单跨框架结构教学楼抗震鉴定及抗震加固设计——以云南省昭通市昭阳区某中学为例

冉曦阳

四川省建筑设计研究院有限公司，四川 成都 610000

1 工程概况

某中学教学楼位于云南省昭通市昭阳区，修建于2000年，为单跨框架结构，建筑面积为1661m2。教学楼共5层，层高3.6m，房屋长37.5m，宽7.8m，2～5层外侧有悬挑长度为2.1m的通长外走廊。教学楼标准层结构平面布置图如图1所示。

图1 教学楼标准层结构平面布置图（单位：mm）

2 现场检测、调查

2.1 工程资料查阅

教学楼混凝土强度等级均为C25；基础采用独立基础，埋深约1.5m；框架柱尺寸分别为400mm×400mm、400mm×500mm及500mm×500mm；横向框架梁尺寸分别为250mm×650mm和250mm×750mm；纵向框架梁尺寸分别为250mm×400mm和250mm×600mm；楼板厚度均为90mm。

2.2 现状调查

教学楼未见不均匀沉降造成的上部结构承重构件开裂现象，未见整体倾斜；框架柱、框架梁、现浇楼板、外走廊挑梁等，均未见开裂、变形。

2.3 现场实体检测

现场对教学楼结构平面布置及层高进行复核，结果表明，教学楼结构布置、层高与原设计一致；对构件尺寸进行抽样检测，结果表明，抽检框架梁、柱及楼板的尺寸均与原设计一致；对混凝土构件强度采用回弹法进行抽样检测，结果表明，抽检构件混凝土抗压强度等级均大于C25，满足设计要求；对构件钢筋配置进行抽样检测，结果表明，抽检框架梁、柱的主筋根数、箍筋间距均满足设计要求。

3 抗震鉴定

3.1 教学楼抗震类别及抗震鉴定方法选择

该工程教学楼的抗震设防类别为乙类；教学楼所在云南省昭通市昭阳区抗震设防烈度为7度，加速度为0.10g，设计地震分组为第三组。教学楼建成于2000年，该项目后续使用年限为40年，教学楼应按照B类建筑抗震鉴定方法进行鉴定。

3.2 地基基础

教学楼上部结构无明显倾斜，未见因不均匀沉降造成的上部结构承重构件开裂现象，教学楼地基基础无明显静载缺陷，教学楼地基基础符合抗震要求。

3.3 抗震措施鉴定

教学楼为乙类建筑，抗震等级提高一度确定抗震等级，根据《建筑抗震鉴定标准》（GB 50023—2009）房屋框架结构抗震等级为二级。按照规范要求对原结构抗震措施进行核查，经核查，教学楼有多项抗震措施不满足要求，核查主要内容如表1所示。

表1 第一级抗震鉴定主要情况

3.4 抗震承载力及变形指标验算

按照现行国家抗震设计规范规定的方法进行结构构件抗震验算及变形验算。该框架结构第一周期为扭转周期，扭转效应明显，部分柱轴压比超过规范限值，部分梁配筋不足，不满足规范要求。

3.5 抗震鉴定结论

教学楼多项抗震措施不满足规范要求，部分构件承载力及配筋不满足规范要求，结构扭转效应明显，综合评定教学楼抗震性能不满足规范要求，需进行抗震加固处理。

4 抗震加固设计

4.1 加固方案选择

教学楼为单跨框架，一般可选择新增一排框架柱将单跨框架改为多跨，增设抗震剪力墙或抗震支撑的方案。由于教学楼还存在部分框架柱轴压比偏大及柱体积配箍率不足的情况，若采用增设支撑或新增框架柱进行加固，仍需对不满足构造要求的框架柱进行加固，故综合考虑此次选用增设剪力墙的方式进行结构整体抗震加固。增设剪力墙后，房屋变为框架-抗震墙结构，框架的抗震等级可降低一级，其抗震措施也可相应降低。

4.2 加固设计

新增抗震墙时间距不应大于24m，分布应尽量均匀、对称。新增剪力墙均紧靠原框架柱，厚度为250mm，与原框架梁等宽，墙长应尽量保证大于8倍墙厚以免形成短肢剪力墙。

教学楼为乙类建筑，增加剪力墙后，结构体系由纯框架变为框架剪力墙，此时框架抗震等级可比原设计降低一级为三级，新增剪力墙抗震等级为二级。结构其余计算参数均按原设计取。经计算教学楼增设剪力墙前后结构的主要整体指标参数对比如表2所示。

表2 加固前后结构主要整体指标参数对比

由表2可知，增设剪力墙后结构第一自振周期变为平动周期，且周期均明显变小，结构扭转效应显著降低；结构层间位移角、位移比均明显降低，结构剪重比增大，结构整体刚度变大，抗震性能明显提高。加固后剪力墙分担了部分竖向力，各框架柱轴压比均有所降低，同时由于框架柱抗震等级降低了一级，最小体积配箍率也有所降低，避免了大范围的框架柱加固。加固后教学楼标准层结构平面布置如图2所示。

图2 加固后教学楼标准层结构平面布置图（单位：mm）

5 结论

（1）对于既有建筑，进行抗震加固前必须进行抗震鉴定，通过抗震鉴定可准确判断出既有建筑具体不满足抗震要求的部位，从而为后续抗震加固提供依据，指明方向。

（2）抗震加固的方式多种多样，应根据工程的实际情况，选取最合适加固方案进行抗震加固，这样不仅可以显著提高结构的抗震性能，还可以缩短施工工期，节省施工成本。