新文件规定下中小学教学楼抗震加固分析

郝成义

（安徽省建筑科学研究设计院，安徽 合肥 230031）

0 前言

2008年汶川地震，中小学校舍在地震中受到了较大的破坏，损失巨大，并由此引起了一系列抗震规范的更新，形成了2010版系列抗震设计规范。其中关于中小学校舍的抗震加强主要是通过将中小学校舍的设防类别设置为重点设防类以及由此引起的一系列抗震措施的提高。在之后的中小学校舍抗震设计以及加固设计基本按此进行抗震加强，但是部分中小学校舍并没有针对抗震设防烈度以及地震动参数进行提高。

2021年，随着国务院令744号（建设工程抗震管理条例）的施行，其中第十六条中规定“学校、幼儿园、医院、养老机构、儿童福利机构、应急指挥中心、应急避难场所、广播电视等建筑，应当按照不低于重点设防类的要求采取抗震设防措施。”[1]安徽省几个部门联合发布了皖震发防[2021]34号文件（以下简称为34号文件），其中“中小学、幼儿园、医院等人员密集场所的建设工程，应当按照高于当地房屋建筑的抗震设防要求进行设计和施工。其中，重点设防类工程（乙类），按地震动参数提高一档相应取值进行抗震计算，按《建筑抗震设计规范》（GB50011）采取抗震措施。”[2]按照此规定在2010年之后建成的安徽省各类中小学在地震动参数的选取上存在不满足新文件规定的情况，需要进行抗震加固。在此文件背景下，本文通过具体工程对中小学教学楼抗震加固设计和加固施工进行了较为全面的介绍和分析。

1 工程概况

安徽省合肥市长丰县庞谷堆小学教学楼位于合肥市长丰县朱巷镇，为地上三层框架结构，整个学校教学楼为L型，西侧设抗震缝分成上下两个结构单体，建筑面积1640m²，于2013年6月建成，二层建筑平面详见图1。原设计单位将教学楼设计抗震设防类别定为重点设防类，选取抗震设计地震动参数时抗震设防烈度为7度，地震加速度0.10g，框架抗震等级取为二级，在当时设计参数选取没有问题，但根据前述34号文件，地震动参数选取则不满足最新文件规定，需进行抗震加固。

图1 教学楼二层平面

当地主管部门根据文件要求委托安徽省建院工程质量检测有限公司对该楼进行了抗震鉴定。鉴定结论主要有：①该建筑不满足抗震鉴定标准对C类建筑的抗震要求，应委托有资质的设计与施工单位对其进行抗震加固；②主要存在角柱箍筋未全高加密、填充墙拉结筋未沿墙全长贯通、本分框架柱非加密区箍筋间距大于10倍纵向钢筋直径、少数框架梁的抗震承载力不足以及电子屏与主楼连接不牢固的问题[3]。我院后来承接了该区域学校的装修改造工程设计，该学校教学楼加固为其中较为关键的一项。

2 加固设计

根据34号文件，在加固设计建模时按照原设计梁、板、柱尺寸以及混凝土强度等级和钢筋强度等级，根据荷载规范选取正常使用荷载，选取地震动参数时按抗震设防烈度7度、地震加速度选0.15g，抗震等级取二级，最后按照《抗震鉴定标准》（GB50023-2009）相关规定进行结构计算[4]。结构计算三维模型详图2。

图2 结构三维模型

计算结果梁柱计算配筋与设计施工图配筋进行对比，根据配筋差值进行加固设计，由于抗震等级没有变化，抗震构造措施基本满足要求，具体加固方法如下：①柱纵筋实配不足采用外粘型钢进行加固，柱箍筋不足以及箍筋间距不满足采用粘贴碳纤维布进行加固；②梁纵筋配筋不足并相差在40%以内按粘贴碳纤维布进行加固，相差超过40%按外粘钢板进行加固，梁箍筋配筋不足按粘贴碳纤维布进行加固；③填充墙采用钢筋网砂浆面层加固；具体部分加固节点大样详图3、图4[5]。具体节点设计时对于抗震缝处梁柱加固应进行具体分析，由于碳纤维布无法环绕以及粘贴角钢无法施工，可以采取U型碳布和钢板替代型钢进行施工。

图3 梁碳纤维加固

图4 角柱粘型钢加固

3 加固施工

3.1 施工前准备

构件加固前，应考虑将原结构除自重外进行卸载。拆除工作应以尽量不破坏或少破坏原结构为原则，加固地梁以及框柱需拆除一层地坪并将覆土挖至基顶，加固上部结构梁柱需拆除框柱周边部分墙体（按柱两侧500mm）以及梁底墙体形成加固工作面，具体施工可以根据施工条件进行合理安排。

该学校教学楼加固施工还有个小插曲，第一家施工单位无相关经验，报价严重脱离市场，后又换了一家有相关经验并具备一定施工能力的施工单位，报价也合理了点。现场照片详图5、图6。

图5 一层地面凿除

图6 柱两侧墙体拆除

3.2 粘贴碳纤维布施工

粘贴碳纤维布施工工序主要有：a.加固区域梁、板面打磨平整，并将浮灰清除干净，转角处磨成圆角，曲率半径≥20mm；b.用丙酮清洗混凝土表面以清除油脂，涂一层饱满均匀的粘接剂；c.将碳布粘贴上去并沿碳布受力方向按压出气泡，反复滚压，以使碳布与混凝土表面紧密结合；d.碳布粘贴完毕后须刷面胶一遍，粘抹粗砂，胶体凝固后再分两次涂抹25mm高强砂浆作为防护材料。选用碳纤维布设计参数按：单位面积重量为300g/m，厚度0.167mm，抗拉强度标准值3000MPa，伸长率≥1.5%。施工现场照片详见图7。

图7 粘贴碳纤维布施工

3.3 外粘型钢施工

外粘型钢采用角钢L75x5，Q345材质，缀板采用5mm厚钢板宽度40mm，加固主要工序有：a.对粘合面打磨时，必须露出混凝土新面并保证表面平整，四周磨出小圆角，半径r≥7mm，用钢丝刷刷毛，并用压缩空气吹净；b.型钢及钢板粘结面须进行除锈和粗糙处理，打磨粗糙度越大越好，打磨纹路应与钢板受力方向垂直；c.用丙酮或酒精清洗混凝土、钢板表面，要求混凝土、钢板表面无灰尘、无油污；d.钢构件表面涂刷一层均匀的粘接剂并安装至梁面处，然后拧紧安装螺栓，保证外粘型钢的胶缝厚度控制在3～5mm；e.钢构件外点焊钢丝网片，粉25mm厚1:2高强水泥砂浆防护层，并润水养护。施工完成后现场照片详见图8。

图8 角柱粘钢完成照片

3.4 采用钢筋网砂浆面层加固墙体

双面铺设钢筋网砂浆面层加固墙体施工，先凿除墙体粉刷，后铺设钢筋网6@450x450双面，穿孔设拉结筋6，然后粉抹砂浆面层，优先采用喷射施工，现场照片详见图9。当双面施工有困难时，例如抗震缝两端墙体，则采用单面钢筋网砂浆面层加固施工，钢筋网增大为8@450x450，拉筋钻孔植入墙体。

图9 双面钢筋网砂浆面层加固施工

3.5 加固完成后恢复

加固施工结束后为了后续使用应完成后续土方回填、填充墙砌筑以及水电安装、饰面粉刷、门窗安装等装修工程，在施工过程中应做好已加固梁柱构件的保护，避免受到二次破坏，一切完成后等待竣工验收。

3.6 加固验收

加固施工在各个工序完成后应汇报监理并组织各单位进行验收，验收合格后方可进行下一工序施工，施工单位在验收前应准备好验收需要的各项材料，特别是材料检验及验收报告以及隐蔽工程验收报告等。整个项目完成后进行最终竣工验收，合格后交给学校方使用，并做好后续质保工作。竣工后现场详见图10。

图10 加固竣工后现场

4 案例分析

通过对长丰县庞古堆小学教学楼的抗震加固设计以及后面加固施工的具体介绍与分析，我们可以比较全面地了解中小学教学楼抗震加固设计和加固施工的具体设计流程和内容。

中小学教学楼作为教学用房，其抗震安全责任重大，在遇到重大地震灾害时，要保证建筑物安全，做到“小震不坏、中震可修、大震不倒”[6]，给中小学生提供安全撤离的时间和条件，重点地区甚至可以作为避难场地在后续灾后安置过程中起重大作用。故国务院令744号以及安徽省34号文件的发布恰当且及时，对中小学教学用房抗震进行了进一步加强。新建教学楼可以按照文件规定进行后续结构设计，而在文件规定之前已投入使用的大量中小学教学楼以及教学用房，设计标准有可能不满足文件的规定，那么这些教学楼和教学用房按照文件的规定就可能需要进行抗震加固。

抗震加固设计与装修改造不同，应按照规范规定的固定的合法的程序进行。“现有建筑抗震加固前，应依据其设防烈度、抗震设防类别、后续使用年限和结构类型，按现行国家标准《建筑抗震鉴定标准》（GB50023-2009）的相应规定进行抗震鉴定。现有建筑抗震加固前，建筑的抗震设防类别及相应的抗震措施和抗震验算要求，应按现行国家标准《建筑抗震鉴定标准》（GB 50023-2009）第1.0.3条的规定执行。”[7]抗震加固设计单位建议由具有相关经验的设计单位进行，设计完成后应报相关图审单位进行审查，审查合格后才可发往施工单位进行后面的加固施工。加固施工单位应具有相应特技施工的相应资质，并且应安排监理进行日常施工监管和质量管控。施工完成后应会同几方责任主体进行验收，验收合格后方能交付给学校进行后续教学使用。而对于粘贴碳纤维布以及粘钢等在后续使用过程中，还应每隔一段时间进行定期检查。

5 结语

随着国务院令744号（建设工程抗震管理条例）的施行，对中小学教学楼以及教学用房抗震设计日益加强和完善，根据安徽省发布的皖震发防[2021]34号文件的规定，中小学教学楼以及教学用房在设计过程中不仅仅要提高抗震措施，而且要将地震动参数提高一档进行计算。现实中许多学校在当时抗震设计过程中没有按照地震动参数提高一档，按文件规定，这些教学楼及教学用房则需要进行抗震加固。抗震加固设计前必须进行抗震安全鉴定，抗震加固设计应遵循抗震安全鉴定报告内容，而加固施工应找有相关特种施工资质的单位施工，报价应符合市场。本文通过庞谷堆小学教学楼的抗震加固具体设计以及后续加固施工，对新文件规定下中小学教学楼及教学用房抗震加固有了较为直观的理解，对后续工程的抗震加固设计与施工有一定借鉴意义。