单廊式砌体结构建筑抗震改造加固设计分析

袁先明

（江苏联合职业技术学院无锡交通分院，江苏 无锡 214000）

0 引言

20世纪90年代之前，受制于国民经济水平以及建设行业整体技术水平，多层单廊式砌体结构房屋是我国当时建筑业中使用相对较为广泛的一种结构形式，尤其是中小学幼儿园校舍、职工宿舍等，普遍采用单廊式砌体结构。单廊式砌体结构采用混合砂浆和粘土实心砖砌筑，通过内外墙的咬合以及一定数量的圈梁构造柱实现具有一定整体性连接的结构，楼板多为预制混凝土空心板，梁和其它构件多用现浇混凝土构件。由于砌体结构整体性较差，需要采取更多的抗震加强措施，如圈梁、构造柱等，故在高烈度的地震区，砌体结构教学楼等仍然是震害最严重的建筑[1]。

2008年汶川大地震中，有大量学校建筑倒塌，造成了严重的人员伤亡和财产损失，引发了社会各界对学校建筑抗震安全性的关注。为此，教育部及建设部等多部门联合启动了校安工程，即对现有中小学校舍进行抗震鉴定以及抗震加固。2009年中旬，江苏省专门成立省中小学校舍全工程领导小组,负责组织专门技术人员对校舍进行逐栋排查和检测鉴定，审核每一栋校舍的加固改造、避险迁移和综合防灾方案。经调查了解，仅无锡地区就有大量砌体结构的校舍整体抗震性能不能满足抗震鉴定标准的要求，既有砌体结构校舍的抗震性能及抗震构造措施大多存在不满足现行《建筑抗震鉴定标准》（对于A类、B类建筑）、《建筑抗震设计规范》（对于C类建筑）要求，具有一定的抗震安全隐患。因此，对此类砌体结构进行抗震加固显得尤为重要[2]。本文就单廊式砌体结构建筑的抗震改造加固设计进行分析。

1 建筑概况与抗震鉴定

1.1 建筑概况

根据抗震鉴定报告及原始设计资料可知，某教学楼建造于1990年，主体4层，砖混结构，基础形式为下条形墙基础。楼板和屋盖为预制混凝土板。教学楼总长度49.50m，宽度13.80m，檐口高度14.40m，层高为3.6m。为了充分利用校园场地，满足教学楼具有更多的功能要求，后期对教学楼又进行了扩建，扩建后的建筑平面图如图1所示，主要扩建内容为结合幼儿园使用及消防疏散要求，外廊拓宽了1.6m，左侧新增一间办公室及一部疏散楼梯间。

图1 教学楼扩建后的建筑平面图

1.2 抗震鉴定

根据抗震鉴定报告可知该教学楼为不满足后续使用年限40年的建筑(简称B类建筑)，主要问题表现在：教学楼均为预制楼板、屋盖；教学楼楼板、屋盖与墙体无可靠连接；教学楼承重窗间墙最小宽度450mm，教学楼外墙尽端至门窗洞边最小距离330mm。

2 抗震改造加固设计要点与设计方案

2.1 抗震改造加固设计理念

传统抗震设计往往偏重于结构抗震承载力计算，导致抗震鉴定及加固设计都偏重于针对单个构件或结构某个部位，哪个部位不足就直接加固该部位，而不是从结构整体出发综合考虑，并且将构造措施与承载能力进行独立分析，构造措施不满足就只加强相应构造措施，承载力不足就只进行承载力加强。随着对地震作用的认识不断深入，充分意识到结构的抗震性能是一个综合性指标，构造措施与承载力之间并不是独立不相关的，在一定条件下是可以形成扬长去短、优势互补的。一般情况下，当承载力不足并且承载力只少10%～15%时，可由加强构造措施的方式进行弥补；而构造措施不足也可由提高承载力弥补。这主要是基于性能设计、宏观控制、综合评价的思想，这一互补原则在改造加固实践中具有很强的实用意义。

2.2 抗震改造加固设计要点

对教学楼进行改造加固设计，教学楼结构的抗震设烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g，教学楼结构抗震设防类别为乙类。本单廊式砌体结构建筑改造加固设计要点主要包括：

（1）墙体抗震承载力的加固；

（2）结构整体性加强（新增拉梁、楼板整体性加强等）；

（3）加固后的单廊式砌体结构均应满足规范要求。

2.3 抗震改造加固设计方案

2.3.1 原始砌体墙抗震改造加固设计方案

结合相关资料，依据建筑抗震加固技术规程[3]及混凝土结构加固设计规范[4]，本工程抗震加固方案主要是采用混凝土板墙加固现有墙体，即在砌体墙两侧或单侧增设现浇混凝土组合层，形成“砖砌体-钢筋混凝土”组合墙，从而大幅度提高砌体墙的抗震承载力和刚度的一种加固方法。加固后，原砌体墙体在平面内及平面外的抗弯强度、抗剪强度及延性均可以得到较大幅度提高，砌体结构整体综合抗震能力指数及砌体承载力均大幅提高，且满足二级鉴定的要求。砌体墙加固改造方案如图2和图3所示。

图2 混凝土板墙抗震加固平面图

图3 混凝土板墙抗震加固大样

2.3.2 扩建部分抗震改造加固设计方案

针对本建筑扩建部分的抗震改造加固，采用在走廊处外侧新增混凝土梁、柱，并用现浇的方式，扩建楼梯间及办公室部分延续原砌体结构，采用现浇楼板，并按多层砌体房屋要求设置圈梁、构造柱，砌筑完成后，为避免出现薄弱层及刚度突变，同原砌体墙体一并采用混凝土板墙加固。走廊外侧新增混凝土柱可解决走廊拓宽的要求，并从结构体系要求方面避免了单跨框架抗震能力不足的问题。另外，新增的抗震墙、混凝土柱等结构竖向构件均应设置可靠的基础，且新旧构件之间应增设可靠的连接用于提高结构的整体刚度。这样既提高了结构的安全冗余度，又合理地解决了其他专业的需求。针对原预支楼板及其与墙体无可靠连接的问题，预制板支座采用了新增角钢的技术措施进行加强处理，预制板底采用单向碳纤维布对整体进行加强处理，预制板支座加固大样如图4所示。

图4 预制板支座加固大样

3 抗震改造加固设计注意事项

外廊式砌体房屋结构加固时，结构工程师应根据不同功能的损坏程度予以区别对待：静力状态下的人为及自然损坏，以各承重墙柱等的加固为主；结构主体抗震鉴定不满足鉴定规范要求时，则以整个结构总体功能的恢复为主，而不要求每个构件都完全恢复功能。砌体房屋往往采用加固墙体（钢筋网水泥砂浆面层、钢筋混凝土板墙、新增抗震墙等）来提高房屋的整体抗震能力，但需注意防止在抗震加固中出现局部的抗震能力突变而形成薄弱层，纵向非承重或自承重墙体加固后也不要超过同一层楼层中未加固的承重横墙的抗震承载力[5]。

4 结束语

综上所述，针对抗震鉴定报告中指出的某砌体结构教学楼抗震指标不满足后续使用年限40年的情况，对该教学楼抗震改造加固的设计理念、设计要点和设计方案进行了详细的分析，并阐明了该教学楼抗震改造加固设计的注意事项。该教学楼经2017年抗震改造加固施工完毕后即投入使用，由于近年来仅遇小震，不能用“实战”说明该教学楼抗震性能的大小，但总体上还是得到了业主的认可。本砌体结构建筑改造加固设计也可为类似建筑的抗震改造加固设计提供参考。