高速旁某小学砌体结构教学楼抗震鉴定与加固

易 鑫 李 刚 谈忠坤

(1.湖南华城检测技术有限公司,湖南 长沙 410017； 2.湖南中腾土木工程技术有限公司,湖南 长沙 410017)

1 工程概况

高速公路旁某小学教学楼建成于1966年，结构形式为3层砌体(局部5层)结构，主要用于教学。

该教学楼采用墙下钢筋混凝土条形基础，基地埋深约1.5 m。教学楼1层～4层层高为3.3 m，局部5层层高3 m,位于轴线5～8×B～F,如图1所示。结构平面长度44.6 m，平面宽度11.4 m，教室开间及进深尺寸见图1。承重墙体采用普通烧结砖砌筑，实心墙厚240 mm，4层和5层部分空斗墙厚240 mm。楼面及屋面板均采用预制板，板厚100 mm，不上人屋面。

2 现场检测

2.1 基本情况调查

由于该工程年代久远，设计图纸及相关资料缺失。现场采用全站仪、测距仪、钢卷尺、钢筋扫描仪、电锤等仪器设备对该工程结构布置进行检测，主要检测承重墙、梁、圈梁、构造柱的位置，绘制出该工程的结构布置图，如图1所示。

2.2 外观质量检查

对于砌体类构件，主要检查墙体是否存在空鼓、有无严重酥碱和明显歪闪，支承大梁、屋架的墙体是否有竖向裂缝，承重墙及两墙交接处是否有明显裂缝等。

现场实际检测发现大部分混凝土梁存在蜂窝麻面现象，部分钢筋混凝土柱中钢筋锈蚀较严重；部分承重墙体出现裂缝，个别预制板出现宽度较大的板缝；楼梯间扶手和屋面栏杆钢材出现较严重锈蚀，部分屋面栏杆有断裂、损坏现象；挑板粉刷层出现分化和剥落显现，屋面挑檐沟积水严重。

2.3 砖强度检测

随机抽取部分承重墙体，凿开其粉刷层，采用砖回弹仪ZC4型对其砌筑的烧结砖进行回弹法检测，回弹测点布置在外观质量合格砖的条面上，每块砖的条面布置5个回弹测点，回弹的数据按GB 50344—2019建筑结构检测技术标准[1]附录M中的处理方法进行计算；抗压强度以每块砖的抗压强度换算值为代表值，按GB 50344—2019建筑结构检测技术标准[1]第3.5条的规定确定推定区间。

检测结果表明该建筑承重墙体普通烧结砖强度推定值达到MU5。

2.4 砂浆强度检测

随机抽取部分承重墙体，按照GB 50344—2019建筑结构检测技术标准[1]第3.5.6条与第3.5.7条对推定区间的要求，凿开其粉刷层，墙面上每个测位的面积大于0.3 m2，每个测位内均匀布置12个弹击点，采用砂浆回弹仪在每个弹击点上使用回弹仪连续弹击3次，第1次、2次不读数仅记读，第3次回弹值精确至1个刻度。并采用酚酞试剂测试砂浆碳化深度，每个测位的平均碳化深度取该测位各次测量值的算术平均值，精确至0.5 mm，平均碳化深度大于3 mm时，取3 mm。

现场检测结果表明该建筑承重墙体砂浆强度推定值达到M2.5。

2.5 混凝土强度检测

对于该建筑中的混凝土主要承重构件，依据GB/T 50344—2019建筑结构检测技术标准[1]3.3.10条A类检测样本容量的要求，随机选取部分混凝土构件，凿除其表面粉刷层，采用混凝土数显回弹仪做回弹检测，回弹仪的轴线始终垂直于结构或构件的混凝土检测面，缓慢施压、准确读数、快速复位。并采用酚酞试剂测试混凝土碳化深度，检测结果表明大部分混凝土构件的碳化深度在7 mm～12 mm之间。

现场检测结果表明该建筑混凝土强度推定值达到27 MPa。

2.6 承重构件截面尺寸检测

采用钢卷尺对教学用房的混凝土构件、砖墙、砖柱等承重构件的截面尺寸进行检测，抽检比例按GB/T 50344—2019建筑结构检测技术标准[1]3.3.10条A类检测样本容量的要求确定，由于该教学楼没有施工设计图纸，同类型的梁构件必须检一个。

现场对承重构件的截面尺寸测量如图1所示。

2.7 混凝土构件钢筋配置检测

钢筋配置检测主要采用钢筋位置测定仪进行无损检测，主要检测钢筋的直径、间距、根数、保护层厚度。对于测量的结果，现场凿开部分构件进行验证，以确保检测结果的准确性和有效性。抽检的比例按GB/T 50344—2019建筑结构检测技术标准[1]3.3.10条A类检测样本容量的要求确定。对于没有施工设计图纸的教学用房，同类型的梁构件必检一个。

现场检测钢筋混凝土构件的截面配筋情况如图1所示。

2.8 房屋垂直度检测

采用全站仪按照JGJ 8—2016建筑变形测量规范[2]的要求，对所鉴定的教学用房进行房屋垂直度检测，检测方法如下：

现场检测表明该建筑全高垂直度偏差小于20 mm，满足GB 50203—2011砌体工程施工质量验收规范[3]和GB 50292—2015民用建筑可靠性鉴定标准[4]的要求。

3 抗震鉴定

根据现场调查，该建筑为砌体结构，建于20世纪60年代，根据GB 50023—2009建筑抗震鉴定标准[5]1.0.4条及1.0.5条可知，该建筑为A类建筑，应采用GB 50023—2009建筑抗震鉴定标准[5]第5章规定的A类建筑抗震鉴定方法进行鉴定。

3.1 第一级鉴定

对该教学楼进行抗震第一级鉴定，如表1所示。从表1可见该建筑的整体性、楼盖形式、连接构造、砖强度等方面有多项不满足一级鉴定的要求。按照GB 50023—2009建筑抗震鉴定标准[5]第5.1.4条规定：现有结构体系、楼屋盖整体性连接、圈梁布置和构造及易引起局部倒塌的结构构件不符合第一级鉴定要求的房屋，可采用楼层综合抗震能力指数方法进行第二级鉴定。

表1 抗震第一级鉴定表

3.2 第二级鉴定

采用楼层综合抗震能力指数方法进行第二级鉴定，楼层综合抗震能力指数按下式计算：

βci=ηψ1ψ2βi

(1)

βi=Ai/Abiξ0iλ

(2)

其中，βci为第i楼层的纵向或横向墙体综合抗震能力指数；η为加固增强系数，按GB 50702—2011砌体结构加固设计规范[6]有关规定计算；ψ1为体系影响系数，可按GB 50023—2009建筑抗震鉴定标准[5]第5.3.3.2款确定，并根据加固后的实际情况进行调整；ψ2为局部影响系数，可按GB 50023—2009建筑抗震鉴定标准[5]第5.3.3.3款确定，并根据加固后的实际情况进行调整；βi为第i楼层的纵向或横向墙体平均抗震能力指数；Ai为第i楼层的纵向或横向抗震墙在层高1/2处水平净截面的总面积，其中不包括高宽比大于4的墙段水平截面面积；Abi为第i楼层的建筑平面面积；ξ0i为第i楼层的纵向或横向抗震墙的基准面积率，按GB 50023—2009建筑抗震鉴定标准[5]附录A采用，表中的数据根据楼层单位面积重力荷载代表值进行调整；λ为烈度影响系数，参考GB 50011—2010建筑抗震设计规范[7],6度时按0.7采用。

根据GB 50023—2009建筑抗震鉴定标准[5]第5.2.12条可知，该建筑楼层综合抗震能力指数小于1.0，教学楼抗震第二级鉴定如表2所示。从表2中可见该教学楼不满足抗震鉴定要求。

表2 抗震第二级鉴定表

4 加固设计

根据现场检测结论可知，该建筑抗震措施不满足规范要求，需进行结构加固处理。综合本工程各方的实际情况和业主要求，排除改变结构体系、减层或增加隔震装置等方案，决定本着加强结构整体性、提高结构综合抗震能力和经济合理的原则对结构进行加固。具体加固方案如下：

1)楼板、屋盖为预制板不能满足抗震要求，采取角钢和螺旋对预制空心板进行连接加固，如图 2所示。

2)在轴线8×F轴线位置新加一根结构柱，如图3所示；在房屋外墙面纵、横墙交接处及墙角处，增设截面尺寸为200 mm×240 mm的构造柱，并与各层圈梁拉结，以提高房屋的整体性，如图4所示。

3)在房屋12轴线处外墙新加截面尺寸为200 mm×200 mm的圈梁，以增加该山墙的抗震性能，如图5所示。

4)教室墙体采用挂钢筋网片粉水泥复合砂浆(HPFL)[8]进行加固处理。根据现场情况，原有空斗墙用C15细石混凝土灌实。对砖墙裂缝和预制楼板裂缝则采用压力灌注水泥浆进行处理，以满足房屋抗震性能要求。

5)楼梯间处墙体(包括局部五层)采取HPFL窄带剪刀撑加固，达到与墙体共同作用、整体受力的效果，见图6。

6)对于已锈蚀的柱子箍筋，将箍筋除锈并用细石混凝土进行封闭。结构中原有的圈梁和构造柱采用HPFL进行加固处理，分别如图7，图8所示。

7)更换已破损和高度不符合要求的栏杆，铲除原挑板已分化的粉刷层，用M10抹面砂浆重新进行粉刷。

如图9所示为教学楼整体加固图。经过以上加固措施，教学楼结构体系由单一砌体结构变为混合结构。按照各纵向墙段增强后折算面积和刚度提高后折算面积，计算得到各纵墙的抗震能力指数均大于1，达到了加固目的。该加固方案已经得到有关部门及业主的认可。

5 结语

通过对高速公路旁边某小学教学楼现场详细检测，根据现场实测数据，结合国家现行鉴定标准进行鉴定。文中根据对实际情况的权衡，提出采用挂钢筋网片粉水泥复合砂浆(HPFL)的加固方案，并增加圈梁和构造柱，通过对结构不满足鉴定标准及抗震薄弱位置的加固改造。加固后房屋基本达到重点设防类抗震设防标准，满足规范规定的后续使用年限为40年的要求，结构的安全状况得到改善。