校安工程建筑抗震鉴定与结构加固

胡 敏

中小学校舍安全直接关系到广大师生的生命安全,关系到人民群众的切身利益,关系到社会的和谐与稳定。中小学校舍安全工程是一项重大的民生工程。2008年8月1日颁布实施的GB 50223-2008建筑工程抗震设防分类标准将中小学校舍的抗震设防类别划分为重点设防类。结合 2009年 4月正式启动的全国中小学校舍安全工程的要求,各省市对所在地中小学校舍的抗震质量进行全面排查,对于有安全隐患的校舍,根据国家现行抗震加固规范,采取可行的方法进行抗震加固。

安徽省校舍安全工程的排查工作于 2009年 9月底前全部完成,鉴定、加固设计工作于 2010年 2月底前全部完成,加固改造施工工作 2009年完成总量的30%,2010年完成总量的 60%,2011年完成总量的 10%,检查验收面达到 100%。为此 2010年全省各级财政投入资金达50亿元,加固和重建校舍面积达 1 057万 m2。

1 建筑抗震鉴定

中小学校舍安全鉴定工作依据GB 50292-1999民用建筑可靠性鉴定标准、GB 50023-2009建筑抗震鉴定标准、GB 50223-2008建筑工程抗震设防分类标准、GB 50011-2001建筑抗震设计规范(2008年版)等相关国家规范、标准。

校舍安全鉴定通过对建筑概况、工程资料、抗震设防、地基基础、上部结构和建筑现状的调查,确定建筑物的抗震鉴定。鉴定内容包括后续使用年限、抗震鉴定方法、地基基础鉴定、上部结构抗震措施鉴定以及抗震承载力验算,最终得到抗震鉴定结论,提出维修加固建议。

2 抗震结构加固

依据鉴定报告以及现场复检,根据国家现行抗震加固规范,对校舍进行抗震初步验算以及抗震方案设计,再对校舍进行加固补验。校舍结构加固原因及措施通常有以下几个方面:

1)多层砌体房屋采用不利于结构抗震性能的纵墙承重布置,并且未采取必要措施改善其抗震性能。其结构加固措施:尽可能增加横墙数量,或将纵墙沿长度方向分段,留置门窗洞口,以缩小纵墙的贯通长度,减小刚度;缩短独立单元长度,可结合温度伸缩缝的设置,组成独立的抗震单元;尽量布置成纵、横墙混合承重的方案,即使是局部混合承重布置对抗震也是有利的。

2)多层砌体房屋在底层设置较大的阶梯教室或大会议室时,平面位置不够合理。其结构加固措施:应将大会议室布置在顶层较有利。顶层具有取消部分横墙的便利,以适应大空间的要求,而且顶层大会议室的屋盖也比较好处理。从平面的对称性要求,对大会议室房间的布置,宜设在中段或两端对称布置会议室。当设在顶层尽端应采取加强措施,如采用抗侧排架结构,调整在平面布置上刚度的分布等。

3)多层砌体房屋结构抗震抗剪强度验算时,当某层或某些墙段不能满足截面强度要求时,未采取有效措施加强。其结构加固措施有:a.增加墙厚。抗震抗剪强度与截面大小有关,增加墙厚可以提高抗剪能力,同时,外墙可以提高保温隔热效果,有利于节能。b.提高砌体强度。砖和砂浆强度的提高,会直接增大截面抗震抗剪能力。c.配置钢筋网。在内外墙体均采用双面钢筋网砂浆面层进行加固,以提高墙体的整体性和承载能力,有效地抵抗地震作用对墙体的剪切破坏和局部弯剪破坏。d.增设构造柱。在墙段两端设置构造柱是一种抗御地震时突然倒塌的有效措施。

4)在多层砌体房屋中,未按规范要求设置构造柱。其结构加固措施:增设构造柱。构造柱是一种良好的抗震构造措施,能够使多层砌体房屋减轻和避免突然倒塌的危险,是保证多层砌体房屋大震不倒的重要措施。例如:对 7度区,5层砌体结构教学楼,其构造柱应设置在外墙四角,错层部位横墙与外纵墙交接处,大房间内外墙交接处,较大洞口两侧,隔开间横墙与外纵墙交接处,山墙与内纵墙交接处,楼梯间的四角。

5)楼梯间的整体性不满足要求。其结构加固措施:顶层楼梯间横墙和外墙应沿墙高每隔 500mm设2Φ6通长钢筋。凸出屋顶的楼梯间,构造柱应伸到顶部,并与顶部圈梁连接,内外墙交接处应沿墙高每隔 500mm设 2Φ6拉结钢筋,且每边伸入墙内不应小于1m。

6)门窗洞口处采用无筋砖过梁。其结构加固措施:门窗洞口处加设钢筋混凝土过梁,过梁支承长度不应小于 240mm。

3 工程案例

3.1 工程概况

某校教学楼及学生宿舍,砖混结构,建于 1985年6月,主体结构 4层,建筑面积 3 555m2。原设计单位:某建筑设计室;原施工单位:不详。

该结构内、外墙均为 240mm厚粘土实心砖墙,楼盖为预制混凝土楼板,屋盖为现浇混凝土楼板。按现行荷载规范对楼面活荷载进行取值:走廊、楼梯间为2.5 kN/m2;教室、上人屋面为2.0 kN/m2;不上人屋面等为0.7 kN/m2。

根据GB 50023-2009建筑抗震鉴定标准,该建筑属于 A类建筑,后续使用年限按 30年考虑,按《鉴定标准》和《抗震规范》的要求进行抗震鉴定。

3.2 强度实测数值

1)砌体砖抗压强度:MU7.5。

2)砌体砂浆抗压强度见表 1。

表1 砌体砂浆抗压强度

3)挑梁混凝土强度见表 2。

表2 挑梁混凝土强度

3.3 抗震加固

该教学楼及学生宿舍经验算一层大部分墙体,二层部分墙体承载力不满足要求。一二层大部分墙体抗震验算不满足要求,三四层大部分纵向墙体抗震验算不满足要求。部分挑梁混凝土强度实测值不满足原设计要求。

该教学楼及学生宿舍层数(4层)满足规定限制,总高度(14.55m)没有设计规定限制,可不改变结构体系,采取加强措施满足规范要求。

1)加固方案。本抗震加固选用国标 09SG619-1图集,双面钢筋网砂浆层加固方法。其加固措施有内外墙基础做法均从基础大放脚做起,构造参见本图集第 40页。其中,配筋加强带钢筋为8Φ10。楼盖多孔板增加 40mm厚C 20混凝土现浇刚性层加固,内配 Φ6@200双向钢筋网,构造参见本图集第 82页 ～84页相关做法及规定。教学楼挑梁增设钢筋混凝土柱支承。材料要求:砂浆:M 10喷射聚合物改性水泥砂浆;混凝土:C25微膨胀混凝土。

2)施工要求。根据原设计图纸提供的地质资料,选取粘土层做地基持力层,地基承载力特征值fak=130 kPa。基础需挖至与原房屋基础同深,基础底必须进入持力层内 300mm以上。

除基础垫层采用C 15素混凝土外,独立基础采用 C25混凝土,Z1基础采用C25微膨胀混凝土,在室外地坪以下基础柱每边外扩 50mm混凝土保护层,柱主筋位置不变,局部超深根据开挖情况现场处理。基坑开挖后,必须经勘察、设计、监理等单位验槽后,方可进行下一道工序施工。所有内、外墙体粉刷层铲除,墙体加固从基础做起。多孔板板面粉刷层均铲除,整体加固,面层改用 40mm厚 C20混凝土现浇刚性层,随浇随抹水泥砂浆地面或强化木地板、塑料地板等轻质地面。教学楼铲除墙体、多孔板板面粉刷层和新增混凝土柱可同步施工,待每层新增混凝土强度达到75%以后方可进行下一道工序施工,待每层新增混凝土柱强度达到 100%以后方可进行本层多孔板刚性层施工。屋面防水层做法采用4mm厚聚酯胎SBS改性沥青防水卷材。加固中不要破坏原主体结构,钻孔时不得伤及原有钢筋。未说明部分按国家现行有关施工规范、规程执行。施工中遇到问题应及时与设计人员联系协商解决,未经认可,不得擅自更改。

3)加固结果。通过对工程加固后的建筑抗震性能鉴定,该教学楼及学生宿舍建筑抗震设防能够满足本地区设防烈度 7度的要求,抗震加固达到了预期的效果。

4 结语

多层砌体结构校舍中预制楼(屋)面板的地震破坏坍塌,从表面上看是预制板的搭接锚固及整体性差造成的,但从震害情况分析来看,其根本原因是承重墙体由于剪切和局部弯剪破坏导致预制楼(屋)面板坍塌。因此,在既有多层墙体结构的抗震加固中,对建筑物承重墙体的加固起关键作用。

[1] GB 50023-2009,建筑抗震鉴定标准[S].

[2] GB 50011-2001,建筑抗震设计规范[S].

[3] 柳炳康.工程结构鉴定与加固[M].北京:中国建筑工业出版社,2006.

[4] 李爱群,高振世.工程结构抗震设计[M].北京:中国建筑工业出版社,2006.

[5] 司拴牢.某多层砌体结构教学楼的抗震加固[J].工程质量, 2009,8(27):35-36.

[6] 09SG619-1,国家建筑标准设计图集[S].