某框架结构教学楼抗震鉴定与加固＊

丁 阳

（上海市建筑科学研究院有限公司，上海 200032）

1 工程概况

某中学1号教学楼位于上海市闵行区，建于2002年，建筑面积约3 941m2。1号教学楼由主楼、副楼2个单体组成，单体间设变形缝，均为框架结构。由于使用方拟对教学楼进行装修改造，为保证结构安全，应委托方要求，需对房屋进行抗震鉴定，并进行相应抗震加固。以下以1号教学楼主楼的抗震鉴定与加固为例进行介绍。

2 原设计概况

1号教学楼主楼为5层钢筋混凝土框架结构，建筑平面基本呈矩形，东西长57.8m、南北宽9.6m，层高3.9m，室内外高差0.75m，房屋高度20.25m。南北向2跨，柱距2.4m，6.6m，东西向12跨，柱距分别为6.6m，4.5m，3.6m。房屋框架柱截面尺寸为500mm×600mm，500mm×500mm，框架梁截面尺寸为250mm×500mm，250mm×650mm，楼面、屋面均采用钢筋混凝土现浇楼板，板厚主要为120mm。基础采用钢筋混凝土柱下独立承台+预制方桩基础，上部结构及承台均采用C20混凝土，桩采用C40混凝土，围护墙和隔墙±0.000m以下采用MU10标准砖和M7.5水泥砂浆砌筑，±0.000m以上采用MU10多孔黏土砖和M7.5混合砂浆砌筑。1号教学楼主楼2层原结构平面布置如图1所示。

图1 1号教学楼主楼2层原结构平面

3 改造方案

该建筑原设计为教学楼，局部作为办公辅助用房，使用过程中未进行大规模改扩建，实际使用状况与原有设计基本一致。此次装修改造对房屋进行局部功能调整，使用荷载较原设计有所增加，无改扩建。

4 抗震鉴定

原设计按7度一般设防类（丙类）抗震设防，框架抗震等级为三级。按GB 50023—2009《建筑抗震鉴定标准》要求，此次改建应按C类建筑（后续使用50年）7度重点设防类（乙类）进行抗震设防，框架抗震等级需提高至二级。根据委托方提供的图纸资料，经过现场房屋损伤调查、倾斜测量、结构材料强度测试及结构构造措施调查，对房屋进行鉴定分析，得到如下鉴定结论。

1）房屋建筑、结构布置与原设计基本一致，构件截面尺寸与原设计基本一致，混凝土构件配筋情况与原设计图纸基本相符。

2）房屋上部结构混凝土强度达到原设计C20的要求。

3）房屋略向南向西倾斜，南北方向各测点倾斜率在0.21‰～1.16‰，东西方向各测点倾斜率在0.13‰～1.29‰；房屋倾斜率均小于上海市工程建设规范DGJ 08-11—2017《地基基础设计规范》的限值4.00‰。

4）房屋存在局部填充墙墙体裂缝、局部楼板开裂、局部楼板涂料脱落及渗水现象。房屋梁、柱、板等主要承重构件基本完好，现有损伤主要为非结构性损伤。

5）按照7度抗震设防C类建筑（乙类）的标准对房屋的结构体系及抗震措施进行鉴定：房屋存在局部不规则问题，楼梯间设置在房屋端部，结构平面布置不合理，而且楼梯间填充墙构造不符合要求；承载力验算结果表明：房屋存在部分框架节点核心区抗剪验算不满足要求，部分框架梁、柱承载力不足，局部楼、屋面板承载力不足，楼梯间桩基承载力不足等问题。总体上，房屋抗震性能未达到抗震鉴定标准要求，需进行抗震加固。

5 抗震加固

5.1 加固方案

抗震加固设计以房屋抗震鉴定报告及建筑改造方案为依据，对房屋整体结构进行复核、验算，并根据验算结果，对不满足现行规范的构件采取加固措施，确保房屋的安全使用。

1）房屋底层框架柱承载力普遍欠缺，而且框架节点核心区普遍存在抗剪验算不足的问题，采取设置钢筋混凝土抗震墙的加固措施，对房屋进行整体加固。

通过增设一定数量的抗震墙，将原框架结构改变为框架-抗震墙结构，一方面可通过提高结构侧向刚度，减小结构在地震作用下的侧向位移；另一方面由于抗震墙承担大部分地震作用，减小原框架梁柱的受力，进而可以避免大量梁柱的加固工作；此外，通过加固改变结构体系，可维持原框架梁柱的抗震等级为三级不变，配筋构造要求不需要在原设计基础上提高。经综合考虑，最终选择增设钢筋混凝土抗震墙这一经济有效的加固方案。

2）对房屋进行基础加固，采取新增锚杆静压桩和扩大承台截面的加固方法，主要针对新增抗震墙和楼梯间位置。

3）对于增设混凝土抗震墙后仍不满足承载力要求的框架柱采取扩大截面的加固措施。

4）对于增设混凝土抗震墙后仍不满足承载力要求的框架梁采取粘贴碳纤维布的加固措施。

5）对承载力不足的现浇板，采取粘贴碳纤维布的加固措施。

6）楼梯间均设置在房屋端部，对楼梯间的填充墙进行双面钢丝网砂浆面层加强。

5.2 加固设计参数

原结构为框架结构，加固后结构体系为框架-抗震墙结构。建筑结构的安全等级为二级，抗震鉴定类别为C类，加固设计的后续使用年限为50年。计算采用结构设计软件进行计算。

1）楼屋面活荷载楼面活荷载：2.5kN/m2（教室），8.0kN/m2（厕所），2.0kN/m2（办公室），3.5kN/m2（走廊、楼梯间）；屋面活荷载：0.5kN/m2（不上人屋面）。

2）风荷载 上海地区50年一遇基本风压为0.55 kN/m2，地面粗糙度B类。

3）雪荷载 上海地区50年一遇基本雪压为0.20 kN/m2，雪荷载准永久值系数分区为Ⅲ区。

4）抗震设防参数 抗震设防类别为乙类，抗震设防烈度7度，设计基本地震加速度值0.10g，设计地震分组为第一组，特征周期0.90s，建筑场地类别为上海Ⅳ类场地，抗震等级为：框架为三级，抗震墙为二级。

5.3 加固设计注意事项

1）由于房屋基础埋置较深，底层计算高度较大，而且框架柱截面尺寸沿楼层自下而上有所减小，原结构底层侧移刚度与上3层平均侧移刚度80%的比值（剪切刚度）为x向0.457 3，y向0.465 9，底层形成刚度薄弱层。增设抗震墙后，结构体系改变为框架-抗震墙结构，根据上海市工程建设规范DGJ 08-9—2013《建筑抗震设计规程》表5.5.1的要求，整体弹性计算时，框架-抗震墙结构的嵌固端上一层的弹性层间位移角限值为1/2 000。综合以上两点，需对底层侧向刚度进行适当加强，以消除底部薄弱层，但同时要避免薄弱层的转移。

2）房屋原结构两主轴方向的刚度差异较大，增设抗震墙时，应使两主轴方向的刚度适当接近，以减小扭转效应。加强位置宜尽量集中，不宜分散，对楼梯位置宜做适当加强，以减小楼梯构件地震反应。1号教学楼主楼2层加固平面布置如图2所示。

图2 1号教学楼主楼2层加固平面布置

3）根据DGJ 08-81—2015《现有建筑抗震鉴定与加固规程》第17.3.8条，采用扩大截面加固后的梁柱可作为整体构件进行抗震验算，其中新增钢筋、混凝土的强度折减系数不宜大于0.85，当新增的混凝土强度等级比原框架柱高一个等级时，可直接按原强度等级计算而不再计入混凝土强度的折减系数。原框架梁、柱混凝土强度等级均为C20，此次加固新增抗震墙及构件加固时扩大截面部分均采用C25混凝土；原框架梁、柱主筋采用HRB335钢筋，箍筋采用HPB235，此次加固时扩大截面部分均采用HRB400钢筋。新增混凝土和钢筋的材料强度均按原强度等级取用，而不再进行强度折减。

4）增设抗震墙后，为确保抗震墙与原有框架共同受力，新增抗震墙与原结构的连接尤为重要。新增抗震墙与原结构的连接主要有以下4种情况，如图3～6所示。

图3 新增剪力墙与框架柱混凝土扩大截面连接

图4 新增剪力墙与原框架柱连接

图5 新增剪力墙基础锚固

图6 新增剪力墙与原框架梁连接

5）对新增抗震墙和楼梯间桩基承载力不足位置，采取新增锚杆静压桩和扩大承台截面的加固方法，为确保承台扩大截面部分与原承台共同受力，做好新老承台之间的连接同样非常重要。新老承台的连接做法如图7所示。

图7 新老承台连接

6 加固后结构抗震验算

1）底层侧移刚度与上3层平均侧移刚度80%的比值（剪切刚度）为x向1.110 0，y向1.072 5，各楼层均未出现薄弱层。

2）房屋在地震作用下的最大层间位移角为x向1/1 150，y向1/1 437，满足规范1/800限值要求；底层层间位移角为x向1/2 261，y向1/3 636，满足规范1/2 000限值要求。

3）房屋在考虑偶然偏心的规定水平力作用下的最大位移比为x向1.04，y向1.18，最大层间位移比为x向1.08，y向1.20，结构平面布置基本规则。

构件抗震承载力验算：增设抗震墙后，除底层有少数框架柱抗弯承载力不足外，其余框架梁、柱承载力均满足计算要求。

7 结语

本工程中1号教学楼主楼原为丙类设防框架结构，按乙类设防进行改造时，由于抗震等级提高，往往会出现框架梁、柱抗震承载力普遍不足的情况，此时可通过增设部分抗震墙，改变原结构体系的方法进行加固，从而减少加固工程量，降低工程造价。