证结构加固后，在其后续使用年限内，其地震作用水准与抗震性能的可靠性与新建结构有相同的概率水准。经计算，后续使用年限为30年时，相应的多遇地震下，水平地震影响系数最大值αmax=0.064，为7度(0.1g)使用年限为50年时的80%[3-5]。

3.3 基础方案

考虑增设面层法加固承重墙荷载增大时，基底平均压力增大20%、至180 kPa左右，仍远小于当地强风化板岩地基承载力特征值(一般为300 kPa～400 kPa)，基础的混凝土强度与配筋也可满足计算要求，无需加固。

3.4 承重墙加固方案

拆除原房间内部的分隔灰条墙，新砌筑承重砖墙并在两端增设构造柱，以满足抗震横墙间距要求。

同时，计算复核原有承重墙承载力。由于砂浆强度退化严重，强度推定值仅为0.5 MPa～0.6 MPa，远小于原始设计时50号混合砂浆强度值，下部楼层仅四角处外墙与阶梯教室北侧长纵墙满足抗压承载力要求，顶层部分长横墙满足抗压承载力要求；抗震验算时，仅4层个别横墙能满足抗震受剪承载力要求。

综上，承重墙需采取加固措施。为减少对外立面的影响，一般位置承重外墙采用内侧单面加固：3层及以下内侧喷射80 mm混凝土、4层内侧喷射40 mm水泥砂浆，阶梯教室支承12 m大梁的外侧独立砖柱所在面采用双面喷射80 mm混凝土加固，并在与北侧外山墙交接位置增设构造柱过渡与加强，在提高独立砖柱的抗震能力的同时，缓解结构平面阶梯教室外凸引起的平面不规则带来的扭转问题，增强结构抗扭性能。承重内墙采用双面加固：3层及以下内侧喷射60 mm混凝土、4层内侧喷射40 mm水泥砂浆。并相应配筋，3层及以下典型构造做法见图2。

3.5 内框架加固方案

经计算，现状框架柱的底层抗弯、抗剪承载力，部分框架梁的抗震承载力均不满足计算要求。同时抗震构造措施很差：层层缩尺的框架柱仅四角设置纵筋(配筋率0.4%)、仅有外圈箍筋(间距300 mm，体积配箍率0.13%)，框架梁采用开口箍筋。需采取加固措施。为实现内框架的二道防线作用，加固设计时，对其适当加强：虽为A类建筑，但未对抗震调整系数γRa进行0.85倍的折减；框架柱的地震剪力按B类建筑计算[6]。框架梁采用粘贴钢板加固、框架柱采用外包角钢加固。典型构造做法见图3。

3.6 屋盖加固方案

尽管屋盖现状满足A类建筑的鉴定要求，但考虑每层建筑层高均超出现行抗震规范规定较多，且预制板屋面防水可靠性差、已频繁维修，在屋面预制板上增设混凝土叠合层，以提高结构整体性，同时解决屋面防水问题。典型构造做法见图4。

屋面砖砌女儿墙根部受冻胀影响严重，已出现横向贯通裂缝，拆除重砌，并增设构造柱。

4 结语

1)在老旧建筑的加固改造中，需要现场踏勘，以了解结构现状，确定重点加固内容。

2)鉴于老旧建筑的混凝土收缩变形已基本完成，在具体的加固设计中，为提高抗震性能，可取消伸缩缝。

3)加固设计计算时，应根据后续使用年限，在其后续使用年限内的结构可靠度与新建结构有相同的保证概率前提下，对使用活荷载及抗震设计相关的地震影响系数最大值、承载力抗震调整系数等进行相应折减，做到安全、合理、经济。

4)结构现状满足后续使用年限鉴定要求的重点构件，如内框架结构的框架柱、层高超高结构的预制楼屋盖等，建议按提高后续使用年限与现行规范要求复核与加强。