既有砌体结构建筑安全性检测及加固设计

刘 伟

（山东协和学院，山东 济南 250107）

砌体结构因为其本身特点与优势，使得在20世纪建造的建筑物部分仍然在使用。但因为技术限制，所以导致建筑物整体结构不符合相关要求以及线性标准，在砌体结构使用过程中存在较大的安全隐患。以某吉林省某大学为例，通过检测该教学楼，深入分析与研究产生出现的主要原因，并提出针对有效加固设计方案，确保建筑在使用年限内正常使用。

1 对既有砌体结构建筑物进行安全检测以及加固设计必要性

砌体结构因其价格较为低廉、来源方便、施工较为便捷等特点，被广泛应用到建筑领域中，并且无需任何特殊设备即可完成日常使用，冬季无需采取任何保暖设施，节能效果较为明显，并且有效降低施工成本，提升企业经济效益。在建筑领域快速发展过程中，混凝土材料的不断优化以及改进，在性能方面已经明显高于砌体结构，并且砌体结构因为其本身材料限制，使得其截面尺寸过大、强度较低等劣势逐渐凸显出来。大部分砌体结构在施工过程中，都是采用人工方式进行，工作效率较低，逐渐被多类型建筑结构取代。同时，在砌体结构中，其物理性能不足，导致近年来安全问题不断增加，不利于我国现代化建筑行业发展。因此，需加强对既有砌体结构进行安全检测，并针对结构现状以及缺陷产生原因，融入设计理念，提出加固设计方案，不断提升建筑结构的安全性、稳定性。在加固设计中，需要考虑结构的承载能力、刚度、抗震能力、符合规范和环境因素等多个方面，以确保安全性和稳定性。加固后的结构应能够承受各种预期的负载，并符合相关的建筑设计规范和标准。

2 工程概况

本次砌体设计改造主要以吉林省某大学为例，其由吉林省设计院设计，始建于1968年，至今为止已使用50余年。主楼整体分为三部分，东侧4层、中部6层、右侧5层，其中东西两侧为内框架砖混结构。建筑总面积24 125 m2，总使用面积13 562 m2。屋顶结构为预制槽型板与现浇混凝土板结合，主要承重形式为内框架柱和纵横墙结构，部分教室设置有混凝土圈梁。

该教学楼基础为毛石条基础，属于2类场地。通过对该教学楼原有设计图纸分析，目前该教学已经超出实际使用年限，但是仍在继续使用。为确保学生安全，需对教学楼、行政楼以及部分阶梯教室进行基础加固升级改造。当前结构的抗震性能和能否安全使用需严格按照相关规定进行检测，以便获得最为精准的鉴定。

针对该大楼既有结构评估其整体抗震性能，为能更好把握该结构抗震性能，需确定在地震危害下，结构的性能水平，据调查研究发现，可将既有砌体结构性能水平分为以下5类，分别为充分运行、基本运行、接近倒塌、生命安全以及倒塌等，如下表1所示，为结构性能与破坏分析表。

表1 结构性能与破坏分析表

定性结构性能水平作为评估既有砌体结构整体抗震性能的基础，还需量化相关参数，目前较为常用结构性能指标主要有：位移指标、与能量相关的参量、与结构延性有关的参量、能量与位移双控指标以及力指标构成。

通过分析遭受地震破坏的某处砌体结构，计算遭受不同程度地震破坏实际指标，并给出具有较高实用性的相关数据，如下表2所示，为破坏程度与指标之间关系。

表2 破坏程度与指标之间关系分析表

通过对教学楼主楼砌体结构进行深入分析研究，发现在未采取抗震加固措施时，在小、中震作用下，主体结构会遭受不同程度的破坏，并且会丧失其基本结构。而主楼砌体结构在重力作用下，因无法承重所以遭到毁灭性破坏，进而出现倒塌现象，无法保证主楼内部人员生命安全。

3 工程背景

以吉林省某大学主楼为例，对既有砌体结构进行升级改造与设计。学校经过多年的发展以及招生规模达到持续扩大，当前主楼使用面积与功能，已无法满足后续发展与教学需求。基于此，对其进行改造。在本次加固设计改造过程中，需基于既有防腐基础加固基础上，相应增加钢筋混凝土框架，层高为3.7 m，柱间距离为8～9 m，共5榀。针对主楼实际情况，现钢筋混凝土框架跨度为14.7 m，首层高度为20.8 m，建筑物总体高度为35.5 m。在加固改造阶段，因结构跨度较大，所以针对横梁来说，应采取预应力钢筋混凝土。

如下表3所示，为主楼结构外层框架部分梁柱参数分析表，其中，外层框架底层柱与其他层柱分别用A1、A2表示；外层框架底层横梁、其他横梁以及纵梁用B1、B2、B3表示。

表3 外层框架梁、柱数据参数分析表

3.1 现场情况

通过对现场进行分析检测，主楼结构部分层位砌体强度以及砂浆强度不满足当前要求。对主楼部分层级，对T层及1层升级改造，只是原建筑物主体结构与现状主体存在较大区别，现场结构损伤情况见表4。

表4 现场结构损伤

在对主楼部分楼层进行升级改造时，发现1，2层墙体遭受到严重破坏，同时因原结构是1968年设计完毕，已无法满足当前需求。墙体交接处，均设置有相应规格的构造柱，并且每层均有圈梁，因此在长时间使用过程中，办公室/活动室未发生明显的质量问题。

3.2 结构加固改造与设计

主楼进行结构加固改造与设计前准备阶段，主要分为基础、上部结构两部分的加固改造设计工程。

验算基础加固与设计。主楼部分地段土质较差，地表层主要为以建筑垃圾为主的杂填土。在设计前准备阶段对其进行地质勘察，发现杂填土厚度为1.4～4.2 m。而在杂填土下方，主要为细砂层、素填土层以及粉砂层。如下图1所示，为被拆除横墙位置及结构平面图。

图1 被拆除横墙位置及结构平面图

（1）验算基础承载力。主楼部分结构为三七灰土垫层基础结构。宽度为8 101 520 cm。本次验算主要以20 cm宽为例，根据组合荷载效应标准要求，地面平均压力需≤200 kPa，而现状主楼结构经验算分析后，其地面平均压力为240.5 kPa，不符合标准要求。因此，需调整现状主楼部分结构，直至符合标准要求。

（2）基础加固。学校人员较为密集，因此在进行基础加固作业时，可能存在着一些问题，如学校来往学生、教师较多，材料运输起来较为困难，并且房屋的东、南方向与其他建筑物连接；堆放建筑材料场地相对较小，场地条件不允许大规模开挖作业。根据基础验算结果与实际情况，加固方案设计需综合考量设防烈度、施工难易程度以及综合造价等因素。加固方案具体如下：

在加固作业期间，可适当拆除首层地面，并在距离地面-0.4 m位置处的墙体上，开凿出2.5 cm×5 cm洞口，洞口水平间距为20 cm。同时在与洞口等高处，制作相应数量的5 cm厚度的筏板，并将其穿过已开凿的预留洞。随后，于洞口位置浇筑混凝土，以此形成销键，实现筏板与墙体的稳定连接。此过程中，需确保室内地面结构、筏板、销键处于同一高程。

为进一步加固主楼结构，需以筏板、墙体连接点为起点，于两侧布置外延暗梁，并浇筑混凝土，促使梁、中键筏板形成完整整体。此加固方案的优点在于，能够减少室外环境下作业，同时以筏板作为首层地面，均摊现状地面平均压力。但实践中，发现筏板埋深较浅，为强化加固方案，需对地基部分进行二次加固，置换部分填土，从而导致施工开挖量增加，运输起来较为困难。

此外还可采用条形基础方案进行加固作业。与筏板基础加固相似，也是在距离地面的-1 m埋深墙体两侧，做条形基础。在与销键等高位置沿内墙两侧做混凝土圈梁，外墙圈梁仅在室内一侧布置。使用混凝土将圈梁、销键以及条形基础整合成一体。

4 结语

综上所述，以吉林省某大学主楼砌体结构为例，分析评估既有砌体结构抗震评估、加固改造与设计。基于能量与变形双重破坏指标，评估结构整体抗震性，并在分析结构加固改造与设计方案的基础上，对其进行加固改造，满足相关设计改造要求。主楼部分楼层加固近半年，未见到明显裂缝，并且对其进行检测，发现符合既定要求。因此上述多种加固方案具有加固量较小、使用较为方便快捷等特点，有助于解决既有砌体结构可能存在的安全隐患。