某学校办公楼抗震加固与改造的探讨

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[摘要] 结合某学校办公楼抗震加固与改造实例，探讨结构加固改造的若干问题及相应方法，可供同行参考。

[关键词] 办公楼；砖混结构；加层改造；抗震加固

中图分类号：TU318 文献标识码：A

1 工程概况

某学校办公楼为4 层无地下室的砌体结构，建筑面积3600m2。抗震设防烈度7 度，场地类别II 类。根据业主需求，拟将4 层部分加为5 层，局部2 层部分加为3 层，2、3 层部分房间改为大办公室和会议室，并且进行抗震鉴定及抗震加固。

2 工程检查、鉴定

2.1 搜集原始资料

包括地质资料、设计图纸、变更资料、以及后期改造接建等图纸。

2.2 现场调查

经现场查看，层数、平面布局、柱梁布置等均符合原设计图纸。部分房间改变了使用功能。该建筑有接建改造的痕迹。该建筑物无裂缝、漏雨、腐蚀等现象。混凝土、砌体、砂浆的表面观感良好。该楼已有20 多年的使用时间，故在改造加层前对该楼进行了主要构件的检测。检测的主要项目有：砌体强度、砂浆等级、混凝土强度等。经检测该楼主体结构基本满足原设计的要求。

2.3 综合评定

主要承重结构强度等级满足原设计强度的要求。按照加层改造新增荷载的要求，部分墙体、柱承载能力不足。档案库、仓库等房间的梁、板承载力不足。不符合现行抗震要求，应进行抗震加固。

3 改造加固设计

利用PKPM 设计软件，按照原图纸输入计算模型，然后根据甲方的加层、改大房间等要求，修改模型，复核抗震横墙间距等强条，然后根据新规范对砌体结构的要求，增加构造柱、圈梁等抗震设防构造措施。计算，分析计算结果，不足地方补强。

3.1 砌体强度补强

加层后局部墙体强度不足，需进行强度补强。砌体强度补强有两种方案。

方案一，混凝土扶壁柱法加固砖墙。扶壁法是工程中最常用的墙体加固方法，这种方法可有效地增加墙体的折算厚度。而混凝土扶壁柱十分重要的是与原墙的连接方法。经混凝土扶壁法加固后砌体成为组合砌体，按组合砌体计算。考虑大部分新浇混凝土扶壁柱与原墙体构件在轴向力作用下存在附加偏心距eN,计算中应按偏心受压计算。该方法施工方便快捷、价格低廉。受压承载力计算公式如下：

轴心受压：（1）

偏心受压：（2）

或

方案二、钢筋网水泥砂浆加固砖墙。钢筋网水泥砂浆加固砖墙用于受压承载力严重不足或抗剪强度、抗侧刚度不足时。施工时应保证水泥砂浆与原砌体可靠连接。经钢筋网水泥砂浆加固后的墙体成为组合砌体，其受压承载力计算可按式（1）~（3）进行。该方法不影响使用功能，较扶壁柱法美观。

3.2 钢筋混凝土梁的加固

3.2.1 钢筋混凝土梁加固方法的选择

由于改变用途和加层导致部分钢筋混凝土梁因强度不足需要加固，钢筋混凝土梁的加固方法的选择是加固梁设计的第一步，正确的方法是的：根据新荷载验算梁的抗弯、抗剪能力，当相差不多且梁没有超筋时，首先选择外粘钢加固法（或粘贴纤维复合材料加固法）；若在根据新的荷载情况原梁断面已超筋，则只能选择增大截面加固法和增设支点加固法。而增大截面加固法和增设支点加固法均会对使用空间造成一定的影响，应根据工程房间净高净空要求综合确定。工程选择了几种方法结合使用，对不同的梁进行了加固。

3.2.2 钢筋混凝土梁超筋的判断

当不考虑抗震要求时，对于常用的有屈服点的钢筋，界限受压区高度 ：（4）

最大配筋率：（5）

当时，梁为超筋梁。

3.2.3 增大截面法加固钢筋混凝土梁

增大截面法主要用于因截面不足、承载力相差较大、刚度不满足、采用其他外贴方法加固时将导致超筋时，是较为简单、可靠的加固方法，该方法要求施工时保证处理好新旧混凝土的结合面，只有被加固构件界面处理及其粘接质量符合规范要求时，方可考虑新混凝土与原结构协同工作，按整体截面计算设计。当加固后混凝土受压区高度x 与加固前原截面的有效高度之比x/h01 大于原截面的相对界限受压区高度时，应考虑原纵向受拉钢筋应力尚达不到fyo 的情况。

3.2.4 粘贴钢板加固法加固钢筋混凝土梁

当钢筋混凝土梁截面足够时，应首选择粘贴钢板加固法。但规范规定有个提高的限值，即钢筋混凝土结构构件加固后，其正截面受弯承载力的提高幅度不应超过40％。设计时应考虑二次受力的影响，规范采用折减系数考虑受拉钢板抗拉强度有可能达不到设计值的情况。粘贴钢板的胶粘剂必须采用专门配制的改性环氧树脂胶粘剂。当采用纤维复合材料替代钢板时，总体设计思路上相同的，但应注意纤维复合材料本身的特性，纤维方向与构件受拉方向应一致，应采用专用的匹配的粘结胶粘结。

图1、粘连钢板加固法加固钢筋混凝土梁

3.2.5 增设支点法加固钢筋混凝土梁

受外界条件制约，合理采用增设支点法中的钢托梁法进行加固。梁底部增设钢梁，与原梁一起分担梁面增加的荷载。设计时应注意因钢梁与原混凝土梁弹性模量不同，在保证两者协同工作的前提下，可根据两者刚度分配量进行加固补强计算，而不应将梁面增加荷载全部由新增梁承担。

3.3 开设洞口

3.3.1 开设较大洞口。

打通承重墙新加设的置换结构须承担三层楼面荷载、两层墙体荷载。经分析比较，加固设计采用了每处以两根边梁夹墙，两边梁间在原圈梁底以枕梁连接的处理方案。对于上部墙体及荷载来讲，枕梁就是新增设的支点，通过枕梁-边梁-柱改变了原有的传力途径。

3.3.2 开设门洞或者窗洞

开设门洞或者窗洞等较小的洞口，按照过梁计算，采用内嵌角钢或型钢过梁。

图2、开设门窗洞增加钢过梁

4 抗震加固

多层砌体房屋的抗震能力，除与房屋总高度有直接联系外，主要依赖于横墙间距、砖和砂浆等级、结构的整体性和施工质量。工程的抗震加固，着重检查砖墙强度和质量、砂浆实际强度、抗震横墙的间距、圈梁及构造柱的布置、楼屋盖与墙体的连接方式、非结构构件的联结等。工程砌体、砂浆等满足原设计要求，但是加层改造后抗震强度验算不满足要求。结合钢筋网水泥砂浆加固砖墙方法，计算复核满足抗震要求。其计算方法：

面层加固后墙体的抗剪承载力：（6）

面层砂浆控制时：（7）

钢筋强度控制时：（8）

式中：t1 为砂浆面层的厚度，tm 为原砖墙的厚度，n为一道夹板墙的加固面层数，fv1 为砂浆面层抗剪强度，按计算，M 为面层砂浆强度等级，fv 为砖砌体通缝抗剪强度设计值，Asv1 单根钢筋的截面面积，fy 钢筋的强度设计值，s 钢筋网的钢筋间距。

增强房屋的整体性，满足抗震规范抗震构造措施要求，可采用外加构造柱、外加圈梁或钢拉杆的方法。本工程已有足够的圈梁，但构造柱布置不满足要求，采用外加构造柱做法，并使其构造柱和原圈梁及墙体间有足够的连接强度和延性。

5 结语

该工程已投入使用，结构状况良好，说明该加固设计合理，为同类砖混建筑的加固改造及抗震加固时的结构布置和连接构造提供一定经验。

（1）加固总方案应优先考虑增加整个结构的抗震性能，要针对场地土与建筑的具体情况，选择地震反应较小的结构体系，避免加固后地震作用增大超过结构抗震性能的提高。

（2）加固后应避免由于局部加强导致结构的刚度突变，尽量使结构的重力和刚度分布比较均匀对称，防止扭转效应及薄弱层或薄弱部位转移。

（3）注意加强薄弱部位的抗震构造。不同结构类型连接处、房屋平面与立面的局部凸出部位等，由于鞭稍效应等因素使地震反应加大，宜在加固时采取比一般部位增强其承载力或变形能力的措施。

（4）加强新旧构件的连接。连接的可靠与否是加固后结构整体工作的关键，增设的抗震墙柱等竖向构件应有可靠的基础，不允许直接放到楼板上。

（5）对于女儿墙等非结构构件，不符合鉴定要求时优先考虑拆除、拆矮或改用轻质材料；当需要保留时应加固。

参考文献

[1] GB50367-2006 混凝土结构加固设计规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2006.

[2] GB50010-2010 混凝土结构设计规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2010.

[3] JGJ116-2009 建筑抗震加固技术规程［S］.北京：中国建筑工业出版社，2009.