混凝土框架结构教学楼抗震加固设计与施工研究

齐特，尹醉

（中建二局第二建筑工程有限公司，广东 深圳 518000）

1 引言

我国地震发生较为频繁，很容易造成人员伤亡。为此，应对建筑项目进行加固设计，提升其抗震性能。当前很多建筑的抗震性能不足，在地震中很容易由于材料质量、施工质量以及建筑布局等原因，使结构构件产生一定的破坏，如柱结构剪切破坏、柱墙交接处的竖向裂缝、梁底裂缝、填充墙体交叉裂缝等。本文案例项目中的钢筋、模板、混凝土及碳纤维加固等施工设计可提升建筑安全性，应对其加以探究。

2 教学楼抗震加固项目概况

深圳市第二特殊教育学校施工项目地处光明区玉堂街道办事处寮社区同观路以南，松白路以东，建筑总用地面积9 735.7m2，总建筑面积29 950 m2，其中，地上18 079 m2，地下11 871 m2（见表1）。项目总投资24 696.00万元，总包合同额为156 316 021.71元。建筑包括教学综合楼、宿舍楼、地下车库与设备房等设施，计划工期为700 d，已经在2022年3月31日完成了正负零板面，预计竣工验收时间为2023年5月31日，而新建一所办学规模为18/180学位，按照培智学校二级标准设计的培智类特殊教育高中，混凝土框架结构由2栋综合教学楼、1栋宿舍楼与地下室组成（见图1）。

图1 教学楼鸟瞰效果图

表1 建筑工程概况

3 混凝土框架结构教学楼抗震加固设计

3.1 加固方案设计

传统的建筑抗震加固设计普遍通过外包钢筋混凝土的方式实现，可以用于加固一些框架柱结构，并通过增加结构柱截面面积的方式提升整体结构的刚度，还可以对结构位移与扭转效应进行一定的控制，提升建筑的安全性。而在施工中，这种施工方式由于需要进行大量的柱体加固及补充施工，因此，需要耗费大量的资源及时间，且难以保证施工质量[1]。

为了强化施工效果，可通过改变建筑结构体系的方式进行加固施工，可对结构柱架设剪力墙结构，提升结构刚度，并控制结构层之间的位移情况，控制结构的扭转效应，减少结构由于地震的影响而出现的位移与形变，而对于个别的轴压比不足的框架柱结构，依然可以采用外包混凝土钢筋增加其截面面积，提高轴压比。另外，在本项目的设计中，在地基结构方面采用了桩基础、筏板基础与抗拔锚杆相结合，提升了地基结构的稳定性，将结构安全等级上升为一级，建筑抗震设防类别也为重点设防类，抗震设防烈度达到了7度，全面提升项目整体的抗震能力[2]。

3.2 柱加固设计

在柱体设计中，对于轴压比不足的结构柱可通过增加截面面积的方式进行施工，增加其配筋情况，且不影响建筑的功能，可通过在结构柱四周铺设箍筋与纵筋的方式，以四边加大的形式进行施工，还可以增加U形箍筋，柱体结构内的角筋则在楼体结构内上下衔接，中间受到框架梁阻碍的区域也可以进行一定的弯折，强化混凝土结构的协调性与稳定性（见图2）[3]。

图2 增加柱体结构截面面积

对于其他结构柱，可布置剪力墙结构，可沿着建筑结构的两端与中部对称增设横向与纵向剪力墙，并将原有的单一柱体结构转换为剪力墙结构，布设中应合乎剪力墙相关设计规范，确保增设墙体数量与厚度符合要求，剪力墙的厚度应超过层高的1/20，且应贯通建筑物的整体高度，避免出现刚度突变。通过这种剪力墙的布设可以为结构增加一定的承重与抗震能力，使墙体与柱体相连接，缓解地震对结构的影响。

3.3 梁加固设计

项目中的梁结构均有较大的跨度，且荷载较大，为此，应对梁体进行加固，提升其抗震性能。在梁加固的过程中也可增加其截面面积，而在梁体与墙体的交接处也可增设副梁进行支撑，日后使用中还可悬挂空调、雨棚板等小构件。在梁体的加固设计中，可在梁体两端头加入U形箍与构造筋，且纵筋的布置应方便后续混凝土的浇捣施工，同时通过U形箍可以强化与原有梁体的连接程度，还可以在梁体中粘贴碳纤维，补充其弯矩承载力。

加固设计中还应对其抗震能力进行计算，加固后，结构局部产生的局部影响系数可取1，若结构面层对纵横结构交界处墙体有拉结作用，也应依据实际情况重新确定影响系数。加固设计中，结构的抗震性能可通过式（1）判断：

式中，βa为加固后楼体结构的抗震能力系数；γp为抗震承载力增强系数；φ1、φ2为加固后的体系影响系数及局部影响系数；βb为墙体原有的抗震能力系数。抗震承载力增强系数γp可通过式（2）计算：

式中，γpi为加固后第i层楼体的抗震增强系数；Aai为第i墙段的水平净截面面积；Aa为第i墙段的横向与纵向抗震墙体截面面积；n为第i层横向或纵向中共需要加固的结构数量。

4 混凝土框架结构教学楼抗震加固施工

4.1 钢筋施工

教学楼结构的加固施工中，首先应清除构件结构表面的各类杂质及碳化部分，而在钢筋结构的施工中，本项目钢筋主要集中在结构柱、梁体截面等方面，由于增加了很多截面尺寸较小的配筋，很容易导致钢筋密集，为此，在施工中应合理控制钢筋间距及钢筋保护层的厚度，且在间距难以满足施工条件的情况下应合理进行修改。因此，在钢筋施工中应对结构截面尺寸、新增钢筋数量、构件配筋情况等提前做好布置图绘制，并在施工图中放样测量，为施工过程提供参数依据，且施工前每个构件均应做好质量检查，确保施工质量。

4.2 增设抗震墙

通过增设抗震墙的方式可以提高原框架结构的整体刚度，降低地震影响下导致的结构变形情况，通过抗震墙承受地震的作用力，降低原有框架结构的负担（见图3）。而在本教学楼的施工中，可以通过加设抗震墙的方式，为楼体结构加装多道抗震防线，提升结构的稳定性，且在框架结构具有明显的扭转效应或承载能力较低时，也可以通过抗震墙的方式对结构进行加固。施工中应注意抗震墙的布设不应过于集中，应均匀且对称地分布在建筑物的四周及纵向荷载较高的位置，相互间距应控制在约24 m，且上下楼层间应连续布置，各连续楼层的刚度差距应低于50%。

图3 抗震墙加固

4.3 混凝土施工

混凝土结构施工的位置较为分散，且施工中需要一次性地运输大量的混凝土，因此，应确保混凝土及时入模，特别是在浇筑过程中，由于楼体只能通过开通浇筑孔的方式进行浇筑，因此，也难以确保施工效率，这就需要在施工中合理规划浇筑过程，并通过分区浇筑的方式进行施工。还应注意混凝土模板的尺寸与标高，同时着重检查埋件数量，如钢筋、地下钢缆的厚度以及其分布状况，并做好详细的数据记录，例如，在地基浇筑中，应做好杂质清理与排水工作，并应遵循从高向低的顺序进行分层浇筑，确保混凝土的均匀性。

施工中对于梁体与柱体的分区加固中，应确保混凝土的振捣密实性，特别是对于柱体结构的底部以及梁体结构的交界处，更应强化其密实度，提升结构的加固效果，或通过运用膨胀混凝土强化混凝土的紧固效果，并做好防漏浆、漏液处理，例如在模板的支护施工中，应降低横楞与纵楞的间距，起到提升结构刚度的效果。

4.4 碳纤维加固施工

碳纤维的加固施工直接影响着整体建筑的施工质量，还会影响结构的加固效果，为确保加固质量，在运用碳纤维加固前，应做好结构的表面处理，并适当浸润表面，直到碳纤维布完全润透为止，并做好内部气泡的排除，避免出现空鼓情况，如果出现空鼓，可通过针管注胶的方式进行修补，并重新铺设等厚的纤维布，通过碳纤维布的布设可起到强化结构刚度的效果，提升结构的固定性及抗震能力，但这种碳纤维布的铺设虽然流程简单，但其造价成本较高，因此，施工中可选择重点区域，少量运用。

5 结语

混凝土框架作为我国当前常见的建筑框架，很容易在地震中受到损伤，为此，应做好加固措施，削弱混凝土框架结构受到的地震的影响。本文以深圳市第二特殊教育学校施工项目为例，施工中应做好加固方案、柱体及梁体的设计，通过钢筋、混凝土、抗震墙及碳纤维等加固施工，满足抗震性能需求，提升楼体的稳定性与安全性。