某中学图书楼抗震鉴定及加固设计

2011-09-07 01:04周广强刘清阳程立安

土木工程与管理学报 2011年3期

周广强，刘清阳，程立安

(山东建筑大学 a.土木工程学院;b.山东省建筑结构鉴定加固与改造重点实验室，山东济南 250101)

近年来我国发生的几次地震使大量房屋受到不同的损坏，严重影响了人们的生命财产安全，对于震区人流聚集区的中小学校舍来说，其抗震性能尤为重要。目前我国各地区还存在相当一部分建设年代比较久远的中小学校舍，其中采用砌体和混凝土柱(或框架)混合承重的房屋是较为普遍的一种结构形式，这类房屋往往采用装配式混凝土预制楼(屋)盖，墙体门窗洞口多，抗震构造措施不足，抗震能力差。

本文通过对山东省部分地区中小学的抗震鉴定和加固改造工作，选取了一个有代表性的房屋，对其抗震鉴定及加固设计进行了介绍。

1 工程概况

某中学图书楼，建于1992年，为三层环形建筑物，中间区域顶部采用钢结构网架。东西向长26.24 m，南北向长26.64 m，底层层高3.9 m，二、三层层高均为3.6 m，房屋高度11.4 m，其底层结构平面见图1。

图1 底层结构平面

该建筑物为混合结构，基础形式为墙下钢筋混凝土条形基础及柱下钢筋混凝土独立基础，楼、屋面板采用混凝土预制空心板、局部为现浇。墙体采用M5混合砂浆、≥MU7.5烧结普通砖，主体结构混凝土构件设计强度等级为C20。

2 抗震鉴定

该工程所在地区抗震设防烈度为7度，基本地震加速度值0.15g，设计地震分组第一组。依据GB50023-2009《建筑抗震鉴定标准》，按B类建筑物(后续使用年限为40年)进行鉴定，该工程抗震设防类别由丙类提高至乙类，因此应按8度核查其抗震措施，按7度(0.15g)进行抗震验算。

2.1 地基基础

该建筑物上部结构未发现不均匀沉降裂缝，通过对该建筑物四个角点倾斜测量，相对倾斜值均小于0.0007H，说明地基基础无明显静载缺陷。

2.2 房屋外观和内在质量

墙体无明显受力裂缝及不均匀沉降裂缝;部分墙体门窗角部存在温度裂缝，缝宽0.3～0.5 mm;底层部分外墙较潮湿，局部抹灰层空臌、脱落。混凝土柱、梁、板无明显裂缝及损伤。

2.3 抗震措施

(1)房屋高度、层数及层高

该房屋高度、层数及层高均满足鉴定标准限值要求。

(2)结构体系及平面形式

①结构布置不合理，该房屋底层4×D～G，9×D～G范围为混凝土柱及顶部混凝土托梁，采用玻璃隔断，无抗震墙，而该位置二三层均为砖墙。这不仅使底层抗震墙布置不均匀，沿4轴、9轴纵向形成薄弱部位，而且也导致墙体竖向不连续，对抗震极为不利。

②除局部外，绝大部分楼、屋盖采用装配式混凝土楼、屋盖，整体性较差。

③一层、二层抗震横墙最大间距为10.8 m，满足鉴定标准中11 m限值要求。

④房屋的高宽比满足GB 50023-2009《建筑抗震鉴定标准》中2.0限值要求。

(3)整体性连接构造

①构造柱设置不足，不满足鉴定标准的相关要求。

②屋盖及每层楼盖处均设有钢筋混凝土圈梁，满足鉴定标准的要求。

(4)易局部倒塌的部件及其连接

①承重外墙尽端距窗洞边的最小距离为0.87 m，不满足鉴定标准中最小1.5 m的要求。

②砖砌女儿墙高度1.2 m，而且与屋盖结构拉结不可靠，应采取加强措施。

(5)楼梯间

楼梯间顶层横墙和外墙未沿墙高每隔500 mm设2φ6拉结钢筋，不满足鉴定标准的要求。

(6)材料强度

实测上部结构梁、柱混凝土强度可评定为C20，各层烧结砖的强度均可评定为MU10，满足鉴定标准的要求;实测一至三层的砂浆抗压强度推定值分别为1.06 MPa、1.07 MPa和1.01 MPa，不满足鉴定标准中不应小于M2.5的要求。

2.4 抗震承载力验算

根据实测材料强度及实际荷载情况，经验算，一、二层抗震承载力不满足要求，2轴、4轴、9轴及11轴纵向抗震承载力严重不足;三层抗震承载力满足要求，应进行抗震加固。

3 抗震加固设计

3.1 加固方案

(1)该工程存在的最大的问题是在4×D～G，9×D～G位置底层无墙体，墙体竖向不连续，类似于底框-抗震墙结构，在底层形成薄弱部位，为此在底层与二、三层相应的位置增设墙体，使墙体竖向连续，结构体系更加明确，底层墙体布置也更均匀。

(2)2轴、11轴外墙洞口尺寸较大，纵向抗震能力差，而且纵横墙交接处也未设置构造柱，在墙体与大梁、横墙交接处增设构造柱，提高纵向抗震能力。

(3)因墙体砂浆强度为M1.0，抗震承载力较低，而且不满足鉴定标准的要求，对墙体采用钢筋网砂浆面层进行加固。采用钢筋网砂浆面层加固墙体后不仅可提高墙体的承载力，而且可在一定程度上改善墙体的脆性特性，提高抗震性能。另外加固时对于部分墙体存在的在温度裂缝、抹灰层空臌、脱落的问题可一并解决。

(4)承重外墙尽端距窗洞边的最小距离为0.87 m，但端部有构造柱加强，而且采用钢筋网砂浆面层加固墙体后，通过钢筋的拉结，可明显提高其整体性，避免墙段在地震作用下倒塌。楼梯间顶层横墙和外墙未沿墙高每隔500 mm设2φ6拉结钢筋，通过钢筋网砂浆面层加固墙体这一问题也得到解决。

(5)装配式混凝土楼、屋盖，整体性较差，大震时也容易塌落，应加强其整体性及支承长度。通过在预制楼板顶部设置混凝土后浇层、配置钢筋网可较强地提高其整体性能，但施工时需人工剔除楼面面层，剔凿工作量大而且容易破坏楼板。在预制板支承梁(墙)处增设支角钢支承，可增加楼板支承长度，另外通过连接件对预制板与支承梁(墙)进行拉结，也可一定程度上提高楼盖的整体性能，增设支角钢支承施工简便、工期短，可行性较好。

(6)砖砌女儿墙高度1.2 m，而且与屋盖结构拉结不可靠，地震作用下易倒塌，考虑到原女儿墙砂浆强度也较低，可将原女儿墙拆除，重新砌筑。

3.2 加固设计

(1)底层增砌墙体部位，在原混凝土柱下独立基础之间重新设置了混凝土条形基础，增设墙体、构造柱后的底层结构平面图如图2所示。后砌墙体采用MU10黄河淤泥烧结砖、M5水泥砂浆，与原混凝土柱之间通过拉结筋、混凝土连接件进行连接，见图3。增设构造柱砌体采用外包混凝土组合柱的形式，采用C25细石混凝土，见图4。