茂名专业的学校房屋抗震加固

某教学楼工程总建筑面积为9203.62m2。建筑层数共为五层，建筑物为砖混结构，由于该工程建于1982年，无抗震设防，达不到现行的抗震设计要求，存在安全隐患，因此需对校舍进行抗震安全加固。
　　2 加固方案
　　2.1 墙体：外墙保持原有的形式不变，在外纵墙外侧与横向承重墙交接部位及楼梯间梁下增设250*300mm混凝土构造柱。在纵墙梁下增设300×（梁宽+2×70mm）的构造柱：在所有阴角部位增设200mm*500*500m “L”型构造柱，在阳角部位增设200*610*610mm“L”型构造柱。新增构造柱采用C20混凝土，主筋Φ12钢筋。箍筋φ6.5@ 200 。构造柱基础埋梁0mm。变形缝处钢筋混凝土圈梁两侧各增加一根Φ25钢拉杆，与加固增设的构造柱锚固在一起。
　　对承重墙体进行加固，在外纵墙里侧，内纵墙及横墙两侧增设70mm厚混凝土墙板进行加固。
　　墙体加固后的构造柱采用30厚挤塑聚苯乙烯保温板包裹，外包网格布。
　　2.2 基础加固：对原有的承重墙下毛石基础进行加固，在基础两侧增设200m厚C20混凝土 。
　　3 施工准备
　　3.1 技术准备
　　施工前积极查阅有关抗震加固方面的技术资料，制定各项技术措施，组织进行技术交底。
　　3.2 现场准备：
　　施工用水、用电准备：由建设单位提供电源、水源接至施工现场，用水管线在地下埋设，接至用水地点。
　　4 加固施工方法
　　4.1 基础工程：
　　采用人工将所有承重墙基础挖开至基础底，将基础表面浮土及杂物均清除干净，并用水冲洗。在毛石基础的上一阶的基础两侧用冲击钻钻孔，孔径ф16，深度为550mm。用空气压缩机将孔内的碎渣、杂物清除，然后采用**的植筋胶植筋。植筋钢筋为Φ12@500，植入深度为500mm ，外露200mm。首先用压力将胶注入孔内，保证孔内注满胶，将钢筋放入孔内，并校正钢筋位置，待钢筋固定后，手松开。事先采用Φ12钢筋加工成倒U形钢筋，倒U形钢筋钻孔穿过基础上的墙体，与植入的钢筋绑扎在一起。
　　基础采用钢模，支模时沿基础边线立侧模板， 50×60木方作支撑，支撑一端**在侧模的木档上，另一端**在基坑壁上，基坑壁设垫木，四周用斜撑和水平撑将侧模固定牢固。 遇增设的构造柱基础部位，同时支柱基础模板。
　　基础加固采用C20混凝土，因加固基础的厚度较薄，故采用5-20mm粒径的石子，灌注混凝土之前将原有基础表面冲洗干净，表面用水泥浆处理。砼采用直径ф30振捣棒振捣。振捣棒插入点密一些，保持混凝土振捣到位。砼必须连续振捣，防止漏振。振捣时振捣棒避免碰撞钢筋或与模板直接接触，振捣密实后的平面处砼必须用刮杠刮平，用木抹子将其表面搓揉平整。混凝土浇筑后注意养护不少于14d 。
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随着我国国民经济的不断发展,我国建筑业也得到了飞速发展。近些年以来，人们在传统的对建筑物的适用性和耐久性的要求的同时，对于建筑物的安全性的要求和关注也越来越多，尤其是在汶川地震中所暴露出来的教学建筑的结构抗震的不稳定性更是为结构工作者所严重关切。传统的结构抗震加固一般都是通过增加结构的强度和刚度来满足要求，这样做不仅对材料是一种很大的浪费，同时在一定程度上对抗震也是不利的。文章主要针对工程实例，分析了针对砖混结构的减震控制技术的结构抗震加固改造的新方法。
　　1. 工程概况
　　1.1上部结构概况
　　文章中的工程案例为左岸县某中学4层砖混结构教学楼,主要采用的材料如下：现浇混凝土楼、屋面板,毛石干砌墙下条形基础。建筑物4层的结构平面的布置完全相同，而且结构平面是规则的矩形布置（如图1所示）。由于招生人数的不断扩大，现拟在原建筑物的基础上加设*5层。该教学楼纵横方向均采用240mm厚的实心砖承重墙结构，外墙四个角和纵横墙交接的地方都偶有构造柱。层高都为3.6m，屋顶采用的是不上人单坡排水屋面。同时该教学楼在设计时没考虑抗震设防，为安全起见，决定对该楼按8度Ⅱ类场地进行抗震鉴定后，再进行全面的加固。
　　图1建筑平面布置示意图
　　1.2工程地质条件
　　根据工程勘察公司提供的数据显示，该教学楼场地土层分布情况如下:
　　层为回填土，主要以组份单一的素填土为主, 其组成成分主要是无粘性的砂土，层厚1900～2270mm；*二层为以细砂为主的中细砂 ,层厚1050～3020mm，在*二层下面有一层淤泥夹砂，层厚290～386mm；*三层也是中细砂，不同的是本层砂质较纯,并以细砂为主,中砂次之,局部含少量砾砂,层厚98～280mm；*四层为花岗岩风化残积所产生的残积砂质粘性土，层厚208～306mm；底层为强风化花岗岩:未完全揭穿,其中揭示厚度318mm。该教学楼基础持力层为层中细,持力层仅厚208～360mm,其下存在厚314～415mm软弱淤泥夹砂层;所以该楼在地震作用下很*发生不均匀沉降，进而导致上部结构的波坏。
　　2加固设计方案的选择
　　根据上述介绍的工程概况中的上部结构的砖混结构加圈梁的特点和工程地质条件的情况，在考虑到结构的抗震要求和加层的要求，采用的抗震加固方案主要是针对砌体砖墙和地基进行加固处理。
　　2.1砌体砖墙加固方案设计
　　对于墙体的加固目前已经有很多方法，本案例中的承重砌体墙采用的加固方法是钢筋网砂浆面层加固墙体，这种方法不仅经济实用而且可以提高房屋砌体抗压承载能力。该方法是指在加固墙体表面附设<4～<6的钢筋网,然后喷射砂浆或细石混凝土以达到提高砌体承载力、抗侧移刚度和墙体延性的目的。这样的加固措施还可以提高整个建筑结构的抗侧移刚度，减少由于地震作用产生的水平荷载的作用，达到更好的抗震效果。
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以中学教学楼为例，首先根据教学楼建筑情况和地理位置，确定抗震类型，再根据抗震类型对其进行一级和二级鉴定，找出教学楼不符合抗震要求的结构体系，针对这些缺陷分别进行了分析研究，并制定了相应的加固方案。此教学楼的加固方案是，通过增加承重墙壁两边的窗户的高度并且适当的调整其位置，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。
郑州地处***，九州之中，十省通衢，历史悠久，文化灿烂。我国现存的道教建筑群中岳庙就在这里。在郑州周围，还有星罗棋布的古城、古文化、古墓葬、古建筑、古关隘和古战场遗址。悠久的历史给郑州留下了丰富的文化积淀。但是，大部分古建筑都是按老规范设计的用砖砌体、石砌体或砌块砌体建造的结构并未考虑到抗震，这些建筑使用年代过长就自然会出现承载力不足的情况。加之，近几年，随着地壳运动的频繁加剧，地震频频光顾，尤其是那些处于板块交接处的地区，房屋建筑抗震势在必行。传统上的建筑抗震的方法主要是采用增设钢筋混凝土构造柱和圈梁、抗震墙、夹板墙、钢拉杆、钢支撑、钢构套。这些方法使用的结果是使原来的建筑的外观变得不**，破坏了建筑的整体性，在功能上，这些方法虽然提高了建筑的抗震性能，但是也加剧了地震的强度。那么用什么方法才能在即不损害建筑外观的同时还能实现抗震目的呢?考虑到这个问题，答案就是对那些年代久远的建筑进行抗震鉴定，对于不符合要求的进行加固。本文以郑州市某中学教学楼加固为例进行分析研究。 　
　　1　工程概况 　　
　　如图1所示，该中学教学楼四层以下的楼层高度均为3.6m，局部五层的楼层高度为4.5m,整个教学楼中心结构的规格是：高14.4m，宽6.4米。教学楼各个教室的门的规格是：宽度是0.9m，高3.3m。各教室窗户规格：宽lm,高2.4m，和宽1.5米，高2.4米。 　
　　教学楼平面布置示意图根据规定的郑州地区抗震设防地震烈度以及教学楼的具体情况得知该中学教学楼的抗震设防烈度应为7度：地震分组为*二组，地震时地面运动的加速度为O.10倍的重力加速度。四楼的部分地方和五楼的全部是采用小部分钢筋混凝土及大部分砖墙承重的砖混结构，承重砖墙为实心，楼屋面是在施工现场之模浇注的混凝土，扩展基础，即用于把墙或柱的荷载侧向扩展到土中，使之满足地基承载力和变形的要求的墙下条形基础和柱下基础，大约于1995年建造，在2009年进行抗震鉴定然后进行加固改造。本工程采用建筑科学研究院的PKPM系列结构软件中PMCAD对该楼墙体进行承载力验算。根据实际情况确定三层以下的地方的实心砖墙砌筑砂浆抗压强度均按照M5.0进行计算，四层和五层按照M2.5计算，建筑中的砖体的抗压强度参数设定为MU7.5。房屋整体依据《砌体结构设计规范》根据楼、屋盖类别及横墙间距按刚性方案计算内力，楼屋面荷载按《设计要求和建筑结构荷载规范》取值。
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中小学生建造一所抗震的校舍已迫在眉睫。从现有校舍中存在的问题开始,提出了如何解决校舍设计通用化、填充墙不到**、强梁弱柱、强弯抗剪等问题。并提出了如何从整体上提高校舍的抗倒塌能力。
为了解决强梁弱柱问题,日本学者提出在柱与裙墙交接处预留缝的做法。当梁上面受拉时,梁的弯载承受力可按临界截面计算。当梁下面受拉时,则当梁与柱相对转动达到一定程度时,裙墙将于拉面接触,此时层间位移角为:
　　R=缝宽/裙墙高度*(梁净距/柱中距)
　　根据可能达到的层间文艺比R,可以求的必要的缝宽。
　　为了保证“强剪弱弯”,可以考虑压弯破坏是对铸锻抗剪承载力降低的影响,提出切实可行使用的配筋构造技术。如连续箍筋技术,防止控制端混凝土强度严重退化。
　　二、从整体上提高系统的抗倒塌能力
　　从利用结构整体性来讲,提高结构低于灾害的能力并不一定要大幅度提高结构的承载力、安全储备而导致大幅度增加建设成本,恰恰相反,只要深入研究结构系统,合理利用结构的整体性,完全可以通过少量的抗震设计或构造措施(如设置构造柱、圈梁)显着提高结构的抗震性能。
　　如上图所示:
　　A为小震不坏点;B为小震设计点;C为大震不倒设计点;D为坍塌点。
　　(1)AB之间富余程度为结构系统的基本承载力安全储备,其工程意义在于保证结构系统满足正常使用状况下安全和使用性能的要求。(2)BC之间的富余程度为结构系统的整体安全储备。当结构状态**过屈服点B点,接近大震不倒设计点C点时,结构构件之间非线性作用非常强烈,有些构件已经屈服甚至退出工作,因此在此阶段,应重点研究结构整体性、努力提高结构系统的鲁棒性、整体稳定性和整体牢固性,以保证结构系统的功能。(3)CD之间部分为结构系统的“意外安全储备”,当遇到意外作用(如汶川地震),意外安全储备对保证结构不倒塌具备着决定性作用。而意外安全储备主要主要取决于结构系统的鲁棒性、整体稳定性和整体牢固性,因此当遇到实际地震强度**过大震设计点时,为了使结构的倒塌临界点D点尽量推迟,应增加结构系统的取决于结构系统的鲁棒性、整体稳定性和整体牢固性。
　　三、合理选址
　　 校舍**选择有利地段,力求避开不利地段,严禁在危险地段建设校舍。
　　四、结束语
　　中小学生是祖国的未来,为了确保中小学生的安全,建议设计师在校舍楼时除要秉着“小震不坏、中震可修、大震不倒”的原则外,还可以在每层设计一个避震间,使其不但可以加强全楼的安全强度,而且可以为孩子们提供一个明确的避难场所。另外,在校舍建设方面也应该积极引进国外的一些新型结构体系及做法,如:(a)延性抗震框架与非抗震框架的混合使用;(b)框筒;(c)钢梁钢筋混凝土,拉架体系;(d)钢板剪力墙等。
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该建筑在2003年7月开始加固施工，为完成龙岗教育局关于实现加固设计效果及保证现场正确施工，笔者开始了为期两月的施工指导工作。施工是实现设计意图及预期效果的手段，正确的施工方案是施工成功保证。从该建筑加固施工角度看面临以下需克服难点：①工期短（需在2个月的暑假期间完成），②多种加固方法在本项目中综合运用，如何合理安排其间的交叉施工及合理衔接,③原构件表面质量较差，粘贴类加固方法如何有效保证质量。笔者审阅施工单位提报的施工组织设计后针对其中存在的问题会同监理及施工单位进行了调整：①为保证2个月的工期各工序必须紧密衔接、合理安排，原施工组织设计中施工主顺序为放脚基础开挖加固---回填---搭设外脚手架（一次到**）---板墙加固---柱、梁、板加固---内外装饰---落外架；按此顺序安排实际无法实现，先开挖基础加固再回填无问题，但外架搭设一次到**会使板墙施工无法实现（板墙模板一次制安不合理且无法保证质量，混凝土一次浇捣无法密实），另先完成板墙再加固柱梁人为拖延了工期，柱梁加大截面可以也应与板墙同步施工，既缩短工期又利于保证质量；在2个月内要保证完成加固及内外装饰、全面交工是无法实现的，应调整为完成加固抢出内装饰供教学使用再开展外装饰后落架（开学后留安全出入通道）；考虑以上修正后施工主顺序为放脚基础开挖加固---回填---逐层板墙加固及逐层搭设外脚手架---同层柱、梁同步板墙加固---板加固（含裂缝修补）---内装饰（完后提供教学用）---外装饰---落外架。②关于多种加固方法的合理衔接问题应引起重视的是混凝土板粘贴碳纤维施工与其他加固施工的合理间隙，碳纤维加固效果理想与否取决于基层处理质量及粘贴质量，碳纤维粘贴过程中对于环境洁净度有要求，粘贴中如在多尘的环境中进行则质量无保证，所以碳纤维施工应安排在同层其他加固施工完毕后进行。③正由于原施工过程质量失控，原构件表面质量低劣，对于保证粘贴类加固施工质量是一挑战；针对这一问题在施工中要重点开展粘贴基层的修补修复；即在施工中如何打磨基层、利用修补材料修补基层结构缺陷。 在之后的施工中较好的贯彻了笔者及监理单位的要求及建议，在工期及质量上都得到了保证；笔者在2011年进行了回访查勘，从现状看加固后的建筑满足正常使用要求，原有裂缝修补后未现新的发展，加固施工达成预期效果。
一、抗震鉴定的步骤
　　一般说，抗震鉴定对房屋所存在的缺陷进行“诊断”，包括下列步骤：原始资料搜集，如勘探报告、施工图、施工记录和竣工图、工程验收资料等，资料不全时，要有针对性地进行必要的补充实测；建筑现状的调查，了解实际情况与原始资料相符合的程度、施工质量和维护状况，并注意有关的非抗震质量问题；综合抗震能力分析，既有抗震概念的宏观判断，也有数值的计算；鉴定结论和治理，主要对不符合鉴定要求的房屋提出相应的维修、加固、改造或更新的抗震减灾对策。
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中、小学教学楼（以下简称教学楼）一般有教室、实验室、音体室、计算机室、活动室、办公室等教学用房，很多方案中设有风雨操场、阶梯教室等大空间教学场所。教学楼建筑平面布置形式有外廊式和内廊式，高度一般为3~4层，多采用框架结构体系，现浇钢筋混凝土楼盖形式。外廊式为双跨布置即大跨教室、小跨走廊（早期多为单跨加悬挑，因结构抗震不利，不宜采用）；内廊式一般以内走廊或回形（中空）走廊连通两侧教室，外廊形式采光、通风性能较好，但其抗震性能不如内廊式多跨结构体系。
　　二. 结构抗震设计要点
　　结构抗震设计应注重“建筑抗震概念设计”，着眼于提高建筑物的总体抗震能力，从总体平立面布置到细部薄弱部位加强，从理解设计规范要求到正确分析计算结果，合理选择建筑结构体系，加强抗侧力构件的延性设计，以达到《建筑抗震设计规范》（GB50011- 2010）中建筑基本的抗震设防目标要求，即“小震不坏，中震可修，大震不倒”。值得一提的是，地震发生具有随机性、不确定性及复杂性特点，实际地震烈度往往**设防烈度，而目前的建筑抗震设计理论还不够严谨，所以不能过分的相信和依赖计算机软件，不能认为只要计算结果满足规范的限值要求设计就算成功。结构设计师必须正确判断计算结果的可靠性，切实贯彻“建筑抗震概念设计”理念，遵循相关规则，严格执行我国现行抗震规范的要求和规定，才能实现其抗震设防目标，**地震中生命和财产安全。
　　教学楼同其它类建筑相比人员密度高、活动频繁、流动量大，且中、小学学生自救能力比较差，一旦遭遇地震灾害，会引起较大的人员伤亡和社会影响；其次，建筑师往往贯彻开发商意愿，追求建筑的新颖与奇特，设计出不利于抗震的建筑平立面及屋面飘架造型，因此，在教学楼设计过程中以下几方面需特别注意：
　　1. 抗震缝设置
　　结构专业应尽早介入配合建筑方案，根据体型复杂程度、平立面不规则特点，在适当地方设置防震缝，或者提出合理化建议，在满足建筑功能要求前提下，改善平立面规则性、整体性指标。
　　2. 平面布置
　　教学楼中阶梯教室、风雨操场、图书资料阅览室等教学场所有别于普通教室，表现在空间分隔、净高要求不同，荷载差异较大，各功能房间如随意布置会造成建筑物沿高度质量和刚度的分布不均匀，在刚度差的楼层形成抗震薄弱层，对抗震不利，所以在同一抗震单元内房间使用功能尽量相同，每层的建筑平面布置相似，避免错层、转换等复杂结构形式，建筑物沿竖向刚度做到均匀和等强，有利于建筑抗震。教学楼平面布置还应避免设置长悬挑构件及楼板大范围开洞等抗震不利方案，框架柱间不应布置通窗，以免地震作用下框架柱形成短柱剪切破坏。
防类别及抗震等级
　　按照现行标准《建筑工程抗震设防分类标准》（GB50223- 2008）的要求，中小学教学楼为重点设防类建筑，简称乙类建筑，需提高抗震措施而不提高地震作用，因此建筑抗震等级和抗震构造措施均应按**本地区设防类度确定
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