某砖混教学楼高延性混凝土抗震加固设计实例分析

李风丽

（云南云检工程技术检测有限公司，云南 昆明 650000）

0 引言

云南作为我国地震灾害较为频繁和严重的地区，全省超过80%的地区为高烈度地区。同时由于很多校舍存在建造年代久远、使用过程中更改使用功能、私自加建以及一些当地建造习惯和施工技术等问题，导致许多既有校舍未达到本地区的抗震设防要求和其他的防灾要求。因此，对于云南这样一个地震灾害频繁、受灾严重的省份而言，校舍的安全鉴定、加固改造具有十分重要的意义。

本文以云南某小学教学楼为例，根据相关单位检测鉴定结果，针对性地提出采用高延性混凝土加固的设计思路，通过建模计算验证了该设计方案的合理性。

1 工程概况

云南省内某小学教学综合楼为4层砖混结构,建筑高度为12.40m，建筑总面积为1335.00m2。该工程建造年代为1992年，屋面板为预制混凝土板。

该工程原设计使用年限为50年，按规范要求，本次加固后后续设计使用年限为40年。该工程作为教学楼使用，加固前后未变更使用功能，故抗震设防类别为重点设防类别（乙类建筑）。

2 抗震鉴定结果

2.1 地基基础

通过现场踏勘，房屋现存的侧向位移未超出限值范围，侧向位移限值详见《民用建筑可靠性鉴定标准》（GB 50292-2015）第7.3.10条；室外地坪未见明显裂缝，主体结构也未发现明显的沉降裂缝和由地基变形引起的发展中的裂缝。

2.2 房屋现状及材料强度

上部结构为4层砌体结构，承重墙体1～14轴线墙体为240mm厚烧结普通砖，A和B轴线为370mm厚烧结普通砖墙，砖块之间的粘结材料为混合砂浆。

该工程针对砂浆强度采用贯入法进行检测，针对砖砌体抗压强度采用回弹法进行检测分析，检测结果见表1所示。

表1 砖抗压强度及砂浆强度检测表

2.3 抗震构造措施检测

从结构体系、构件尺寸、整体连接及构造、裂缝，结构损伤进行抗震措施的检测分析[1]，结果如下：

（1）砌体结构构件高厚比未超出GB50003-2011 第6.1.1条要求范围；

（2）该工程在内纵横墙交接处未按照规范要求设置构造柱，外纵横墙交接处以及楼梯间四角部分设有构造柱；

（3）现场房屋承重构件未出现不适于承载的裂缝。

2.4 结构整体牢固性检测

检测结果表明：本建筑上部砌体结构的砌筑方式为三顺一丁式；纵横墙交接处设置拉结筋或钢筋网片；构件砖强度及砂浆强度等级符合现行规范的要求；每层墙上部均有圈梁，楼梯间四角有构造柱，部分内纵墙和横墙交接处无构造柱。经现场核查构造措施并结合《民用建筑可靠性鉴定标准》（GB 50292-2015）第7.3.9条，得出该工程不满足规范中Au、Bu级的要求。

2.5 墙体抗震承载力

依据现场实测结果，通过计算分析，在基本组合作用下，本建筑砌体墙受压一、二层局部抗力与效应之比R/roS＜1.0。一层和二层墙体受压承载力计算分别见图1、图2所示。

图1 基本组合作用下一层墙体受压承载力计算（抗力/效应）

图2 基本组合作用下二层墙体受压承载力计算（抗力/效应）

3 抗震加固方案选择

经鉴定，教学楼综合抗震能力不满足要求，考虑房屋结构使用的安全性，需要对整楼进行抗震加固处理，以达到抗震标准设防类要求。

砖混结构常用抗震加固方法主要有：压力灌浆修补裂缝、增设构造柱和圈梁、增设面层（水泥砂浆和钢筋网砂浆面层）、现浇钢筋混凝土板墙加固、高延性混凝土加固技术、增设抗震墙等[2]。本文以钢筋混凝土板墙加固技术和高延性混凝土加固技术进行对比分析。

3.1 钢筋混凝土板墙加固技术

传统的现浇钢筋混凝土板墙加固是在原结构的砌体墙的一侧或者两侧增设一定厚度的现浇混凝土面层，形成“砌体-混凝土”组合墙体，以此来大幅度提升墙体的承载能力和变形性能[3]。传统钢筋混凝土板墙的优点是墙体在平面内及平面外的抗弯强度、抗剪强度及延性均得到较大提高，适用于增幅较大的静力加固及抗震加固[4]。但从总体来看，传统板墙加固的方案具有较大的局限性，加固空间较为狭小，加之本项目工期要求较高，故采取传统板墙加固方式可行性不强。

3.2 高延性混凝土加固技术

高延性混凝土由胶凝材料、集料、外加剂和合成纤维等原材料组成，按一定比例加水搅拌、成型以后，具有高韧性、高抗裂性能和高耐损伤能力的特种混凝土[5]。高延性混凝土（HDC）的抗压强度＞50MPa，抗折强度是普通混凝土的2～3倍,抗拉强度是普通混凝土的2.5倍以上，拉应变能达到普通混凝土的200倍以上，峰值压应变也可达普通混凝土的2～3 倍。HDC 与砌体结构具有良好的粘结性能，在加载时破坏面以砖砌体内聚破坏为主。

与传统的加固技术相比，高延性混凝土加固技术具有以下优点：

（1）高延性混凝土加固的工艺较为简单，相对施工周期较短，其工期是钢筋网水泥砂浆面层加固的1/3左右；

（2）高延性混凝土具有良好的抗裂及抗渗能力［6］，加固后可以解决原有墙面的开裂及渗漏现象；

（3）高延性混凝土的加固面层相对传统的钢筋混凝土板墙较薄，加固施工结束后，对于原有房间的使用面积影响较小；

（4）高延性混凝土在施工时仅需涂抹在原砖砌体的表面，在面层厚度超过20mm厚的区域需要设置拉结筋，其余地方对原有墙面不会造成破坏；

（5）相较传统的钢筋混凝土板墙加固，高延性混凝土加固荷载增加量较小，在原基础完好的情况下避免了基础二次加固；

（6）高延性混凝土的综合造价较低，可节约施工成本。

考虑到本项目工期紧，相对造价较低的传统板墙加固时间上不能满足工期要求，该工程决定采用高延性混凝土面层、配筋面层进行抗震加固。

4 加固设计方案

该工程为既有建筑的加固设计，采用的主要依据为《建筑抗震鉴定标准》及《建筑抗震加固技术规程》，按照A 类建筑第二级抗震鉴定结果综合抗震能力指数小于1.0，在进行加固布置设计后，结构综合抗震能力指数大于1.0[7]。由于该工程既有砖混结构年代久远，按现行规范要求，原结构构造柱、圈梁缺失较多；2022年新加固地标《云南省既有房屋建筑抗震加固技术导则（试行）》、国家建筑通用规范全面执行，全部严控加固指标，不允许既有建筑降低抗震构造，加固等级远高于往年，因此增设大量构造柱、圈梁，墙体加固后抗震综合能力指数留有一定富余量。该工程结构加固方案如下：

（1）针对鉴定意见中房屋局部构件承载力不满足设计要求、该房屋整体抗震性能不满足后续使用年限等问题，对相应墙体采用高延性混凝土面层加固：

①240 墙：15mm 厚双面、20mm 厚单面、25mm 厚单面、25mm厚双面加固；

②370 墙：15mm 厚双面、20mm 厚单面、25mm 厚单面、40mm厚配筋面层双面加固；

③山墙、楼梯间侧墙均采用高延性混凝土面层双面加固。另单体横墙数量较少时，横墙均采用高延性混凝土面层双面加固。

砌体墙面基层处理后，砖墙面凹凸不平整处，采用高延性混凝土填实找平，超过20mm厚处，双面面层加固时设置S型拉结筋，单面面层加固时设置L型拉结筋。

④砌体墙面基层处理后，砖墙面凹凸不平整处，采用高延性混凝土填实找平，超过20mm厚处，双面面层加固时设置S型拉结筋，单面面层加固时设置L型拉结筋。

（2）针对鉴定意见中房屋局部构件承载力不满足设计要求，以及现行规范中砌体房屋结构整体性抗震构造措施不符合要求时，采用以下加固方法：

①增设高延性混凝土砌体组合构造柱、高延性混凝土砌体组合圈梁（40mm厚面层）；

②预制楼板加固：板底粘贴碳纤维布，板边缘采用角钢、加劲钢筋与圈梁锚固连接。

该加固工程楼板均为预制楼板，由于现行规范对预制板质量检测无明确规定，且受现有技术手段和现场实际情况限制，无详细预制板检测数据；按最新通用规范（全文强条），教室、走廊荷载全面提高；根据检测部门对预制板返场抽检意见及查询预制板资料，根据专家意见进行加固设计，以最不利条件计算，经计算预制楼板强度低，配筋严重不足，需双层碳纤维补强。

（3）房屋易倒塌部位不符合要求时,采用下列加固方法[8]：

①采用增设高延性混凝土面层加固解决窗间墙宽度不满足规范要求的问题；

②当跨度较大位置（即有支撑大梁部位）的小墙肢的抗震承载能力不满足规范计算要求时，采用加设高延性砌体组合构造柱的方式进行加固补强；

③当在设有支承悬挑构件的墙体不满足计算的抗震要求时，同样采用增设高延性砌体组合构造柱的方式进行加固补强，增设位置定在悬挑构件的端部；

④当内隔墙的长度过长或计算高度过高时，可采用高延性混凝土面层加固；但当内隔墙原本的拉结不牢固或未设置拉结钢筋时，可釆用高延性混凝土镶边的加固方案进行补强；

⑤当既有的出屋面女儿墙未设置拉结措施或原有的女儿墙超出规范规定高度时，建议拆除或可采用拉杆进行加固处理。

（4）墙体裂缝处理：采用压力灌浆法。

该工程一层墙体加固平面布置图见图3所示。

图3 一层墙体加固平面布置图

5 结束语

本文对云南省内某小学砖混教学楼高延性混凝土抗震加固设计实例进行分析，结论如下：

（1）初期建造的教学楼由于设计标准、施工质量、设防要求等因素，普遍存在不满足现行乙类重点设防要求。同时，教学楼作为人员密集场所，其抗震性能更为重要。因此，必须对现有砖混结构教学楼进行抗震鉴定和必要的加固。

（2）在进行加固方案设计时，由于既有建筑的差异性，加固方案难以一概而论，需依据抗震鉴定报告及结论，结合现场及既有建筑的实际情况，综合分析评定后，选定合理的加固方案，以达到既满足抗震要求，又经济合理便于施工。

（3）高延性混凝土作为一种新兴发展的加固材料，抗震效果极强，相较原有的钢筋混凝土板墙加固技术，高延性混凝土施工简便，对原有砌体结构破坏较小，可以节约大量的时间和人工成本，能够较好地在砖混结构加固中发挥其作用，具有较好的社会和经济效益。