某砌体结构的加固改造设计方法研究

2022-04-09岳民礼甘肃泓文建筑设计有限责任公司甘肃兰州730000

砖瓦 2022年3期

岳民礼（甘肃泓文建筑设计有限责任公司,甘肃兰州 730000）

近年来，我国地质灾害频发，给民众带来巨大生命财产损失，这就要求建筑工程应加强对抗震性能的重视程度，最大限度地提升建筑质量。砌体结构建筑大多数建设于20世纪90年代，其主要建筑材料由块体以及砂浆组成，由于建设年代较为久远，受当时建筑设计理论以及方法不成熟影响，其结构不满足最低抗震需求。考虑到大部分建筑尚可使用，且推倒重建所需资源以及时间较多，因此，对其结构进行加固改造成为主流方案。尽可能地提升房屋建筑使用寿命以及安全性能是确保群众生命财产不受影响的重要前提条件，由此，通过对砌体结构建筑进行加固改造设计，以提升其承载能力以及抗震性能也是社会经济发展的必然要求。受此情况影响，砌体结构加固改造设计成为建筑领域内技术人员的主要研究内容。

1 砌体结构特征

砌体结构曾长期被应用于我国建筑工程之中，其实际应用过程中呈现出以下优势：第一，施工原料取材便捷，经济性较好；第二，砌体结构具备较强的保温性能，相较于其他建筑结构，其隔热以及隔音性能优势较大，且具备较好的节能效果；第三，施工作业流程较为简单，对施工设备无特殊要求，施工技术呈现出普及性特征。

然而，随着建筑技术不断发展以及砌体建筑使用年限提升，其劣势也逐渐暴露，具体表现在以下几方面：第一，受施工所用的砖、砂浆等多种材料影响，长期暴露在潮湿等环境下会导致结构风化、腐蚀等，严重影响结构耐久性；第二，砌体结构建筑自重较大，使得地基不均匀沉降情况的发生概率大幅提升，而砌体结构工程设计中通常采用条形基础或柱下独立基础，这就使得不均匀沉降情况一旦发生，墙体也会产生开裂情况；第三，受砌体结构所用施工材料变形能力以及延性相对较差影响，其抗拉以及抗剪强度相对较弱，呈现出较为显著的脆性性质，在面对强烈地震时，灰缝处更容易遭受破坏，房屋稳定性也会随之下降，严重情况下会导致房屋垮塌情况发生。

2 砌体结构加固原则

施工单位在实际作业过程中应注意，充分认识到结构加固施工与新建工程不同，其实际进行施工设计时需要首先对原建筑结构进行深入分析，并在此基础上开展有针对性的设计，具体工作中应充分遵循以下几项原则：

第一，确保加固方案科学性。在实际加固方案设计过程中应首先对建筑实际情况进行分析，如果采用刚性结构体系设计，则应在充分考量当地实际情况的基础上，决定采用墙垛还是固柱加固技术，以实现提升建筑物稳定性以及牢固性的目的。同时，施工技术人员在实际工作过程中还可以依据实际情况选用刚支架，以实现提升建筑结构抵抗变形能力以及抗震承载力的目的。

第二，规避刚度突变以及质量分布不均情况。在实际进行加固设计时，应注意针对房屋建筑本身存在的问题做出有针对性的加固设计，并最大限度地避免加固作业完成后出现刚度突变或是质量分布不均情况。为此，施工技术人员在实际工作中应充分遵循相关规范要求，确保加固楼层的加固抗震综合承载力应控制在下个楼层的0.2倍左右，且加固后的自承重或非承重砌体结构抗震性能应控制在同层承重墙抗震性能以下。在实际施工过程中，如果加固后的抗震承载力超过下个楼层0.2倍，则应对以下加固层的每层楼整体抗震力进行增强。

第三，充分遵循相关规范要求。依据相关理论以及工程实践经验可知，多数砌体建筑物抗剪和抗弯强度仅能达到抗压强度的0.1倍，这就使得砌体结构建筑在遭遇地震灾害时难以抵御。因此，施工技术人员在实际工作过程中，应注意依照相关规范要求对其进行加固，以实现提升建筑抗震性能的目的。

第四，确保抗震整体性。抗震整体性的主要功能要求在于通过各构件之间分担，分散地震作用力，将地震影响降到最低水平，利用建筑整体结构达成抵御地震作用的目的，切实保障建筑结构整体性不受破坏，降低因局部破坏导致建筑部分倒塌或是整体倒塌风险。

3 工程案例概述

为深入探究砌体结构建筑加固设计要点，本文选取实际工程案例进行具体说明。案例工程始建于1984年，其原始功能设计为医院门诊楼。技术人员对建筑工程进行实地勘察，并结合施工设计图纸后发现，其基础设计采用墙下条形基础形式，结构高度和建筑面积分别为14.85m和3297m2。案例工程所处区域抗震设防烈度为7度，其整体结构设计采用砖混结构形式，其上部结构外墙和内部结构墙厚度分别为370mm和240mm，均采用混合砂浆、黏土砖砌筑方案。建筑其他部分除卫生间和楼梯采用现浇混凝土楼板设计外，其余楼面均采用预制空心板建设。检测单位在对建筑物进行鉴定后得出结论，其结构中未设置构造柱，综合抗震性能与现行抗震标准之间存在较大差异。目前该建筑功能已经转为老年颐养楼，建筑物无地下室设计，功能改造过程中，施工单位对1、2、3、4层中的房间布局进行调整，并在4层局部增设1层，用于设置消防水池、电梯机房等，加层部分采用砌体结构设计。

4 工程建筑鉴定及加固设计

4.1 建筑鉴定结果

施工单位在实际开展加固设计作业过程中，首先聘请具备鉴定资质的单位对工程进行砌体结构砂浆抗压强度检测，检测单位在工作中利用回弹法对建筑进行抽样检测，最终结果显示，其1～4层砌体结构砌筑砂浆抗压强度测定值分别为4.2MPa、2.4MPa、2.6MPa以及2.9MPa。同时，检测单位还利用回弹法对建筑物砌体中砖抗压强度进行抽样检测，该建筑中1～4层砌体砌筑砖抗压强度等级为MU10。

依据鉴定结果可知，案例工程中的建筑不存在因地基不均匀沉降导致的承重构件开裂情况，同时也不存在因承载力不足导致的承重构件裂缝或变形情况。经过现场检测可知，建筑物中4层南墙部分8～10轴区域存在渗水情况，8～9×D、9～10×D以及11～12×D窗角部分存在宽度为0.1mm的斜向裂缝，经过深入分析检测后得出结果，温差变形是导致裂缝出现的主要原因。同时检测结果表明，建筑物未设置相应的构造柱，综合抗震能力不符合相关规范要求。

4.2 加固设计方案

4.2.1 地基基础加固设计

案例工程中，施工技术人员广泛收集增设结构功能布置以及建筑物原有设计图纸和勘探报告，并在此基础上对建筑改造后地基基础承载力进行验算。验算结果表明，建筑物基底平均压力设计值和建筑物原墙下条基地基承载力分别为120kPa和140kPa，技术人员综合考虑到原建筑基础未发生明显沉降，因此，在增设新功能层后，其原有基础承载力也可以满足实际使用需求。

4.2.2 砌体墙加固设计

案例工程中，施工技术人员考虑到建筑物原设计中未设置构造柱，使得其抗震性能不足。在建筑改造方案中，由于局部地区增设新的楼层，导致建筑总体重量增加，这就导致砌体墙所承受力大幅提升，原有设计中的抗震承载力难以满足改造工程完成后的使用安全性要求。因此，技术人员在实际工作过程中对结构按照抗震设防烈度8度0.20g设计，依照乙类建筑标准进行改造，确保其满足使用寿命30年的要求。同时依照抗震规范要求，在相关部位设计新增构造柱。

同时，施工技术人员在实际工作中设计试验对单面水泥复合砂浆钢筋网加固以及单面钢筋混凝土板墙加固效果进行对比。从技术角度分析，水泥复合砂浆钢筋网的优势在于自重相对较小的同时，抗压、抗拉性能可以得到有效提升，收缩性提升效果显著，新旧界面中粘结性能较好，可以最大限度地降低加固设计对原有结构的影响；而钢筋混凝土板墙加固方案的优势则在于其抗压以及抗拉性能较为显著，抗震能力较墙。技术人员在实际设计试验过程中，利用专业软件进行整体建模，并选取其中关键部分墙体进行抗震性能比较，其中单面水泥复合砂浆以及钢筋混凝土板墙厚度均设计为50mm，前者采用M30砌筑砂浆，后者则采用强度等级为C30的混凝土材料，钢筋材料均采用HRB400级。

从试验结果可知，两种加固方案在实际应用过程中均可实现显著提升原结构抗压、抗震性能的目的，且二者在提升结构抗压性能幅度方面相差不多。而在抗震性能方面，依照我国现行的《砌体结构设计规范》要求，其组合砖砌体轴心受压承载力计算公式如下：式中：A表示砖砌体截面积；fc表示混凝土或砂浆轴心抗压强度设计值，依据相关标准，其取值依照同等级混凝土轴心抗压强度设计值的70%设定。

由计算结果可知，钢筋混凝土板墙加固方案在提升结构抗震性能方面更具优势，由此施工技术人员出于建筑整体加固考量，决定采用其作为墙体加固方案。

4.2.3 构造柱设计

案例的建筑功能由门诊楼转化为老年人颐养楼，且原结构中未进行构造柱设计，因此，施工设计人员在实际工作中决定依照抗震规范要求，在原有结构基础上增设构造柱。构造柱设计采用平面内对称方案，从一层开始沿砌体结构进行全高贯通设置；内廊部分构造柱设计中存在部分区域无连系梁，因此，技术人员在楼、屋盖板下增设现浇混凝土梁，使其两端与原有梁板之间进行可靠连接，进而使其新增结构及原有结构中形成一个整体，以实现提升抗震性能的目的。