清远学校抗震加固幼儿园抗震加固设计方案

　我国2008年5月12日的汶川大地震，造成了大量的人员伤亡和财产损失，特别是学校建筑的垮塌，造成了大量学生的伤亡，引起社会各界的广泛关注。因此，国家组织*对《建筑工程抗震设防分类标准》做了局部修订，明确了中、小学的教学用房抗震设防类别应不低于重点设防类（乙类）。**办公厅也于2009年4月8日印发了“关于全国中小学校舍程实施方案的通知”，实施全国中小学校舍程。本文阐述了某学校综合教学楼的抗震加固设计。 

　　2. 加固方案的主要原则 

　　以“安全、经济、合理、实用”为原则，贯彻如下： 

　　1) 多方案比较，紧密结合实际施工方法，保证新（加固部分）旧（原结构）连接可靠，协同工作； 

　　2) 立足整个结构的综合抗震能力，加强薄弱部位的抗震构造，避免因局部加强导致新薄弱部位的产生； 

　　3) 控制因加固产生的结构自重增加。尽量不拆除、少拆除，尽可能减少地震作用； 

　　4) 尽可能减少对原建筑构件的损伤； 

　　5) 考虑施工进度、难度，尽可能减少对使用环境的影响（噪声、振动、排污等）。 

　　3. 工程概况 

　　学校位于上海市区，其综合教学楼建于1990年，按功能分为B区和C区，其中B区为三层建筑、局部二层，长36.5米、宽29.7米，建筑层高3.3米，室内外高差为0.60米，建筑物总高度为10.50m。综合教学楼C区为二层建筑，**部设有小塔楼，长20.04米、宽12.24米，建筑层高3.3米，室内外高差为0.60米，建筑物总高度为7.20m。 

　　从原结构图纸可以看出，综合教学楼的结构形式以砖混结构为主，局部为钢筋混凝土框架的混合结构形式。其中B区东侧为框架结构，西侧为砖混结构，C区为较完整的砖混结构，B、C区间没有设抗震缝，具体详见图1结构体系平面示意图。 

　　4. 抗震鉴定报告主要结论 

　　6) 本工程设计于1989年，为A类房屋，根据抗震鉴定及实际应用情况，综合教学楼后续使用年限为30年； 

　　7) 结构构件尺寸与原设计基本一致，墙、板、混凝土梁柱及节点等主体结构基本完好； 

　　8) 材性检测结果表明，砌筑砖强度等级均评定为MU10，砌筑砂浆强度等级为M2.5，混凝土强度等级均评定为C18； 

　　9) 建筑变形测量结果表明，房屋测点倾斜率小于《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）中规定的限值4‰；被检测房屋基础现状无严重静载缺陷； 

　　10) 房屋框架结构部分多项抗震措施不满足《建筑抗震鉴定标准》（GB50023-2009）要求，具体详见表1～3。 

　　表 1 综合楼B区 框架部分鉴定结论 

　　对照抗震鉴定规范检查 结论 

　　6.2.1框架结构不宜为单跨框架；乙类设防时不应为单跨框架结构，本房屋部分结构局部为单跨框架。 

　　6.2.1无砌体结构相连，且平面内的抗侧力构件及质量分布宜基本均匀对称。但本结构南侧、东侧与砌体结构相连。 

　　6.2.4框架柱箍筋的较大间距200mm>8d，100mm的较小值，部分柱的截面宽度 250mm <400mm 

　　表 2 综合楼B区 砌体部分鉴定结论 

　　对照抗震鉴定规范检查 结论 

　　5.2.2抗震横墙较大间距13.5m>12.0m 

　　5.2.4构造柱：部分外墙四角，楼梯间四角，内墙与外墙交接处无构造柱 

　　5.2.8承重外墙尽端至门窗洞边的较小距离0.90m>1m 不满足 

　　不满足 

　　表 3 综合楼C区 砌体部分鉴定结论 

　　对照抗震鉴定规范检查 结论 

　　5.2.4构造柱：部分外墙四角，楼梯间四角，内墙与外墙交接处无构造柱 

　　5.2.8 承重门窗间墙较小宽度：0.72m<1m 

　　承重外墙尽端至门窗洞边的较小距离0.90m<1m 不满足  

　　不满足 

　　不满足 

　　5. 结构体系分析 

　　根据原建筑及结构资料，原综合教学楼的结构布置图见图1，从图中可看出，C区平面近似为12.24x20.04m矩形的二层砖混结构，横墙间距以3.3m为主，结构整体刚度大。B区平面近似为回字型的三层建筑，其南侧和西侧均为框架结构，其中西北角的一、二层为分别会议室和阅览室，结构为13.2跨度的框架，B区的东侧及北侧均为砖混结构。 

　　从该综合楼结构体系来看，是框架与砌体结构相混合的结构形式，结构体系混乱，质量与刚度分布不均，非常不利于结构抗震，故首先考虑将B、C区设抗震缝脱开，抗震缝两侧设双墙，将C区分割为独立的、完整的砌体结构单体，以下主要介绍B区的抗震加固设计。 

　　对于B区，可采用以下两种方案： 

　　11) 方案一 

　　在B区的中部10轴处设一道抗震缝，将B区的框架部分和砌体部分划为两个单体，西侧为框架结构，东侧为砌体结构。 

　　本方案的优点是结构体系清晰，结构抗震受力明确。但其缺点是东侧的砌体结构平面呈凹型开口，其平面形状不规则；其次B区中庭**部为镂空的井字梁楼盖，其周边分别支撑在框架柱**及砌体墙上，故中部设缝处改造工作量大，且建筑处理此抗震缝也较困难，屋面易渗水；再者按此方案设缝，施工难度高，施工周期长，改造费用大。 

　　12) 方案二 

　　由于东侧框架的抗侧刚度较西侧的砌体结构小的多，故利用框架间的填充墙进行板墙加固，并使其与框架柱与框架梁可靠连接共同作用，同时在B、C区设缝处及平面转角无填充墙处增设混凝土墙，使整个结构体系以墙体作为抗侧力构件，而框架柱主要承担竖向力。西侧的砌体结构的横墙间距多为6.6m，且沿立面有较多窗洞，故西侧的砌体墙也采用板墙加固。 

　　按此方案，B区的结构由框架、砌体墙共同作用的混合体系改造为砌体组合墙抗震结构体系，具体结构布置见图2，填充墙按板墙加固做法、与梁柱连接节点见显然，方案二的结构体系更合理，对建筑功能的影响、施工难度、改造工作量均较小，故本楼抗震加固按方案二设计。 

对震后中小学校舍进行安全鉴定及抗震加固是我国各级**在汶川地震后给工程技术人员提出的重要课题。本文对西安地区中小学校舍的质量检测、安全鉴定和抗震加固设计等方面进行了较为全面的论述，针对存在的安全隐患，依据抗震鉴定的结论及现场实地勘察，综合考虑施工进度、施工复杂程度、工期等因素，选用相应的抗震加固方案。根据设计过程中的问题提出工程建议，给后续的类似工程设计、施工提供借鉴。 

现有中小学校舍多以砌体结构和钢筋混凝土结构为主。早期建成的校舍多为砖混结构，近几年钢筋混凝土结构的校舍才日趋增多，但总体来说砖混结构占的比例较大。不同结构体系差异较大，框架结构传力明确，较砌体结构在地震中表现出较好的延性，发生的震后灾害较小；砖混结构是脆性性质，易导致震害发生，特别是学校建筑为横墙较少建筑，当地震烈度较高，地震作用很大，墙体不能胜任所承担的地震力时，即发生震害。往往震害呈现脆性破坏，损失惨重。所以对砖混结构的校舍建筑进行抗震加固，改善和提高其抗震能力具有重要的意义。 

　　2、多层砌体校舍典型安全隐患及分析 

　　2.1砌筑砂浆采用混合砂浆，大量鉴定报告显示砌筑砂浆含水泥量少，强度过低，达不到设计要求，也达不到规范较低要求，使墙体的承载能力存在安全隐患。如图1所示。 

　　2.2门窗角上墙体出现斜裂缝。门窗洞口四角由于截面突变在角部易于应力集中，若洞口两边未设置构造柱，则过大的应力将导致门窗洞口角部普遍出现裂缝。如图2所示。 

　　窗下墙起着将两片墙成整体工作作用，相当于连梁，在水平力作用下易出现剪切斜裂缝。 

　　2.3预制板间、板在支座处均出现大量裂缝。楼板和屋盖是地震时传递水平地震作用的主要构件，其水平刚度对房屋抗震性能影响很大。当采用预制板时整体性较差，板缝偏小而混凝土灌缝不够密实。地震时板缝易于拉裂。西安市区中小学校舍大量砖混房屋预制板间出现这种板缝，板与墙体**部连接处也有被震松而出现水平裂缝，如图3所示。 

　　汶川地震中，预制板出现的另一个严重震害是，预制板端部搁置长度过短或无可靠的拉结措施，加之预制板强度相对偏低易折断，导致预制板在冲击荷载下易掉落或折断。 

　　2.4楼梯间的四角和梯梁下未按规范要求设置钢筋混凝土构造柱。特别是梯梁直接放置于砌体墙上未设构造柱时楼梯间承重墙普遍出现斜裂缝，沿着梯梁角部斜向下开展斜裂缝，在高烈度区，楼梯作为疏散通道，存在较大的安全隐患。如图4所示。悬挂式楼梯，支撑不可靠，楼梯梯板抗弯承载力不足，成为抗震薄弱部位。 

　　2.5单侧外廊式结构平面布置，质量和侧向刚度分布不对称。部分砌体栏板没有可靠拉结，形成安全隐患。如图5所示。 

　　2.6悬挑走廊设计荷载较实际使用值小，计算方法与实际受力不完全吻合，以及受力钢筋普遍下移，因此，悬挑走廊结构安全可靠性普遍偏低。 

　　3、 建筑抗震加固的设防目标 

　　加固规程中规定抗震加固的目标是使现有建筑做到抗震安全、经济、合理、有效和实用，其中抗震安全指加固后的现有建筑在预期的后续使用年限内能够达到不低于其抗震鉴定的设防目标。 

　　4、加固方案的探讨 

　　4.1抗震能力指数或墙体承载力不满足要求 

　　4.1.1当楼层的综合抗震能力指数与规定值相差不大时，可采用在墙体的一侧或两侧采用水泥砂浆面层、钢筋网水泥砂浆面层进行加固；当楼层的综合抗震能力指数与规定值相差较大时，可采用在墙体的一侧或两侧采用钢筋混凝土板墙进行加固；如图6钢筋混凝土板墙固。 

　　水泥砂浆面层、钢筋网水泥砂浆面层、钢筋混凝土板墙进行加固进行加固对墙体抗震能力的提高，是采用抗震能力增强系数的方式来表达的，墙体抗震能力增强系数计算公式如下： 

　　当采用楼层综合抗震能力指数法验算时，楼层的抗震能力增强系数按下式计算： 

　　加固后楼层的综合抗震能力指数应按下式计算： 

　　4.1.2当校舍抗震横墙间距过大时，可采用新增抗震墙的方法进行加固，以提高综合抗震能力。 

　　4.1.3当原有砖墙砂浆强度等级过低或是砌筑质量较差时，可采用拆除重砌的方法。 

　　4.1.4原有墙体有裂缝时，可采用压力灌浆方式补强。 

　　4.2局部易损易倒部位不满足要求 

　　4.2.1当墙肢宽度过小或抗震能力不满足要求时，可采用增设钢筋混凝土窗框进行加固； 

　　4.2.2当墙肢宽度过小或抗震能力不满足要求时，可采用增设钢筋混凝土窗框进行加固； 

　　4.2.3当支承大梁的墙段抗震能力不满足要求时，要采用增设砌体柱、组合柱、钢筋混凝土柱进行加固。 

　　4.2.4支撑悬挑构件的墙体不符合鉴定要求时，可在悬挑构件端部增设钢筋混凝土柱、砌体组合柱或钢柱进行加固；局部悬挑部分挑出过长，可采用增设型钢支座进行加固； 

　　4.2.5窗洞边可采用型钢或钢筋混凝土包角或镶边进行处理； 

　　5、讨论 

　　中小学校舍抗震鉴定与加固工作，具有年代跨度大、结构形式复杂、工作量大、任务紧、并且加固设计比较复杂，施工现场配合任务比较繁重等特点。通过对本次西安市中小学校舍房屋勘察鉴定，对存在的安全隐患进行分析以及对加固方案的探讨，有以下几点启示和建议： 

　　1） 针对鉴定的结果和房屋的实际情况，确定是采用房屋整体加固、区段加固或构件加固以使房屋总体抗震能力达到规定设防要求； 

　　2） 对结构的加固，要进行“内加固”或“外加固”的比较； 

　　3） 加固后结构的质量、刚度、承载力和变形能力都发生变化，当采用以提高承载力为主的方案时，要使承载力的提高**过因质量、刚度加大导致地震作用的加大；当采用以提高变形能力为主的方案时，要衡量现有承载力是否达到相应的较低要求； 

　　4） 加固方法要便于施工，以减少对原结构承载力的损伤。■