砌体结构房屋加固与维护工程的方法分析

2021-03-12吴立志战美秋曹云涛

工程技术研究 2021年4期

关键词：延性砌体面层

吴立志，战美秋，曹云涛

1.中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司，广东广州 510663

2.吉林建筑大学，吉林长春 130118

3.广东工程建设监理有限公司，广东广州 510663

1 我国砌体结构房屋建筑存量巨大

砌体结构房屋建筑是我国发展最早、建设量最大的建筑结构类型，在我国既有房屋建筑中存量巨大。据有关资料不完全统计，自20世纪80年代后期以来，我国主要大中城市中砌体结构房屋住宅面积约为70亿～80亿m3，部分城市的砌体结构房屋住宅面积在总体居住房屋面积中的占比最高可达70%。砌体结构房屋建筑如图1所示。

图1 砌体结构房屋建筑

2 我国大量的砌体结构建筑加固与维护工程迫在眉睫

我国地震基本烈度6度及以上地区占国土面积的79%，而砌体建筑结构不同于钢筋混凝土结构，其主体结构是由分散的砌块黏结砌筑形成，块体和砂浆砌筑而成的墙或柱作为承重结构，为加强砌体结构的整体性，提高延性和抗倒塌能力，需采用构造柱、圈梁及其他拉结等构造措施，但其砌体结构体系本身的抗拉、抗弯、抗剪强度低，抵御水平荷载的能力薄弱，使其遭受地震时破坏较重，抗震性能很差，往往在地震水平力作用下会发生没有征兆的脆性破坏。在《砌体结构设计规范》（GB 50003—2001）及《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2001）的框架下，砌体结构建筑抗震设计等级低，在不少7度甚至8度区也建造了大量的砌体结构房屋，并且相当数量的砌体结构房屋接近设计基准期。同时，更早的砌体结构房屋受限于当时的技术条件及经济水平，抗震构造措施不足。北京市建筑设计研究院对建于20世纪70年代末的老旧小区砌体结构住宅楼的鉴定结果显示，结构中黏土砖与砂浆强度普遍较低，且未设置（足够的）圈梁和构造柱，并存在结构受力构件开裂及损坏的问题。砌体结构震损对生命财产安全威胁巨大，如图2所示。

图2 砌体结构房屋震损

砌体房屋结构的拆除工作不可能一蹴而就，相当长的一段时期内，我国仍会有大量砌体结构建筑存在。未来砌体建筑的加固与维护改造将成为提升其抗震性能的主要方式。2018年10月，习近平总书记主持召开中央财经委员会第三次会议，指出要推动建设若干重点工程，即包括“实施地震易发区房屋设施加固工程，提高抗震防灾能力”。2018年12月，住房城乡建设部联合财政部印发《农村危房改造脱贫攻坚三年行动方案》，以此实现中央确定的脱贫攻坚“两不愁、三保障”总体目标中住房安全有保障的目标。

3 砌体加固与维护技术方法分析

3.1 加固与维护的原则及方法

砌体结构加固与维护之前首先要进行结构可靠性鉴定，明确加固或维护的目标安全等级。加固与维护改造处理必须达到两个目的：一是提高结构极限承载能力，二是恢复结构刚度。

目前采用的砌体结构加固与维护形式如下：（1）直接加固法，此类方法不改变原结构承重体系和平面布置，如钢筋混凝土外加层加固、钢筋网水泥砂浆外加层加固、高延性混凝土加固、外包型钢加固、黏结纤维复合加固等。（2）改变荷载传递加固法，是指改变结构布置及荷载传递途径的加固方法，如增设砌体扶壁承重墙柱、加设基础等。（3）外套结构加固法，是在原结构外增设混凝土结构或钢结构，使原结构的部分荷载及外套加层结构的荷载通过外套结构传至地基的方法。砌体结构加固方法的选择要尽量保留有利用价值的构件，避免不必要的拆除或更换，充分考虑原结构的传力系统，结合面的构造处理及施工确保新旧构件可靠连接，保证新旧结构的协同工作，选择适宜的方法进行加固维护设计。

3.2 加固与维护技术方法分析

（1）钢筋混凝土面层加固法与钢筋网（聚合物）水泥砂浆外加层加固法。钢筋混凝土面层加固法与钢筋网（聚合物）水泥砂浆外加层加固法是在去除砌体结构的抹灰面层之后，通过铺设钢筋（丝）网复合混凝土（砂浆）增强砌体结构整体性、提高抗剪切承载力的加固与维护方法，如图3所示，此种方法可用于寻常的砌体结构维护与加固。钢筋（钢丝网）铺设与钢丝网一般沿墙体两侧（通长）加固作业，对房屋外立面及内部用户会造成较大影响，同时会显著增加墙体截面厚度，并不适用于我国大面积的砌体结构抗震加固工作。在实际工程应用中，为便于施工操作，减少对房屋外立面及内部使用的影响，常在建筑外墙体采用局部外加钢筋网水泥砂浆面层的方法进行，降低新增钢筋网（聚合物）水泥砂浆面层竖向荷载，墙角处及楼层处的钢筋网片附加可靠连接，在“T”形节点处局部区域形成暗柱区，以提高抗震性能。

图3 钢筋混凝土面层加固法

（2）高延性混凝土复合加固法。高延性混凝土是一种复合加工的纤维增强复合材料，具有高黏结性、高延性、高耐损伤能力，变形能力可达普通混凝土的200倍，也被称为“可弯曲混凝土”。使用高延性混凝土进行砌体结构表面加固维护不必使用钢筋或钢丝网格，直接将高延性混凝土抹压在抹灰清除处理后的砌体结构材料表面即可。高延性混凝土材料具有高黏结、高延性、高韧性的特点，能够弥补砌体结构固有的缺陷，是近年开始应用的一种砌体结构加固维护方式。高延性混凝土加固砌体墙体工程如图4所示。试验结果显示，单面抹压10～20mm厚高延性混凝土的砌体结构具有良好的耗能能力及结构整体性，可抵抗9度（罕遇地震）以上地震。单面抹压房屋建筑外墙表面施工对房屋内生活、办公等干扰小，不必使用钢筋或钢丝网，操作灵活，可大范围应用于接近设计基准期、不满足现行抗震要求的砌体结构房屋加固与维护工程。

图4 高延性混凝土加固砌体墙体

（3）粘贴纤维复合材料加固法。粘贴纤维包括芳纶纤维、玻璃纤维和碳纤维等，其中，碳纤维耐腐蚀性、耐磨性、热稳定性好，密度小、强度高、绝缘、电磁屏蔽性好，目前应用最为广泛。碳纤维的主要形式为片材（包括布状和板状）。应用粘贴纤维复合材料加固法施工前首先要注意清理加固维护面的障碍物，尤其要清除已经粉化的砖砌体材料，确保砌体加固维护面能通过胶黏剂与碳纤维可靠黏结。宽幅碳纤维板加固砌体墙体工程如图5所示。粘贴纤维复合材料加固法最适合应用于砌体构件受拉、受剪区，应用较为灵活。碳纤维加固楼板如图6所示。

图5 宽幅碳纤维板加固砌体墙体

图6 碳纤维加固楼板

（4）增设砌体承重墙柱、基础等方法。增设砌体承重墙、基础的加固法一般宜采用双侧拉结形式，能够增强砌体结构墙体承载力，也可将竖向、水平荷载传递到加设的基础中。窗间墙的加固构造如图7所示，带壁柱墙的加固构造如图8所示。增设砌体承重墙柱、基础等方法适用于老旧砌体结构小区改建的开设洞口、加层补强工程，如提高加装于室外的电梯水平附着墙体刚度与强度等。