校安工程建筑抗震鑒定與結構加固

胡 敏

中小學校舍安全直接關系到廣大師生的生命安全,關系到人民群眾的切身利益,關系到社會的和諧與穩(wěn)定。中小學校舍安全工程是一項重大的民生工程。2008年8月1日頒布實施的GB 50223-2008建筑工程抗震設防分類標準將中小學校舍的抗震設防類別劃分為重點設防類。結合 2009年 4月正式啟動的全國中小學校舍安全工程的要求,各省市對所在地中小學校舍的抗震質量進行全面排查,對于有安全隱患的校舍,根據(jù)國家現(xiàn)行抗震加固規(guī)范,采取可行的方法進行抗震加固。

安徽省校舍安全工程的排查工作于 2009年 9月底前全部完成,鑒定、加固設計工作于 2010年 2月底前全部完成,加固改造施工工作 2009年完成總量的30%,2010年完成總量的 60%,2011年完成總量的 10%,檢查驗收面達到 100%。為此 2010年全省各級財政投入資金達50億元,加固和重建校舍面積達 1 057萬 m2。

1 建筑抗震鑒定

中小學校舍安全鑒定工作依據(jù)GB 50292-1999民用建筑可靠性鑒定標準、GB 50023-2009建筑抗震鑒定標準、GB 50223-2008建筑工程抗震設防分類標準、GB 50011-2001建筑抗震設計規(guī)范(2008年版)等相關國家規(guī)范、標準。

校舍安全鑒定通過對建筑概況、工程資料、抗震設防、地基基礎、上部結構和建筑現(xiàn)狀的調查,確定建筑物的抗震鑒定。鑒定內容包括后續(xù)使用年限、抗震鑒定方法、地基基礎鑒定、上部結構抗震措施鑒定以及抗震承載力驗算,最終得到抗震鑒定結論,提出維修加固建議。

2 抗震結構加固

依據(jù)鑒定報告以及現(xiàn)場復檢,根據(jù)國家現(xiàn)行抗震加固規(guī)范,對校舍進行抗震初步驗算以及抗震方案設計,再對校舍進行加固補驗。校舍結構加固原因及措施通常有以下幾個方面:

1)多層砌體房屋采用不利于結構抗震性能的縱墻承重布置,并且未采取必要措施改善其抗震性能。其結構加固措施:盡可能增加橫墻數(shù)量,或將縱墻沿長度方向分段,留置門窗洞口,以縮小縱墻的貫通長度,減小剛度;縮短獨立單元長度,可結合溫度伸縮縫的設置,組成獨立的抗震單元;盡量布置成縱、橫墻混合承重的方案,即使是局部混合承重布置對抗震也是有利的。

2)多層砌體房屋在底層設置較大的階梯教室或大會議室時,平面位置不夠合理。其結構加固措施:應將大會議室布置在頂層較有利。頂層具有取消部分橫墻的便利,以適應大空間的要求,而且頂層大會議室的屋蓋也比較好處理。從平面的對稱性要求,對大會議室房間的布置,宜設在中段或兩端對稱布置會議室。當設在頂層盡端應采取加強措施,如采用抗側排架結構,調整在平面布置上剛度的分布等。

3)多層砌體房屋結構抗震抗剪強度驗算時,當某層或某些墻段不能滿足截面強度要求時,未采取有效措施加強。其結構加固措施有:a.增加墻厚?？拐鹂辜魪姸扰c截面大小有關,增加墻厚可以提高抗剪能力,同時,外墻可以提高保溫隔熱效果,有利于節(jié)能。b.提高砌體強度。磚和砂漿強度的提高,會直接增大截面抗震抗剪能力。c.配置鋼筋網。在內外墻體均采用雙面鋼筋網砂漿面層進行加固,以提高墻體的整體性和承載能力,有效地抵抗地震作用對墻體的剪切破壞和局部彎剪破壞。d.增設構造柱。在墻段兩端設置構造柱是一種抗御地震時突然倒塌的有效措施。

4)在多層砌體房屋中,未按規(guī)范要求設置構造柱。其結構加固措施:增設構造柱。構造柱是一種良好的抗震構造措施,能夠使多層砌體房屋減輕和避免突然倒塌的危險,是保證多層砌體房屋大震不倒的重要措施。例如:對 7度區(qū),5層砌體結構教學樓,其構造柱應設置在外墻四角,錯層部位橫墻與外縱墻交接處,大房間內外墻交接處,較大洞口兩側,隔開間橫墻與外縱墻交接處,山墻與內縱墻交接處,樓梯間的四角。

5)樓梯間的整體性不滿足要求。其結構加固措施:頂層樓梯間橫墻和外墻應沿墻高每隔 500mm設2Φ6通長鋼筋。凸出屋頂?shù)臉翘蓍g,構造柱應伸到頂部,并與頂部圈梁連接,內外墻交接處應沿墻高每隔 500mm設 2Φ6拉結鋼筋,且每邊伸入墻內不應小于1m。

6)門窗洞口處采用無筋磚過梁。其結構加固措施:門窗洞口處加設鋼筋混凝土過梁,過梁支承長度不應小于 240mm。

3 工程案例

3.1 工程概況

某校教學樓及學生宿舍,磚混結構,建于 1985年6月,主體結構 4層,建筑面積 3 555m2。原設計單位:某建筑設計室;原施工單位:不詳。

該結構內、外墻均為 240mm厚粘土實心磚墻,樓蓋為預制混凝土樓板,屋蓋為現(xiàn)澆混凝土樓板。按現(xiàn)行荷載規(guī)范對樓面活荷載進行取值:走廊、樓梯間為2.5 kN/m2;教室、上人屋面為2.0 kN/m2;不上人屋面等為0.7 kN/m2。

根據(jù)GB 50023-2009建筑抗震鑒定標準,該建筑屬于 A類建筑,后續(xù)使用年限按 30年考慮,按《鑒定標準》和《抗震規(guī)范》的要求進行抗震鑒定。

3.2 強度實測數(shù)值

1)砌體磚抗壓強度:MU7.5。

2)砌體砂漿抗壓強度見表 1。

表1 砌體砂漿抗壓強度

3)挑梁混凝土強度見表 2。

表2 挑梁混凝土強度

3.3 抗震加固

該教學樓及學生宿舍經驗算一層大部分墻體,二層部分墻體承載力不滿足要求。一二層大部分墻體抗震驗算不滿足要求,三四層大部分縱向墻體抗震驗算不滿足要求。部分挑梁混凝土強度實測值不滿足原設計要求。

該教學樓及學生宿舍層數(shù)(4層)滿足規(guī)定限制,總高度(14.55m)沒有設計規(guī)定限制,可不改變結構體系,采取加強措施滿足規(guī)范要求。

1)加固方案。本抗震加固選用國標 09SG619-1圖集,雙面鋼筋網砂漿層加固方法。其加固措施有內外墻基礎做法均從基礎大放腳做起,構造參見本圖集第 40頁。其中,配筋加強帶鋼筋為8Φ10。樓蓋多孔板增加 40mm厚C 20混凝土現(xiàn)澆剛性層加固,內配 Φ6@200雙向鋼筋網,構造參見本圖集第 82頁 ～84頁相關做法及規(guī)定。教學樓挑梁增設鋼筋混凝土柱支承。材料要求:砂漿:M 10噴射聚合物改性水泥砂漿;混凝土:C25微膨脹混凝土。

2)施工要求。根據(jù)原設計圖紙?zhí)峁┑牡刭|資料,選取粘土層做地基持力層,地基承載力特征值fak=130 kPa?；A需挖至與原房屋基礎同深,基礎底必須進入持力層內 300mm以上。

除基礎墊層采用C 15素混凝土外,獨立基礎采用 C25混凝土,Z1基礎采用C25微膨脹混凝土,在室外地坪以下基礎柱每邊外擴 50mm混凝土保護層,柱主筋位置不變,局部超深根據(jù)開挖情況現(xiàn)場處理?；娱_挖后,必須經勘察、設計、監(jiān)理等單位驗槽后,方可進行下一道工序施工。所有內、外墻體粉刷層鏟除,墻體加固從基礎做起。多孔板板面粉刷層均鏟除,整體加固,面層改用 40mm厚 C20混凝土現(xiàn)澆剛性層,隨澆隨抹水泥砂漿地面或強化木地板、塑料地板等輕質地面。教學樓鏟除墻體、多孔板板面粉刷層和新增混凝土柱可同步施工,待每層新增混凝土強度達到75%以后方可進行下一道工序施工,待每層新增混凝土柱強度達到 100%以后方可進行本層多孔板剛性層施工。屋面防水層做法采用4mm厚聚酯胎SBS改性瀝青防水卷材。加固中不要破壞原主體結構,鉆孔時不得傷及原有鋼筋。未說明部分按國家現(xiàn)行有關施工規(guī)范、規(guī)程執(zhí)行。施工中遇到問題應及時與設計人員聯(lián)系協(xié)商解決,未經認可,不得擅自更改。

3)加固結果。通過對工程加固后的建筑抗震性能鑒定,該教學樓及學生宿舍建筑抗震設防能夠滿足本地區(qū)設防烈度 7度的要求,抗震加固達到了預期的效果。

4 結語

多層砌體結構校舍中預制樓(屋)面板的地震破壞坍塌,從表面上看是預制板的搭接錨固及整體性差造成的,但從震害情況分析來看,其根本原因是承重墻體由于剪切和局部彎剪破壞導致預制樓(屋)面板坍塌。因此,在既有多層墻體結構的抗震加固中,對建筑物承重墻體的加固起關鍵作用。

[1] GB 50023-2009,建筑抗震鑒定標準[S].

[2] GB 50011-2001,建筑抗震設計規(guī)范[S].

[3] 柳炳康.工程結構鑒定與加固[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2006.

[4] 李愛群,高振世.工程結構抗震設計[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2006.

[5] 司拴牢.某多層砌體結構教學樓的抗震加固[J].工程質量, 2009,8(27):35-36.

[6] 09SG619-1,國家建筑標準設計圖集[S].