老旧砌体结构抗震加固研究综述

沈江元，毛信芳

（1.北京维拓时代建筑设计股份有限公司，北京 100025；2.南京高科股份有限公司，南京 210023）

随着经济的发展，土地资源变得稀缺，在现有建筑中，砖混结构建筑占很大比例。砖混结构建筑具有承重和抗震性能，但砖墙材料的抗拉强度和抗剪强度较低，具有自重大、整体性差和易发生脆性破坏等特点，导致抗震性能较低。

在唐山、汶川和玉树的地震中，砖混建筑倒塌，造成许多人员伤亡。但重建既不理想，也不满足可持续发展要求。专家指出，改造费用占重建成本1/15。解决这些砖混建筑问题的最佳途径是合理改造以提高其使用寿命，因此可以在抗震评估的基础上采取各种加固措施，以满足抗震防护的需要。

1 老旧砌体（砖混）结构在地震作用下的破坏原因及破坏形式

1.1 影响砖混结构抗震性能的主要因素

砖混结构的造价成本较低，建造时所需材料简单易于获取，建造技术简单，且受经济影响，导致现阶段在使用建筑中占较大比例。影响砖混结构抗震性能的因素有以下几点。

1）房屋主体结构的损伤。因风化、使用过程中的意外损坏等，产生一定的裂缝问题，伴随裂缝不断延伸，砖混建筑主体结构会出现较多的损伤，会影响砖混结构的承载能力和抗剪能力。

2）地基存在不均匀沉降的情况。由于地下水位的下降、地基在建造时未夯实、密实等原因，造成地基的不均匀沉降，一旦这种情况发生，会对砖混结构的使用性能造成直接的影响，出现明显的裂缝，甚至造成部分结构的破坏。

1.2 破坏形式

1）地震时对于墙体的主要破坏模式为斜向裂缝、X向裂缝、水平裂缝及垂直裂缝，通常出现在楼梯顶层休息平台上方的外纵墙和开放式房间外纵墙的窗台下方。

2）楼板和屋面的破坏模式是屋面保温层和盖板的散落和倒塌；楼板、顶板与墙体之间的水平裂缝、楼板与砖墙之间的错动、楼板与墙体之间的洞口等。

3）屋外舱室周边墙体主要存在单向斜裂缝或X形裂缝，墙体转角处存在环形水平裂缝。

4）当两侧墙体变形时，平拱砖过梁将在跨中位置或支座处出现裂缝，甚至发生掉砖的情况。

2 老旧砌体（砖混）结构抗震加固原则及注意事项

2.1 抗震加固原则

未经专项技术鉴定的房屋不作加固设计；不接受未完成或不符合要求的工程。施工时必须遵循设计方法，严格遵守相关规范，确保以有序的方式进行加固工作。同时兼顾美观，确保安全、经济和高效，减少对建筑物正常使用的影响。

2.2 抗震加固过程中的注意事项

应当避免损坏原有结构。在钢筋施工中，应避免或尽量减少对原有墙体和结构各部分的损坏，特别是在楼板或砌体中钻孔时，钻孔不得损坏原有钢筋，砌体洞口应尽量减少振动；注意柱墙柱钢筋搭接。后壁柱必须有基础，延伸的主加强筋不得在同一截面上断裂，重叠长度也应符合规范要求；圈梁及伸缩缝处理后，在伸缩缝处断开环梁；只有确保伸缩缝的功能并分别闭合伸缩缝两侧，才能达到抗震目的；拆卸新老墙纸、混凝土筏，先用清水清洗干净，施工后加强养护，保证新旧结构整体成型。还应注意的是，砖的最低强度应为MU10，并可在高于原计划的水平上使用。

新老墙体接缝及混凝土接缝应先用清水清洗干净，施工完毕后应加强养护，确保新老结构形成整体。且更需注意的是，砖的强度不应低于MU10，可采用比原设计高一级的砂浆。

3 老旧砌体（砖混）结构常用加固技术分析

3.1 面层加固法

3.1.1 水泥砂浆面层或钢筋网砂浆面层加固法

在使用该方法时，通过在砖墙的外侧采用一定厚度的水泥砂浆面层或钢筋网水泥砂浆面层，提高砖墙抗震能力。水泥砂浆面层的厚度为20～40 mm，砂浆强度等级一般采用M10，钢筋网的钢筋直径宜为4 mm或6 mm，钢筋间距一般为300 mm×300 mm，钢筋网通过每隔一定间距布置的锚筋与墙体连接。使用这种加固方法后，砖砌墙体自重增加较少，故加固位置无需自下而上不间断，但可以基于建筑结构的抗震鉴定结果，可只对不满足抗震承载力要求的楼层或墙段进行加固。

3.1.2 高延性混凝土面层加固技术

将高延性混凝土抹压在砌体结构层表面对砌体墙体进行加固。一般采用10～25mm厚的高延性混凝土面层即可，对结构自重的影响不明显。当进行室外加固时，不用拆除空调、护栏等设施，有节省大量人力物力、提高施工效率和降低工程成本的优点。主要工艺包括：墙体刨凿、混凝土现场搅拌、抹灰等。该方法的操作流程，与传统抹灰工艺基本一样，操作简单，对墙体主体要求较低。与增设钢筋网水泥砂浆面层的加固方法相比，加固墙体的开裂荷载明显增加，承载力缓慢下降，在遭遇地震时，破坏具有一定延性。当采用面层厚度超过30mm高延性混凝土时，要增设钢筋网片，形成“砌体-高延性混凝土”的组合墙体。研究表明，由于高延性混凝土的延性在高温下会显著降低，因此该方法适用的环境温度一般不宜超过80℃。

3.1.3 碳纤维布（CFRP）加固技术

CFRP加固是用结构胶将CFRP粘在墙体基面上，达到增强整体承载性能的目的。相关工艺包括：墙面凿毛、打磨、CFRP粘贴、粘贴后CFRP表面抹灰砂浆保护等。碳纤维布是一种高强、耐腐蚀及防潮的材料，不怕火，经久耐用，用于不同条件下的建筑物加固。然而，碳纤维加固石材砌体的设计相对较晚，且施工成本较高，因此该加固技术尚未得到普及。

3.2 钢筋混凝土板墙加固法

该方法是在被加固砖墙的一侧或两侧浇筑或喷射一定厚度的钢筋混凝土墙，以提高原有墙体的抗震承载能力的加固方法。采用该方法加固时，混凝土强度应确定为C20，钢筋宜采用HPB235级或HRB335级热轧钢筋；板墙一般设置单排双向钢筋网，钢筋间距为150～200 mm。单板墙通常与主墙连接，锚固深度不小于120 mm，双面墙与墙体连接。钢筋混凝土墙体厚度大，自重大，因此，钢筋应以自底向上的连续结构为基础，必须有自己的基础，墙基一般与原地基一样深。一楼室外的板墙在地面以上部分必须足够厚以提高其耐久性。

3.3 外加圈梁或构造柱加固法

增设构造柱不仅可以提高墙体的抗剪承载力，还可以抑制墙体开裂，提高结构的整体稳定性，增加结构在地震中的整体刚度，结构在断裂时有一定张力，从而防止房屋的突然倒塌。但是结构柱本身很大，固定后会增加基础结构的荷载，所以加筋柱必须有相应的基础。外支撑应与墙连接，通过拉结钢筋、销键、压浆锚杆、锚筋与墙连接。

附加圈梁应封闭在同一楼层平面和楼层标高内；附加圈梁应通过阳台、雨篷和楼梯窗附近的标高转换，并局部加固；变形缝两侧附加圈梁分别封闭，交叉环在变形缝段内封闭。可采用拉杆或型钢代替混凝土圈梁。

3.4 增设抗震墙加固法

抗震墙砌筑时，砂浆强度等级应高于原墙实际强度一个等级，且不低于M2.5。增设的砌体抗震墙厚度不应小于190 mm，一般采用现浇带或钢筋网片进行加强。墙顶应设置与墙等宽的现浇钢筋混凝土盖梁，并与楼盖、屋盖梁及板进行可靠的连接，附加防震墙必须与原墙牢固连接。防震墙必须有基础，其深度必须与相邻防震墙相同。防震墙应与既有砖墙、柱、梁和板可靠连接并加固。钢筋适用于建筑物的综合抗震潜力不能满足鉴定要求，或抗震横墙间距超过要求的情况。

4 老旧砌体（砖混）结构常见抗震加固技术的缺点

1）砖混结构大多数抗震加固设计方法都是“抗”，即增加结构截面和配筋数量以抵抗地震。但是其缺点如下：①结构断面越大，刚度就越大，地震作用力也就越大，因此，为了提供必要的截面和钢筋，施工成本越大；②在超高烈度的突发性地震中，由于地震的突发性，可能会对附加建筑物造成严重破坏；③无法保证建筑的内部结构不会受损。

2）常见的砖混结构抗震加固设计方法多以湿法施工作业，施工时扬尘较大，对环境有一定的影响，加之现在许多城市制定了环保规范，湿法作业会受到一定的影响。水泥砂浆面层或钢筋网砂浆面层加固法在施工时，由于混凝土面层厚度较小，如使用混凝土砂浆，施工时间较强且用量较少，必将导致材料的浪费；如人工搅拌混凝土砂浆，会因搅拌技术问题导致部分砂浆质量不符合标准；钢筋混凝土板墙加固法施工时，喷射混凝土，石子会掉落，导致混凝土不符合标准。而且湿法施工工期较长，混凝土养护又是一个技术问题。

3）对于有一定纪念意义的砖混结构建筑，对其进行抗震加固时必须保证建筑物的完整性和外貌完整性，故需要根据建筑物各个部位实际情况运用不同种抗震加固技术。这样就增加了工程项目的复杂性，需要更多进场施工的工种及设备，可能会对建筑造成二次破坏。

5 新型老旧砌体（砖混）结构抗震加固技术

5.1 预应力加固法

预应力加固法是在配筋砖墙预应力筋两侧沿无粘结方向按一定间距对称布置，对砖墙施加竖向预应力，以提高墙体的抗震能力。对于带构造柱的砖混墙体，采用竖向无粘结预应力筋加固后，大大提高了墙体的受剪承载力和延性，大幅增强耗能能力。无筋砖墙采用竖向无粘结预应力筋加固后，加固效果不如带构造柱砖墙。另外，施加竖向预应力后，可以显著提高墙体的抗裂能力，这对砖混结构在小震和中震下的抗震性能将有很大改善，若设计得当的话，可以实现“中震不坏”的抗震性能目标。

5.2 砖混结构隔震支座托换技术

首先，对钢筋混凝土销梁进行预制，同时进行砖混结构基础的加固施工。安装隔震支座的砖混结构墙体应打孔，并安装销梁。销梁施工完成后，进行上、下路肩梁施工。当肩梁混凝土强度达到设计强度的70%以上时，才应在安装隔震支座的墙体上开孔施工。接下来，应建造上下密封板，并安装隔震支座。当所有混凝土强度达到设计的70%后，可拆除上下路肩梁之间的剩余墙体，并对砖混结构隔震支座进行托换。

隔震托换技术用于隔离建筑的地震能量输入，并通过过滤提高建筑结构的刚度和延性。通常，在建筑物和地基之间安装一个特殊装置“隔离垫”，将建筑物与地面隔绝，防止地震能量传递给建筑物，减少地震灾害的影响。

6 结束语

砖混结构建筑物目前存在数量很多，而且在未来的很长一段时间内，砖混结构建筑物依旧在使用。但是我国是地震多发的国家，从几次大地震中得到教训，由于砖混结构本身抗震性能较差，而且十几年之前，受经济条件和施工技术的影响，建造砖混结构建筑时，材料性能很差，施工技术欠缺，导致建造的房屋在工程质量上有很大的安全隐患。对于砖混结构建筑的抗震加固，目前具有很大的发展潜力，有很多机构对抗震加固投入大量的研究。加之砖混结构鉴定技术的发展，可根据鉴定结果，采用更为合理的抗震加固技术。

研发新材料运用于砖混结构抗震加固技术研究，比如高强度高延性混凝土的研发，使面层加固技术、夹板墙加固技术得到很大程度的发展，也提高这些技术的加固效果。预应力加固方法也是目前砖混结构抗震加固发展的一个方向，该技术会大大减少工程成本及工程量。但是设计阶段时计算较为复杂，且施工技术有一定的限制，故该项技术还需继续发展下去才能广泛应用。砖混结构抗震加固领域中隔震层设置及托换技术是较为先进的技术。