某幼儿园教学楼结构鉴定及加固要点分析

0 概述

上海市闵行区某幼儿园教学楼为一幢两层的建筑，约建造于上世纪90年代，原建筑为两层的砖混结构体系，后期在房屋西南侧进行了扩建，扩建部分为两层的混凝土框架结构体系。目前，房屋原有部分主要作为教室、打饭间及午睡室使用，扩建部分主要作为餐厅及活动室使用。在使用过程中，教学楼出现了一定程度的损坏现象，为确保房屋的结构安全及正常使用，对该教学楼进行了安全性检测鉴定，并针对鉴定发现的问题，进行了加固设计及施工。本文针对该房屋的结构现状及实际使用情况，对结构检测鉴定及加固设计若干技术要点进行了分析，并提出了意见及建议。

1 工程概况

教学楼为一幢两层的教学建筑，原始部分采用砖混结构体系，楼屋面采用预制板承重，外墙及内纵墙设圈梁，大梁搁置端设构造柱；扩建部分（1～3/A～G轴间区域）采用钢筋混凝土框架结构体系，横向单跨（跨距5.33m）、纵向三跨（等跨，跨距3.4m），楼屋面采用现浇板。底层建筑平面如图1所示，2层及屋面结构平面如图2所示。检测数据表明，该房屋呈向东倾斜规律，南北方向上倾斜无明显规律，各测点的倾斜率在0.2‰～3.7‰之间，均未超过《危险房屋鉴定标准（JGJ125-99，2004年版）规定限值10‰。砌筑砂浆抗压强度离散型较大，各测区推定值介于2.3～11.6MPa之间，砖强度等级MU10。

2 房屋结构检测鉴定要点分析

2.1 地基承载能力判定

本工程教学楼所在场地地质勘察资料及其基础布置图纸均缺失，现场检测时幼儿园无法暂停其正常使用，不具备开挖检测条件，因此地基承载能力无法直接检测评定。理论上来讲，房屋使用数年后，其地基土承载力及弹性模量均会有所提高，根据上海市民用建筑设计院1973年出版的《房屋结构设计手册》一书中作了如下规定：“建造七年以上，软土地基的承载能力可提高20%以上”。同济大学高大钊主编的《软土地基理论与实践》一书中指出，对于建造时间在10～20年之间的房屋，其地基承载力按其原设计时的1.1～1.15倍取用[1]。基于对此规律的认识，《民用建筑修缮工程查勘与设计规程》（JGJ117-98）及《建筑抗震鉴定标准》（GB50023-2009）、《危险房屋鉴定标准》（JGJ125-2006）等现行规范标准，均考虑了随时间的增长，地基承载力有所提高这一特性。

图1 教学楼底层建筑平面布置图

图2 教学楼二层及屋面结构平面布置图

结合本工程，教学楼整体呈向东倾斜规律，南北方向上无明显倾斜规律，各测点的倾斜率在0.0‰～3.7‰之间，均未超过《建筑地基基础设计规范》（GB 50007-2011）规定的4.0‰的限值。经调查，房屋自上世纪90年代建成后，未进行过增层，未拆改上部结构体系，上部使用荷载未发生过偶然作用，且考虑到房屋经过多年的使用，其地基承载力有一定程度地提高。上部结构未发现有因地基不均匀沉降造成的开裂变形现象。综合分析房屋的倾斜数据、上部结构完损状况以及使用历史情况等因素，根据《建筑抗震鉴定标准》（GB50023-2009）的相关规定，认定该房屋地基无静载缺陷；根据《危险房屋鉴定标准》（JGJ125-2006），其基础处于非危险状态，可继续安全承载。

2.2 墙体受压承载力计算结果判定

本工程中，墙体受压承载力采用PKPM-QITI砌体结构辅助设计软件进行计算，砖及砂浆强度采用实测值，电算结果显示局部墙肢的抗力与效应之比小于1.0。

经仔细分析发现，PKPM软件计算中，墙体受压承载力是按“一”字型墙段进行计算的，相交墙体未按“T”形或“L”形截面处理。例如，图3中的①、②两个墙段中某一墙段不满足受压承载力要求，并不等于①、②两个墙段组成的“T”形截面墙体不满足受压承载力要求。所以，当“T”形截面某一墙段的受压承载力电算结果不满足要求时，应对“T”形截面墙体重新复核，并以复核验算结果为准[2]。

验算中部无构造柱“T”形截面墙体受压承载力的步骤如下：

图3 “T” 形截面墙体

（1）计算T形截面的形心、面积A 、惯性矩I ；

（2）计算回转半径，截面折算高度hT=3.5i。

（3）计算高厚比β，影响系数。

（4）在墙体受压承载力计算结果图中，将鼠标分别放在T形截面的①、②墙段上，读取两个墙段的轴力设计值 N1、N2，和砌体抗压强度设计值f 。

（5）复核是否大于1.0，如果大于1.0的话，墙体受压承载力满足要求，反之则不满足要求。

上述方法适用于当①、②两个墙段的抗力与效应之比为任意值的情况。当计算结果中出现一个值大于1.0，而另一个值小于1.0的情况时，《QITI砌体结构辅助设计软件用户手册》还给出了一个简便的计算方法，即如果两数的平均值大于1.0，可认为两墙段受压承载力均满足要求[3]，该方法大大降低了计算工作量。

本工程教学楼的计算中，房屋底层6×D、8×D、9×D三处墙体电算结果显示，各“T”形截面均有一个墙肢抗力与效应之比（fA/N ）小于1.0，对其按照“T”形组合截面复核计算后，其受压承载力能够满足要求，该计算结果科学合理。

3 结构加固措施要点分析

3.1 墙体增设构造柱加固

2008年汶川大地震导致房屋的震害现象，再次证明了砌体结构中构造柱及圈梁的重要性，为此在2009年8月1日起施行的《建筑抗震加固技术规程》中，规定了“外加圈梁-钢筋混凝土柱”的加固方法及要求。外加柱应在房屋四角、楼梯间和不规则平面对应转角处设置，外加柱应由底层设起并应沿房屋全高贯通，外加柱应与圈梁连成闭合系统[4]。该方法结构加固效果显著，但严重影响了外立面的美观效果，本工程中房屋为幼儿园的教学楼，外加构造柱会出现多处凹凸的棱角，严重影响幼儿的活动安全。

2009年上海校舍安全加固工程中，部分工程技术人员开始尝试采用“配筋加强带”等代构造柱及圈梁加固，该方法是在需设置构造柱或圈梁的部位，配置纵向钢筋并采用箍筋对穿墙体拉结，增大截面部分浇筑厚约50mm的水泥基加固料，将部分墙体约束在配筋加强带内，从而等代圈梁或构造柱的作用。采用该方法加固后的墙面，凸出外立面建筑面层约30mm（扣除原有粉刷面层），基本不影响房屋外立面的美观，但该方法由于没有规范规程支撑，在实际应用推广中受到制约。

随着理论分析及相关试验研究的进展，2012年8月1日施行的《砌体结构加固设计规范》（GB 50702）提出了一种类似上述“配筋加强带”的加固方法，即钢筋网水泥复合砂浆砌体组合圈梁或构造柱[5]，本案教学楼增设构造柱及圈梁就采用了规范规定的这种方法，典型部位节点做法如图4所示。

3.2 楼面整体性加固

该房屋室外走廊及内走廊均采用预制板楼面，整体性较差，该处又为主要逃生通道，为提高该处的楼面整体性，采用整浇配筋混凝土面层法进行加固。工程上常用的做法为，凿除地坪装饰面层至预制板结构层，清理干净表面后铺设钢筋网片，最后随浇随抹混凝土。该整浇混凝土叠合层的方法能够明显提高预制板楼面的整体性，但也存在不少的缺点，比如：

图4 钢筋网水泥复合砂浆砌体组合构造柱

（1）凿除原地坪难度大，费工费力；采用机械凿除时容易损伤预制板孔口上缘，孔口上缘混凝土为受压区，损伤后对结构受力明显不利。

（2）整浇面层厚度一般为50～80mm，导致地坪与相邻教室产生明显的高差，这在幼儿园教学建筑中是不允许的。

（3）整浇面层会产生大约1.2～2.0kN/m2的自重荷载，对于板内钢筋受力要求有大幅提高。而实际工程中，若图纸缺失或者图纸标识不明的话，预制板的承载能力评估是一件相当困难的工作。

（4）当地坪采用木地板或者静电地板时，凿除面层会带来相当大的次生问题，导致总工程费用大幅增加，后期的修复工期也会明显增加。

本工程中，根据现场实际情况，确定采用在板底增设钢筋混凝土面层的方法，以增加预制板楼面的整体性，面层厚度50mm，内配ф6@150mm单层双向钢筋，钢筋植入原混凝土梁内，做法示意如图5所示。

面层材料采用水泥基高强早强加固料，该材料具有免振捣、自流平的特性，施工时，在地坪上部局部开孔，将配制好的加固料注满孔洞内，加固料会自动充满模板内的空间，大概一周后可拆模，拆模后的表面平整、光滑。采用板底配筋加固料面层法加固楼面整体性较板面加固具有以下几个优点：

（1）板面凿除面层范围明显变小，仅在需布置钢筋的局部部位将面层开槽，敷入钢筋后补齐即可。

（2）板底增设面层虽也增加了结构自重，但面层内钢筋可作为板底受拉钢筋，结构安全性可以保证。

本工程采用该方法加固楼面整体性，避免了一般常规做法的缺点，在满足既定设计功能的前提下，大大降低了工程造价和工期，为幼儿园的正常开学提供了可靠保障。

图5 板底配筋加固料面层法加固楼面整体性

4 结语

（1）当房屋原始设计图纸资料缺失，基础做法不明，不具备直接计算判定条件时，可综合分析房屋的建造时间、使用历史、上部结构变形及损坏状况，间接判定房屋地基承载能力状况。

（2）砌体墙受压承载力计算时，对于电算结果显示抗力与效应之比小于1.0的部位，不可贸然判定其承载力不足，对于“T”形或“L”形组合截面，应采用手算复核后判定。

（3）当砌体结构需要增设构造柱或圈梁时，在外立面条件受限的情况下，可考虑采用钢筋网水泥复合砂浆砌体组合圈梁或构造柱进行加固。

（4）预制板楼面整体性加固时，板面增设配筋面层会带来很多次生问题，大大限制了其加固的适用范围，可采用在预制板板底增设配筋加固料面层的方法予以解决。

参考文献：

[1]上海市房屋土地管理局.JGJ117-98民用建筑修缮工程查勘与设计规程[S].北京:中国建筑工业出版社,1999-3-1,102.

[2]陈岱林, 金新阳, 张志宏.砌体结构CAD原理及疑难问题解答[D].中国建筑工业出版社,2014-10-1,36.

[3]中国建筑科学研究院PKPM CAD工程部.PKPM2010-QITI砌体结构辅助设计软件（V2.1）用户手册.北京:中国建筑工业出版社,2010,43.

[4]中国建筑科学研究院.JGJ116-2009建筑抗震加固技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社,2009,22.

[5]四川省住房和城乡建设厅.GB20702-2011砌体结构加固设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2012-8-1,57.