教学楼抗震鉴定分析评估与加固措施论文_邓连飞

邓连飞

佛山市安固建筑物诊治技术有限公司 广东省 佛山市 528000

【摘 要】汶川地震带来的惨痛教训提醒了我们,学校教学楼质量问题不容忽视。国家有关部门也对抗震规范中关于中小学校舍部分做了相应的修改,并要求对已有的校舍进行全面的抗震安全鉴定。本文对某教学楼框架结构进行了全面检测、抗震鉴定和分析,并根据鉴定评价结果,提出了加固设计建议,可以作为其他类似结构的抗震鉴定及加固设计的参考。

【关键词】抗震鉴定;加固研究分析;抗震能力;建筑安全

校园是人员密集场所,一旦发生建筑倒塌将严重威胁师生的生命安全。为了保障师生的生命安全,我们必须按新标准对此类房屋结构进行抗震检测鉴定,若鉴定结果表明该结构不符合要求,则需进行加固,提高其抗震能力。笔者结合工程实例分析,对教学楼结构抗震鉴定进行全面的分析与评估,并提出了新增剪力墙、增设构造柱和墙体加固的加固处理措施。以期加固改造后的建筑物能够满足现行规范的抗震要求,保证其以后能够正常安全使用。

1 工程概况

某中学教学楼建于1989年,分别由西楼、南楼、北楼和中部连接廊4个独立单体组成,西楼、连接廊主体结构为砖混结构,部分主梁下采用钢筋混凝土柱承重,各层楼屋盖处在承重砖墙顶部设有钢筋混凝土圈梁。承重砖墙下设钢筋混凝土条形基础、100mm厚素混凝土垫层。南楼、北楼主体结构为4层钢筋混凝土框架结构,采用钢筋混凝土筏形基础,下设100mm厚素混凝土垫层。根据教学需要,2005年对教学楼西楼、南楼和北楼进行了屋面加建至5层,对原教学楼进行了重新装修(图1)。

图1 加固平面示意

2 抗震措施鉴定

根据国家标准GB50223—2008《建筑工程抗震设防分类标准》,房屋抗震设防类别为重点设防类。建造于1989年,根据国家标准GB50023—2009《建筑抗震鉴定标准》,按B类建筑对房屋进行抗震措施鉴定。上海市抗震设防烈度为7度,房屋按8度抗震设防烈度进行抗震措施鉴定,西楼、连接廊为砖混结构,南楼、北楼为钢筋混凝土框架结构,框架抗震等级为二级,房屋结构体系及抗震构造措施主要分析结果如下:

(1)房屋连接廊高宽比为2.68(规范规定不宜超过2.0),且连接廊楼梯间设在端部;

(2)西楼、连接廊在外墙四角及楼梯间等位置均未设置构造柱,对比规范要求,构造柱设置不满足要求;

(3)西楼、连接廊承重窗间墙最小宽度为0.66m(规范规定不宜小于1.2m),承重外墙尽端至门窗洞边的最小距离为0.72m(规范规定不宜小于1.5m);

(4)顶层楼梯间墙体未配筋(规范规定顶层楼梯间横墙和外墙宜沿墙高每隔500mm设两根直径6mm通长钢筋);

(5)南楼、北楼框架梁端箍筋无加密,梁箍筋直径偏小,框架柱上端箍筋无加密,柱箍筋直径偏小。可见,抗震措施无法满足现行抗震鉴定要求。

3 抗震计算分析

现场检测结果表明,房屋实测轴网尺寸、层高、结构布置、承重砖墙厚度、钢筋混凝土构件尺寸、配筋与原设计基本相符。房屋西楼及连接廊柱混凝土实测强度未达到原设计强度等级C28,评定为C18;南楼及北楼框架柱混凝土实测强度未达到原设计强度等级C28,评定为C25;南楼及北楼框架梁混凝土实测强度满足原设计强度等级C18要求。西楼、连接廊实测砌筑砂浆强度参考值评定为M2.3,不满足原设计要求,实测砖强度等级达到原设计强度等级MU10要求。根据现场检测结果对房屋进行了抗震计算。

3.1 南楼、北楼计算结果

地震力作用下东西方向(纵向)最大层间位移角为1/295,南北方向(横向)最大层间位移角为1/458,均超过国家标准GB50011—2010《建筑抗震设计规范》规定的1/550限值要求。底层柱轴压比在0.49~0.59之间,均小于二级抗震等级框架柱轴压比0.8的限值要求。3,4层框架柱纵筋配置基本满足要求,框架梁配筋基本满足要求。在荷载设计值组合作用下,验算房屋柱下筏形基础的基底压力满足要求。

3.2 西楼计算结果

用底部剪力法进行抗震承载力验算。验算结果表明,房屋各层横向砖墙抗震承载力基本满足计算要求,底部3层纵向窗间短墙抗震承载力严重不足,其中内纵墙抗震承载力欠缺较多。房屋在竖向荷载作用下砖墙受压承载力验算结果表明,房屋砖墙受压承载力基本满足计算要求,仅底层横向内墙与纵向短墙受压承载力有所不足。房屋墙下条形基础基底压力验算结果表明,地基承载力基本满足要求。

3.3 连接廊计算结果

连接廊验算结果表明,房屋各层纵向砖墙抗震承载力基本满足计算要求,横向砖墙抗震承载力严重不足。房屋在竖向荷载作用下砖墙受压承载力验算结果表明,房屋砖墙受压承载力基本满足计算要求,仅底层个别纵向短墙受压承载力有所不足。另外,其地基承载力基本满足要求。

4 分析评估与加固建议

4.1 分析评估

房屋沉降变形现状检测结果表明,房屋西楼目前存在相对明显的向东倾斜及不均匀沉降,东西方向各角点最大向东倾斜5.60‰,平均倾斜4.78‰,其余区域未发现明显的倾斜与不均匀沉降。房屋完损状况检测结果表明,房屋西楼各层东端纵向墙体均有贯穿性东高西低斜裂缝,表面裂缝宽度在0.3~1.5mm之间,屋面14/Q处西楼与北楼变形缝处挤压变形开裂。房屋西楼目前存在相对明显的向东倾斜及不均匀沉降,西楼与北楼变形缝处顶部产生挤压碰撞,因西楼砖混结构为脆性材料,抵抗外界变形能力相对较差,造成西楼东侧纵向砖墙斜向开裂。房屋其余裂缝损伤及墙面渗水属于一般的老化损伤。

该建筑西楼目前存在相对明显的不均匀沉降,考虑到已使用多年,其沉降缓慢,地基承载力在长期荷载作用下已趋于稳定,故不进行纠偏处理,但应加强监测,若发现沉降加速迹象,需考虑加固纠偏。

4.2 加固建议

为保证房屋的结构安全及正常使用,改善房屋抗震性能,提出如下加固建议。

(1)南楼、北楼框架结构增设钢筋混凝土抗震墙加固,增设的抗震墙与原框架梁柱构件应可靠连接,相邻构件采取必要的加固措施。

(2)西楼、连接廊砖混结构外墙四角、大房间内外墙交接处、楼电梯间四角、隔开间横=墙与纵墙交接处、山墙与内纵墙交接处增设构造柱,以提高房屋的整体性。

(3)西楼、连接廊内走廊增设横向连系梁,加强结构整体性。

(4)部分纵向窗间墙采用双面钢筋网砂浆面层加固。

5 加固设计

5.1 新增剪力墙

结合建筑平立面及使用要求,框架结构部分增设钢筋混凝土剪力墙,以满足层间位移角的规范要求,从整体上改善房屋的抗震受力性能。新增剪力墙改变了整个结构的受力体系,保证新增剪力墙的质量以及与原框架结构协同工作是施工的关键。新增剪力墙采用植筋方式与原有梁柱连接(图2),植筋和化学螺栓采用改性环氧类或改性乙烯基酯类的胶粘剂,并应采用A级胶。所有新旧混凝土交接面均应凿毛,刷界面剂处理。混凝土强度等级均为C30。直径小于10mm时为HPB300级钢筋;直径大于10mm时为HRB335级钢筋。新增剪力墙竖向钢筋植于原基础底板内,植筋长度为20d。

图2 新增剪力墙加固示意

植筋和化学螺栓工程施工要求如下所述。

(1)锚固部位的原构件混凝土不得有缺损,若局部缺损,应进行补强或加固处理后方能施工。

(2)钢筋宜先焊后植;若须后焊,其焊点距基材混凝土表面应大于15d,且应采用冷水浸渍的湿毛巾包裹植筋外露部分的根部。

(3)对植筋和化学螺栓应进行拉拔试验检测(或由主管质检单位确定)。

(4)本工程植筋锚固深度不得小于20d,化学螺栓锚固深度不得小于10d。

(5)植筋和化学螺栓钻孔严禁凿断原结构钢筋。

5.2 增设构造柱

增设构造柱的位置如图1所示。通常,新增构造柱有多种做法,该工程新增构造柱设计的基本原则为尽量保证原有建筑外观、使用功能及施工方便。主要有外墙构造柱,内墙构造柱及外墙角部构造柱3种不同的施工做法(图3~5)。施工中,要确保新增构造柱(从基础至屋面)与原墙体、圈梁的可靠连接,并且构造柱(除楼梯间顶层外)和墙体间设拉筋28@500长1m嵌入灰缝内。构造柱下端纵筋植入原有基础内,基础经计算无须加固。

图3 新增构造柱做法示意

(a)XGZ1;(b)1-1剖面

图4 圈梁连接节点示意

(a)XGZ1;(b)1-1剖面

图5 砖墙部位示意

(a)XGZ2;(b)XGZ3

5.3 墙体加固

对于受压承载力不足的纵向短墙,采用双面钢筋网砂浆面层加固,即在现有墙体的两侧设30mm厚钢筋网砂浆面层,砂浆强度为M10,分3层抹至设计厚度,各层砂浆的接槎部位须错开。钢筋直径采用6mm,间距300mm×300mm。双面加面层的钢筋网采用6mm的S形穿墙筋连接,S形穿墙筋的间距为600mm,呈梅花形状布置。

墙体加固施工要点如下所述。

(1)施工顺序:原有墙面清底,钻孔并用水冲刷,孔内干燥后安设锚筋并铺设钢筋网,浇水湿润墙面,抹水泥砂浆并养护,墙面装饰。

(2)原墙面碱蚀严重时,应先清除松散部分并用1∶3水泥砂浆抹面,已松动的勾缝砂浆应剔除。

(3)在墙面钻孔时,应按设计要求先画线标出锚筋(或穿墙筋)位置,并应采用电钻在砖缝处打孔,穿墙孔直径宜比S形筋大2mm,锚筋孔直径宜采用锚筋直径的1.5~2.5倍,其孔深宜为100~120mm,锚筋插入孔洞后采用水泥砂浆填实。

(4)铺设钢筋网时,竖向钢筋应靠墙面并采用钢筋支起。

(5)抹水泥砂浆时,应先在墙面刷水泥浆1道再分层抹灰,且每层厚度不应超过15mm。

(6)面层应浇水养护,防止阳光直晒。

6 结束语:

总之,许多教学楼使用年代过长会出现承载力不足的问题,为了在地震来临之时提高各级各类学校防震减灾能力、消除安全隐患、切实保障广大师生安全,需对原结构按新规范进行全面检测和抗震鉴定,并根据鉴定结果进行综合考虑,采取相应适当有效的加固措施。在尽可能减少对原有结构构件的损伤的基础上,对剪力墙,构造柱以及墙体进行加固,从而使承重墙壁的承重能力增大,对地震剪切力的承受能力提高进而达到抗震要求,保证房屋的抗震安全性、经济性和适用性。

参考文献:

[1]薛刚;王明忠.包头市某中学教学楼抗震鉴定与加固设计[J].内蒙古科技大学学报.2014(03)

[2]孙建;许家鹏;邵云.混凝土-砌体混合结构教学楼抗震鉴定与加固[J].建筑技术.2013(11)

论文作者:邓连飞

论文发表刊物:《低碳地产》2015年第19期

论文发表时间:2016/8/19

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