建筑结构抗震检测鉴定及加固设计研究

建筑结构抗震检测鉴定及加固设计研究

马永杰

马永杰

佛山市安固建筑物诊治技术有限公司广东佛山528000

【摘要】建筑结构抗震加固工作一直是建筑工程中需要加强注意的问题，做好建筑结构的合理布置和采取必要的抗震构造措施，是做好抗震设计的非常必要的前提条件。本文结合实例，阐述了建筑结构抗震鉴定的要点，并建筑结构加固设计工作进行了探讨分析。

【关键词】建筑工程；抗震检测鉴定；加固设计；建筑安全

0前言

汶川地震过后，为了提高中小学校舍的抗震性能，各地纷纷对学校的教学建筑实施了抗震鉴定及加固工作。据全国中小学教学楼抗震检测鉴定结果显示，我国多数正在使用的学校教学建筑需要进行抗震加固处理。其中，教学建筑是否足以抵抗地震关系着千万师生的生命健康。因此，在地震来临之前，对教学建筑进行可靠性检测鉴定具有十分重要的现实意义，若鉴定结果表明该建筑不符合要求，必须对其进行抗震加固改造，以保证教学建筑的抗震性能得到大幅度提高，增加后续使用年限。

1工程概况

某中学教学楼，原建筑面积为1804m2，现浇混凝土楼（屋）盖，混凝土强度等级为C20。建筑物平面为39.9m×14.4m。教室进深6m，开间9m，走廊宽2.4m，1～3层层高为3.4m，教学楼设计总高度10.3m，内、外墙厚度均为240mm。原建筑抗震设防类别为丙类，现抗震设防类别为乙类。抗震鉴定类别为A类，后续使用年限为30年，抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度0.20g，抗震设计地震分组为第一组。建筑结构的安全等级为二级，地面粗糙度为B类，建筑场地类别为II类。建筑平面布置图如图1所示。

图1某中学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。

（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。

（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。

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。

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

由于环境和人为因素的影响，建筑结构的抗震性会不断下降。因此，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，应定期对教学建筑进行抗震鉴定，并且采取相应的措施确保建筑安全。案例表明，采取双面钢筋网水泥砂浆面层或双面钢筋混凝土板墙等方法进行加固施工能够有效的提高教学建筑的抗震能力，值得借鉴。

参考文献：

[1]韩明飞；郑七振；杨珏；宁涛.某中学教学楼抗震鉴定和加固设计[J].工业建筑.2012（42）

[2]吕宝龙.上海某小学砌体教学楼抗震加固设计[Ｃ].2014年全国建筑物鉴定与病害处理学术交流会论文集．2014