1 引言
我国是一个多地震的国家,地震活动的分布范围十分广泛,绝大多数省份都曾发生过6级以上的地震。砌体结构,通常是指由粘土砖、混凝土砌块等砌成的结构,由于砌体的抗拉、抗剪强度均较低,因而砌体房屋的抗震性能相对较差,在国内外历次强烈地震中,砌体结构的破坏率相当高[1][2]。
汶川地震后,中小学房屋质量引起了社会广泛关注,《建筑工程抗震设防分类标准》
(GB50223-2008)将中小学房屋划分为乙类建筑(原为丙类),重点设防[3]。2009 年,国务院推出校舍安全工程,旨在对全国各中小学校舍进行整体质量调查和改造重建。依据该教学楼的排查报告和抗震鉴定报告,需要对该楼进行抗震加固设计。
2 工程概况
该房屋为上海市普陀区某中学教学楼,为五层砌体结构,于1989 年竣工使用。平面形式为“L”形不规则平面,南端2 轴线-4 轴线教学楼入口处中间两个柱子仅底层有,2~5 层此处为大开间房屋,悬挑3m。
楼盖采用预应力混凝土预制空心板,局部为现浇板,结构承重墙体为多孔黏土砖、厚240mm,每层都设置了圈梁,构造柱设置的位置和数量不满足现行规范要求,每层外墙四角、楼梯间四角、纵横墙交接处均未设构造柱。走廊为悬挑结构。基础形式为钢筋混凝土条形基础,基础埋深1.9 米。
经同济大学房屋质量检测站鉴定,需要对该房屋进行抗震加固。
该房屋抗震设防类别为乙类重点设防,后续使用年限为三十年[4]。
3 加固方法介绍
3.1 分割单元-增设砌体抗震墙
该房屋平面不规则,扭转效应明显,在K 轴线处增设一道砌体抗震墙(图5),设置100mm 宽抗震缝,将原结构分割为两个较为规则的单元。这样既能保证结构安全又不会影响原建筑的使用功能[5]。
增设砌体抗震墙处的条形基础,需进行加固。抗震墙的做法基础的加固方法见图2。这种加固方法充分利用了原有基础,没有设置独立基础,施工简便,避免基础大面积开挖,减少了对原结构的破坏,既达到预期的加固又降低了成本。
3.2 钢筋网砂浆面层加固墙体
砂浆强度等级为M10,采用水泥砂浆,外墙厚度40mm,内墙厚度35mm。钢筋网规格为φ6@200×200,纵横墙交接处钢筋加密为φ6@100,设置φ6@800 拉结筋。这种加固方法提高了墙体的轴压及抗剪性能,增强了结构的整体性该加固方法可以通过钢筋网片的套箍作用较大幅度地提高核心墙体的抗压和抗剪承载力和墙体的整体性能[6]。
3.3 设整浇钢筋混凝土面层加固楼盖
房屋原楼盖采用预应力混凝土预制空心板,结构整体性差,设置钢筋混凝土整浇面层使楼盖刚度增加,由柔性楼盖变为刚性楼盖,提高了抗震性能。
将钢筋植入预应力混凝土预制空心板的加固方法,施工时容易打到空心处,也很容易打断预应力钢筋,不便操作,也会对楼盖造成较大损伤。本设计采取将钢筋直接锚入整浇面层的方法,在墙体处将钢筋锚入,既保证了结构的整体性也能确保预应力混凝土预制空心板同整浇面层较好的结合。详见图3。
3.4 增设构造柱加固
历次震害调查发现,砌体结构若不设构造柱或设置位置不合理会造成结构严重破坏,威胁生命安全,造成重大损失[2]。
该房屋每层外墙四角、楼梯间四角、纵横墙交接处均未设构造柱,若直接在墙体外边缘设置构造柱,会使走廊的空间减小,降低其消防疏散功能[7]。兼顾走廊的空间和设置构造柱的加固方法,本教学楼采用纵横墙节点加强的做法。具体见图4,图中“XZ”表示新增构造柱。
3.5 南端大开间房屋加固方法
该房屋为五层砌体结构,南端2~4 轴线教学楼入口处,2~5 层为大开间房屋,且钢筋混凝土柱上下不连续,结构偏柔。A 轴线处增设一道抗震墙很好的改善结构体系,但此处为入口,该加固方法不可取。经计算发现,梁、柱的承载力及变形能力能够满足要求,不需要加固。但此处的层间位移比超限,需加固,最终采取将悬挑部分的墙体也采用钢筋网砂浆面层加固,部分钢筋植入梁内,使梁和墙体成为整体,共同受力。
4 总结
(1) 加固设计要充分考虑施工条件和原房屋的真实情况,尽量减少对原结构的损坏
(2) 砌体结构增设构造柱若占用空间较大影响建筑功能的使用,可采取2.4 中的方法进行加固;
(3) 做加固设计要充分的了解结构的现状,对加固方法灵活运用,取得较好加固效果的同时也可以得到显着的经济效益。