某多层砌体结构加固改造设计研究

徐兴国

（兰州新现代建筑设计有限公司，甘肃 兰州 730000）

由于既有建筑建设年限较早、设计水平有限，在受地震、火灾等自然灾害的影响下，很多建筑物已超出其设计使用的基本年限，加上各种建筑标准规范的更新，因此，这些建筑安全系数也在不断降低。另外，由于一些建筑功能改变或施工不当等因素的影响，需要对原有建筑进行加固补强处理设计，提升建筑稳定性与安全性，保障人们居住健康。砌体结构本身是我国早期民用建筑、学校、医院、政府办公楼最常见的结构形式，其中，学校和医院则属于重点设防工程内容，因此，进行建筑的加固设计有着十分重要的意义。

1 砌体结构加固技术与节点

目前，砌体加固改造技术已十分成熟，且加固方式的选择需要根据现有结构的鉴定报告、结构改造后的平面图和现有的建筑规范标准要求来实施。同时，需要综合分析结构设计与建筑建设的安全、经济与耐久性等特征。现有的结构加固方法主要有直接与间接两种，直接加固方法包括钢筋网-混凝土面层（水泥砂浆、聚合物砂浆）加固法等；间接加固方法包括优化结构加固体系和增设支撑设施等形式。

另外，在施工中需根据实际情况，结合砌体结构加固设计的方法和内容，使所加固的构件能够与原有结构进行有效连接，避免一些没有加固的部分或一些相关结构和构件基础受到不良影响。目前，砌体结构加固作业的难点主要是加固节点的设计，如一些墙体交界的位置设计补强和拉结措施、新增的面层和墙体本身设计的拉结措施、上层与下层墙体的连接措施、门窗洞口的拆除与封堵措施、原有窗口洞口的补强措施和基础节点的连接措施等。做好加固节点的设计与施工，能够实现新旧结构合理的传力，防止因加固设计不当而影响结构二次受力。

2 工程概况

本次改造工程位于A省某市，该多层建筑设计于1989年，并于1991年完工。结构为砌体结构房屋，原为轻工厂展销部，现要改造成职业院校的图书馆。本楼体总面积为377m2，总长度为16.14m，总宽度为13.74m，建筑檐口的高度为8.2m。其中，设计地上两层：首层高度为4m、二层高度为3.3m。内墙的厚度为24cm，采取普通砖体混合砂浆进行烧结制造。结构中以条形基础建设墙下结构，利用混凝土空心板制作楼梯的屋盖。

3 工程加固分析

3.1 加固鉴定

根据现场检测结果的详细分析，按照我国关于建筑设计所公布的相关标准与规范，决定本次主体结构安全性和抗震性能的鉴定以A类建筑为标准。最终鉴定结果见表1。

表1 本建筑各项指标检测结果

3.2 抗震受力分析

本工程现有的结构存在墙体本身承载力不足、抗震措施不符合要求、底层内框错层等问题。底层内框错层等问题的主要原因是砌体与框架材质不同，其产生的受力特征也不同，二者组合后便形成这种错层问题。因此，可结合该特点来改造内部结构的整体和延性，一般会通过增加混凝土构造柱或圈梁的方法来改善整体结构的受力情况。另外，多层砌体本身存在的错层房屋主要是由于传力路线太过复杂、整体性较差，影响房屋本身的抗震设计。该种类型的房屋会在水平地震作用下产生复杂的作用力，也没有相对应的专用设计计算程序，因此，在房屋的结构构造措施上会更加严格。

4 加固方案探究

4.1 PKPM模型建立

基于工程建筑的实际特征，本工程在建设期间决定设计为30年的使用年限，抗震强度设计为7度，改造后的地震加速度为0.15g，建筑加固后由于其使用功能发生变化，因此，将楼面的活荷载更改为4kN/m2。使用PKPM进行加固模块模型的鉴定和分析，加固前抗力与荷载效应的比值分析如图1所示。

图1 结构加固前抗力与荷载效应的比值分析

根据计算结果分析，加固前抗力与荷载比值在1以下，表示该结构承载力不足，且根据图1-a中的内容分析，横向墙体是该问题主要集中的部位，大约占70%的比例；根据图1-b可以明确，约占10%比例的结构中其抗体受压计算承载的能力不足，且比值结果接近于1。所以，本次工程的设计重点是改造结构的抗震性能和加固方案。

在一般的工程规范设计要求中加固方法较多，建筑加固结构常采用外包型钢法。而在结构缺少相对应的承载力时，可采取外加预应力撑杆法，需要增设对角预应力钢撑杆来提升结构承载力，原理是通过钢撑杆可将原有结构所受到的荷载传到本基础上。而粘贴纤维复合材料的方法主要是应用于抗震加固结构和受剪结构。虽然在整体加固过程中钢筋混凝土板墙是最好的方法，但使用该方法的成本较高，难以大面积推广。

为了实现工程设计安全性与经济性的目标，本次工程按照《砌体结构设计规范》的要求进行建筑建设，并结合结构抗震性的实际要求，最终选择水泥砂浆面层的加固方法来实施本次工程。由于楼板位置建设的年限较长，因此，需要凿除原有楼板的合层，重新使用60厚与C20强度的细石混凝土作为本次新楼板叠合层的材料。

4.2 墙体加固

结合PKPM模型计算的结果分析，决定优先选择钢筋网水泥浆面层双面加固技术施工。每一侧的层面厚度设定为40mm，选择M15强度的水泥砂浆和直径8mm的三级钢筋，内侧为横向钢筋，外侧为纵向钢筋，二者间距为20cm，在此间距内以点焊的形式进行施工，并制作整体钢筋网片。为了发挥柱体的整体协同作用，需要用S型连接筋将墙体两侧的钢筋网进行互拉，二者间隔90cm，以点状交错的形式分布，连接筋直径选择8mm。同时，为确保墙体上层与下层的整体性，需采用直径1.2cm、长度110cm的钢筋打穿楼板后进行焊接处理，将其作为连接筋使用。在此期间，要防止破坏原有混凝土结构中的钢筋，使用结构胶封堵打穿的孔洞。选择钢筋网延伸进入C25的混凝土浇筑墩中来实现新增面层底部与室外的地面，浇筑墩高度为50cm，端部厚度为15cm，防止基础位置的钢筋发生腐蚀，提升整体墙体的稳定性。

4.3 增加构造柱和圈梁

结合本次工程设计的勘察报告显示，构造性的加固措施比较适用，且建筑缺少构造柱和圈梁，所以，可用现浇混凝土圈梁进行代替，用钢拉杆加固内墙与外墙圈梁，与楼盖位置相齐，并在T型交界的位置将其闭合连接。然后，用L型锚筋连接原有墙体和圈梁，锚筋的规格为14@600直径，植入原墙体内部15cm。钢拉杆用直径18mm的螺纹钢代替，两端连接钢板，规格为100mm×100mm×8mm，与新设钢筋圈梁形成一个整体结构。

利用双层钢筋网水泥砂浆面层加固墙体，使用螺纹钢来代替配筋的加强带，根据工程需要，可增加4根螺纹钢，直径为14mm，以上下层贯通的方式施工，采取S型连接将螺纹钢固定，从而实现结构加固的目的。

4.4 楼板加固

在原来的结构分析中主要采取预制混凝土空心板来设计楼板，但根据现场勘察报告结果显示，原有的混凝土结构强度低，不能满足受力构件安装的要求。因此，需要凿除原有的叠合层底板，重新浇筑C20的细石混凝土。

4.5 加固结果分析

在加固设计后，抗力与荷载之间的对比如图2所示。

图2 加固后抗力与荷载比值分析

在计算抗震和受压力期间，各承载件的承载能力符合有关规定，指标都在1以上。通过对配筋网水泥砂浆面层加固补强法的研究表明：采用加筋混凝土的方法增强了墙体自身的弹性和混凝土的抗剪强度，提高了混凝土结构的抗震能力。此外，由于混凝土的影响使墙的受压断面变大，从而提高了整体的压力承载能力。而且，在采用钢筋网状混凝土时会受原墙的强力和灰浆强度的制约，而按设计规范规定，混凝土的强度不宜低于0.4MPa。

5 加固施工技术要求

在项目施工之前，应选定具备加固资质的单位进行施工。结构卸压会将其恢复为没有外部载荷的情况。采用喷水法进行铺装，在浇筑完毕后要进行适当的防护。在层压结构的建造过程中，下面必须进行牢固支承，直到混凝土的强度不小于75%的设计强度。

另外，在多层砌体结构的加固过程中，应采取有效且可靠的安全措施。具体安全措施主要包括：第一，定期检查加固施工支撑体系和工作平台的牢固性。第二，指派专职人员检查加固构件的变形、裂痕等情况。第三，如果在施工期间发现某个构件出现问题，如变形、增大、裂缝数量增多、裂缝的宽度增大等，必须马上停止施工，做好工程支顶作业并及时发出书面通知，向安全负责人和相关安全管理部门与单位汇报，还需向设计单位通报并请他们采取有效措施处理。第四，施工现场不能出现任何烟气与火源，要结合实际需求配备足量的消防器材，如果工程需要动火操作，必须先向安全部门申请，待批准后方可实施。第五，多层砌体结构的加固方案和设计中应用的化学材料应密封存放并远离火源。第六，如果在施工过程中现场存在影响人员健康的因素，如高分贝噪声、粉尘、有害气体、危险操作等，需采取有效措施的同时保证施工人员的安全。第七，如果施工过程需动用一些化学浆液，要保障现场有良好的通风设施，防止化学气体扩散而影响工人的健康。

6 结语

综上所述，本文基于实际案例分析多层砌体结构的加固方案和设计内容、砌体结构加固技术与节点，对案例工程开展加固鉴定和抗震受力分析，探究具体加固方案：首先建立PKPM模型，基于该模型分析结果，优先选择钢筋网水泥浆面层双面加固技术施工，进一步加固工程作业墙体。然后，结合加固鉴定报告增加构造柱和圈梁，并在原有作业基础上对楼板进行加固。最后，对加固完毕后的抗震受力等进行分析。明确利用上述多层砌体结构的加固方案和设计，可有效改善原有建筑的缺陷和功能，使用效果良好。