上海金山区中小学校舍抗震加固的结构设计应用

夏先清

摘要：一般建筑物的设计使用年限为50年，在接近或达到设计使用年限以前，必须采取有效的措施对已有建筑进行抗震加固，且加固以后的建筑要满足现行国家和地方的有关设计规范和使用标准才可以继续使用。 通过实际工程出发，对八十年代左右的一些中小学校舍进行抗震加固，依据现在最新的抗震鉴定报告，提出了有效、可行的抗震加固设计方法。

关键词：中小学校舍；抗震鉴定报告；结构类型；抗震加固方法

中图分类号：TU746 文献标识码：A 文章编号1672-3791（2016）01（b）-0000-00

目前金山区现有的、已建的比较老的中小学校舍大多数都建于八十年代左右，近三十几年了，已接近设计使用年限。且随着人口的增长，九年义务教育的普遍实行，受教育的人数也极速增长。在大力新建校区的同时，对原有中小学校舍的加固使用也刻不容缓。因新建校区的各项手续繁琐，以及施工的实际工期都比较长；而对原有的中小学校舍进行抗震鉴定加固，不同的结构类型，各个建筑分段施工，工期短，可控性和操作性很强，利用每年的5-10月份，基本不影响学校的正常使用，且后续使用年限可增加30～40年。

1. 建筑抗震加固的结构设计理念

八十年代左右的中小学校舍大多是砌体结构为主，承重砌体和预制楼板，包括教学楼、宿舍楼和办公楼等；而像食堂和阶梯教室等多为框架结构，主框架承重和预制楼板，抗震性能的整体性差；有的还存在砌体和框架混合承重的结构体系，传力比较模糊。在现阶段的抗震中，这些结构都已经不能满足现有的规范和设计要求。因此，依据现行最新的抗震鉴定报告，改变原有结构的承重体系和受力性能，对原有承重墙、柱和楼板进行抗震加固，加强原有结构的抗震性能，在预期的后续使用年限内能够达到抗震设防的标准，满足使用的安全性。

2.工程概况及基本设计参数

本工程为上海市民办金盟中学校安工程（抗震加固）项目，位于上海市金山区。原建筑的设计时间为上世纪八十年代初，含中学部和小学部，包括教学楼、行政办公楼、宿舍楼、舞蹈房、食堂和阶梯教室等等，结构类型有砌体结构和框架结构，各楼之间设置的单跨连廊为框架结构。本文以小学部的南、北宿舍楼及连廊和大开间的单层舞蹈房的加固为例，根据抗震鉴定报告，详细介绍抗震加固的结构设计方法和实际应用。

本工程建筑结构的安全等级为二级，结构抗震设防类别为重点设防类（乙类），抗震设防烈度为7度（0.1g），设计地震分组为第一组，建筑场地类别为IV类，地面粗糙度为B类，加固设计后续使用年限为30年（简称A类建筑）。

小学部的南北宿舍楼为砌体结构，中间连廊为单跨框架结构；单层舞蹈房为砌体结构。

3.抗震加固的结构设计方法

（1）由于都是老建筑，原有结构的类型、楼板的形式、墙体和砂浆的等级以及目前使用后的损坏情况等，能表面观察的东西比较少，需要借助检测工具和专门的鉴定机构对原有建筑做出技术鉴定，出具相关的抗震鉴定报告。依据报告的内容和实测的建筑的各项指标，才能针对性的建立模型和计算。因此，抗震鉴定报告是结构设计的重要前提和关键部分，缺一不可。

（2）原有建筑的建筑和结构设计图纸也是加固设计的前提条件之一。原有建筑的功能布置和结构形式，是加固设计结构建模的基础，墙体厚度和柱子大小、定位，窗洞和门洞以及层高等。抗震加固结构设计时，需要在PKPM里建立两个计算模型：加固前的原模型和加固后的新模型。

（3）抗震加固计算的过程：第一步，按照抗震鉴定报告的数据以及现有的图纸，建立加固前的原模型，包括原有梁柱的实际配筋量，而计算时则按照现行有关的设计标准和抗震要求计算。对于不满足要求的梁柱和墙体，查看不满足的指标，采取相应的加固措施。第二步，对不满足要求的部位采取相应加固措施后，再行按照现行的标准计算。如果满足要求，则加固可行；如果不能满足要求，则需另行采取更好的加固方法，直到达到抗震加固的设计要求。

（4）砌体结构的墙体加固设计：本工程的小学部南北宿舍楼以及舞蹈房均为砌体结构，原有砌体和砂浆强度明显低于原有设计标准，部分门洞、窗洞以及转角处的砌体已经不满足抗震的能力要求，需要加固。为了提高整体的抗震性能，对宿舍楼原有砌体采取单面或双面钢筋网砂浆面层加固；舞蹈房由于开间比较大，层高较高，经试算后采用双面板墙加固承重砌体墙。

（5）砌体结构中无构造柱的加固设计：原有建筑在转角、大开间处的纵横墙处和门洞间的小墙垛处均未设构造柱。加固设计时，在墙垛薄弱处和建筑四周以及大开间处均增设砌体组合构造柱。在原有墙体上钻孔开洞增设箍筋，并与35mm厚墙体的砂浆网面层或60mm厚板墙面层结合，形成具有整体抗震性的砌体承重墙。

（6）预制空心楼板的加固设计：本工程建于八十年代，所有的楼面板和屋面板均为预制空心板（除卫生间和部分不规则处的楼板外）。预制空心楼板单向搁置受力，抗震整体性差，地震时容易出现断裂破碎，造成房屋整体垮塌。预制楼板的加固可采用楼板下整体支托斜撑和全部碳纤维加固的方法，增加整个楼板的整体抗震性，以满足抗震要求。支托斜撑对于不吊顶的建筑存在视觉效果不好的局限，因此大多数情况下采用碳纤维加固楼板。

（7）混凝土梁和柱的加固设计：本工程因位于上海市金山区，以前的抗震设防烈度为6度。现规范已明确规定按7度抗震设防，因此原有的砼梁和柱的配筋大多無法满足现行抗震的要求。对不满足承载力要求的梁或柱，采用加大截面法、粘碳纤维和钢板加固。因每种方法对承载力提高的程度都有不同，实际加固设计时要考虑的因素很多。具体到每一根梁、每一根柱都是不同的。对于混凝土柱的箍筋间距不满足要求的，可采用螺杆箍进行斜截面加固。

（8）单跨的框架结构连廊加固：学校建筑属于乙类，规范规定不应采用单跨框架结构。而中小学校舍中，楼与楼之间都有连廊，且均为单跨框架结构。加固设计时，可采取增加一跨框架柱的形式，形成两跨框架或者增加剪力墙，改变结构类型，变成框剪结构。因两种结构都会改变连廊的外立面，而增加一跨框架柱，可以不做楼板，仅为框架的构架，实际施工更为方便和可行，大多采用此方法。

（9）楼梯的加固设计：实际工程中，为增加楼梯的刚度和强度，可采用钢绞线网片聚合物砂浆加固楼梯底板和底版粘钢板加固。楼梯处的梯梁一般采用加大截面法加固。如果通过计算，楼梯能满足现行的抗震设计要求，也可不加固。但楼梯四周的墙体需采用双面钢筋网砂浆面层加固，提高楼梯处整体刚度。

（10）对于某些框架结构的加固，采用以上的方法都不能完全达到现行规范的抗震要求，也可采用屈曲约束支撑加固。加固后的结构抗震性能大幅度提高，且有大量的抗震安全储备。但因影响外立面的效果，实际加固设计时也要多方沟通，得到认可才能实施。另外，学校的老建筑使用近三十几年，很多墙体和楼板都会有不同程度的裂缝产生。对于各种裂缝的修补方法最常见的是压力注浆法，易施工，也能达到对裂缝的封闭或补强。

4.结语

对于中小学校舍的抗震加固工程，根据国家的标准图集以及关于抗震加固的设计规范、规程和标准，实际中采用的加固方法可根据具体工程加以深化和改进，大同小异。每一个工程里都有自己的特点和具体要求，而中小学校舍的抗震加固，因受时间和空间的限制，如何在满足抗震加固设计的前提下，寻求更好更方便更省力的加固方法，也是抗震加固中结构设计的难点。只有在实际的应用中多多积累经验，才能不断创新。

参考文献：

[1] GB50023-2009，建筑抗震鉴定标准[S].

[2] JGJ116-2009，建筑抗震加固技术规程[S].

[3] GB50367-2013，混凝土结构加固设计规范[S].