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摘要：本文主要针对教学楼房屋结构抗震鉴定与加固设计展开了探讨，通过结合具体的施工实例，对结构抗震鉴定作了详细的阐述，并系统分析了相关抗震加固的几个方面，以期能为有关方面的需要提供有益的参考借鉴。
关键词：教学楼结构；抗震鉴定；加固设计
近年来，我国地震灾害出现的次数频繁，对人们的生命和财产安全造成了严重的威胁，特别是对中小学建筑造成了大量破坏。而中小学的学生都是未成年人，他们在突发地震时自救能力差，因此，需要对中小学校的建筑进行全面排查、鉴定和加固，以保障其抗震性能，减少中小学学生的伤亡。
1 工程概况
某教学楼建于1991 年，自建成后荷载及使用功能均无较大改变，无结构加层、改建及扩建现象。教学楼平面基本呈U 形，三条抗震缝将结构分成四个独立的单体。房屋总层数为5 层，室内外高差为0.6m，一至四层层高3.5m，五层层高3.55m，女儿墙高0.85m，总高约19.0m。长约60.92m，宽约47.0m，其建筑面积约为3059m2，其平面如图1.房屋结构形式为砌体结构，采用条形基础，墙体采用普通烧结砖砌筑，承重墙厚度为240mm，楼板为预制多孔板厚120，设置有圈梁和构造柱。抗震设防烈度为7 度，乙类设防。
图1 教学楼建筑平面布置图
2 现场检测结果
2.1 地基与基础
该教学楼基础采用条形基础，在对基础的检测中，未发现明显的倾斜、变形、裂缝等缺陷，未出现腐蚀、粉化等不良现象。上部结构未发现由于不均匀沉降造成结构构件的开裂和倾斜，建筑地基和基础无静载缺陷，地基主要受力层范围内部不存在软弱土、液化土和严重不均匀土层，非抗震不利地段，地基基础基本完好。
2.2 现状调查
该建筑物现状基本完好，支撑大梁的墙体无竖向裂缝，承重墙及交接处无明显裂缝。墙体无严重酥碱和明显歪闪，未发现返潮等不良现象。内外装饰面表观平整、无裂缝，楼、屋盖构件无明显变形和严重开裂，梁板未见露筋、保护层脱落、酥碱等现象。屋面防水层现状基本完好，未发现漏水现象。
2.3 强度检测
该教学楼砌体砖抗压强度检测结果为MU10，混合砂浆强度推定值为M1.0，混凝土抗压强度推定值为14。4MPa。
3 结构抗震鉴定
3.1 第一级鉴定
中小学建筑为重点设防类建筑（乙类设防），应按比本地区设防烈度提高一度的要求核查其抗震措施。该教学楼后续使用年限不宜少于30年，应采用《建筑抗震鉴定标准》（GB50023－2009）规定的A类建筑抗震鉴定方法。鉴定结论如下：
（1）房屋的总高度、层数和各层层高。该建筑地上三层，为8度地区横墙很少的乙类建筑，其层数和总高均超过鉴定标准规定的三层和10m的限值。各层层高均为3.4m，符合抗震规范中砌体结构3.6m层高的规定；
（2）抗震横墙最大间距。该教学楼最大抗震横墙间距为9m，符合鉴定标准规定的A类砌体结构房屋现浇混凝土楼（屋）盖的抗震横墙最大间距是11m的要求；
（3）房屋的高宽比。鉴定标准要求的房屋高宽比限值是2.0，该教学楼的高宽比为0.7，满足要求；
（4）房屋承重窗间墙和外墙近端至门窗洞间的距离。该校舍距离为2.1m和1.3m分别大于规范限值1.5m和1.0m，满足要求；
（5）承重墙体的砖和砂浆的强度等级。承重墙砖的强度等级为MU10＞MU7.5（规范值），满足要求；混合砂浆的强度等级为M1.0，规范规定8，9度时砂浆强度不小于M1.0满足要求；
（6）混凝土构件的强度。该建筑结构部分混凝土构件抗压强度推定值为14。4MPa＜15MPa，不满足要求；
（7）纵横墙的平面布置。基本均匀对称、上下连续，满足要求；
（8）楼梯间位置。设在房屋的尽端或转角，不满足要求；
（9）构造柱，钢筋混凝土圈梁的布置和配筋，楼（屋）盖与墙体的连接均满足要求；
（10）抗震横墙间距和宽度的验算。根据《建筑抗震鉴定标准》（GB50023－2009），楼层总层数为3层，砂浆强度等级为M1.0，则承重横墙间距限值：3层L=4.7m；1，2层L=3.3m；校舍宽度限值：3层B=6.7m；1，2层B=4.9m。本校舍的平均横墙间距5。7m，校舍实际教学楼宽度14.64m，均不满足要求。
综上所述，该教学楼在第一级抗震鉴定时有以上几项不符合鉴定标准和抗震规范的要求，依据鉴定标准规定，需要进行第二级抗震鉴定来进一步判断其是否满足抗震鉴定要求。
3.2 第二级鉴定
（1）楼层平均抗震能力指数
横墙间距和房屋宽度均超过或其中一项超过第一级鉴定限值的房屋，可采用楼层平均抗震能力指数方法进行第二级鉴定。楼层平均抗震能力指数公式如下：
βi=Ai/Abiζoiλ （1）
式中，βi为第楼层纵向或横向墙体平均抗震能力指数；Ai为第i楼层纵向或横向抗震墙在层高1/2处净截面积的总面积，不包括高宽比大于4的墙段截面面积；Abi为第楼层建筑平面面积；ζoi为第楼i层纵向或横向抗震墙的基准面积率，按《建筑抗震鉴定标准》（GB50023－2009）附录B采用；λ为烈度影响系数；
对该建筑结构进行计算可得，Abi均为587.8m2；ζoi承重横墙1～2层为0.0388，3层为0.0268；承重纵墙1～2层为0.0325，3层为0.0237。该建筑抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度0.20g，λ取1.5。纵横墙各层截面积相同，只需计算1层，经计算，纵横墙首层的截面面积分别为23.18m2，22.778m2。
运用式（1）计算出楼层平均抗震能力指数如表1，2所示。
表1 纵向墙体楼层平均抗震能力指数
表2 横向墙体楼层平均抗震能力指数
（2）楼层综合抗震能力指数
现有结构体系、楼（屋）盖整体性连接、圈梁布置和构造及易引起局部倒塌不符合第一级鉴定的要求，可采用楼层综合抗震能力指数方法进行第二级鉴定。楼层综合抗震能力指数应按下式计算：
βci=φ1φ2βi （2）
式中，βci为第楼层的纵向或横向墙体综合抗震能力指数；φ1为体系影响系数，按照《建筑抗震鉴定标准》（GB50023－2009）有关规定取值；φ2为局部影响系数，按照《建筑抗震鉴定标准》（GB50023－2009）有关规定取值；运用公式（2）计算出楼层平均抗震能力指数如表3，4所示。
表3 纵向墙体楼层综合抗震能力指数
表4 横向墙体楼层综合抗震能力指数
（3）墙段综合抗震能力指数
实际横墙间距超过刚性体系规定的最大值，有明显扭转效应，易引起局部倒塌，不符合第一级鉴定要求，当最弱的楼层综合抗震能力指数小于1.0时，可采用墙段综合抗震能力指数方法进行第二级鉴定。墙段综合抗震能力指数应按下式计算：
βcij=φ1φ2βij （3）
式中，βij=2Aij×Abi×βi/Ai×（（Aij×Abi/Ai）+Abij，o）；
令D=2Aij×Abi/Ai×（（Aij×Abi/Ai）+Abij，o），
运用式（3）计算出墙段综合抗震能力指数如表5所示：
综上所述，通过对结构进行楼层平均抗震能力指数、楼层综合抗震能力指数和墙段综合抗震能力指数的计算，分析结果数据得出该中小学建筑第二级鉴定不满足要求，需对原建筑结构进行加固。
4 抗震加固分析
4.1 加固设计
现有的校舍经过第一级和第二级鉴定不满足要求且无法拆除或改变使用功能，需继续使用，经设计计算，为了保证原有楼层墙体加固后刚度不致发生突变，同时要求加固后结构造型美观，可采用双面钢筋网水泥砂浆面层或双面钢筋混凝土板墙对所有纵横墙进行了全面加固，提高结构的整体性和抗震能力，延长结构的使用寿命。
表5 加固前各层墙段综合抗震能力指数
钢筋网水泥砂浆加固法，面层的材料和构造如下：
（1）砂浆强度等级采用M10，面层的厚度为40mm；
（2）双面加固层的钢筋网为Φ6@300，双向；
（3）采用Φ6@900的S形穿墙锚筋，呈梅花状分布；
（4）钢筋网的横向钢筋遇有门窗洞口时，将两侧的横向钢筋在洞口闭合；
（5）钢筋网四周与大梁、楼板、墙或柱可靠连接，采用锚筋、插入短筋或拉结筋等方式连接；
（6）竖向钢筋连续贯通穿过楼板，在楼板处采用集中配筋方式穿过。
钢筋混凝土板墙加固法，面层材料和构造如下：
（1）板墙混凝土强度等级为C20，钢筋采用HPB300和HRB335级热轧钢筋；
（2）板墙单面厚度为50mm；
（3）板墙内配置单片钢筋网片，横向钢筋采用8，竖向钢筋采用12，间距均为200mm；
（4）板墙底部应有基础，且应与原基础可靠连接；
（5）板墙与原有墙体的连接，沿墙体高度每隔0.7～1.0m在两端各设1根12mm的拉结筋，其一端锚入板墙内的长度不宜小于500mm，另一端应锚固在端部原有墙体内；
（6）双面板墙宜采用Φ8，间距为900mm的S形穿墙拉结筋与原墙体连接，锚筋在砌体内的锚固深度不小于120mm，锚筋的间距为600mm，穿墙筋的间距为900mm，并呈梅花状布置；
（7）板墙上下应与楼、屋盖可靠连接，至少应每隔1m设置穿过楼板且与竖向钢筋等面积的短筋，短筋两端应分别锚入上下层的板墙内，其锚固长度不应小于短筋直径的40倍。
4.2 抗震验算
加固后结构的墙段或楼层的综合抗震能力指数
应按下式计算：
βs=ηφ1φ2β0 （4）
式中，β0为墙段或楼层原有的抗震能力指数；βs为加固后墙段或楼层的综合抗震能力指数；η为加固增强系数；Φ1，φ2意义同（2）式。
面层加固法加固后墙段的增强系数可按式（5，6）计算，计算结果见表6。
（5）
ηpij=240［η0+0.075（two/240－1）/fVE］/two （6）
式中，ηpi为面层加固后第楼层抗震能力的增强系数；ηpij为第i楼层第j墙段面层加固的增强系数；Aio为第i楼层中验算方向原抗震墙在层高处净截面的面积；Aijo为第i楼层中验算方面面层加固后的抗震墙，第j墙段在层高处净截面的面积；n为第i楼层中验算方面面层加固抗震墙的道数；η0为基准增强系数；two为原墙体厚度；fVE原墙体的抗震抗剪强度设计值；
表6 板墙加固强度的增强系数
运用结构分析软件PKPM鉴定加固（JDJG）模块进行抗震计算，计算结果见表7。
表7 楼层综合抗震能力指数对比
由表7分析可知：
（1）砌体结构加固前各楼层纵横向综合抗震能力指数均小于1.0，采用双面钢筋网水泥砂浆或钢筋混凝土板墙加固后，综合抗震能力指数大于1.0，结构的整体抗震性能大幅度提高；
（2）采用钢筋混凝土板墙加固的校舍，其抗震能力提高的幅度大于采用钢筋水泥砂浆加固的校舍；
（3）层数越高，提高的幅度越大，三层采用双面板墙加固后抗震能力指数提高了近4倍。
5 结论
综上所述，由于近年来地震灾害频发，建筑抗震设防问题再次尖锐的摆在众人面前。为避免中小学校舍在地震中发生整体垮塌，危及师生人身安全，需要加强中小学教学楼的抗震性能，因此，有关部门要对此类建筑做好相关的抗震鉴定工作，并进行加固抗震的施工，以保障建筑的抗震性能，减少中小学学生的伤亡。
参考文献：
[1]诸宏博、郑曙光、徐建勋.某校舍建筑抗震鉴定及加固设计[J].低温建筑技术.2012（10）.
[2]叶中豹、吕琳.某中学砌体结构房屋的抗震检测鉴定与加固[J].山西建筑.2011（14）.
论文作者:唐志忠
论文发表刊物:《基层建设》2015年12期
论文发表时间:2016/11/16
标签：楼层论文; 鉴定论文; 能力论文; 指数论文; 墙体论文; 建筑论文; 钢筋论文; 《基层建设》2015年12期论文;