淄博市工業(yè)學(xué)校抗震加固設(shè)計(jì)

黃健，光軍

（淄博市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，山東 淄博 255000）

1 引言

目前，我國(guó)許多校舍還是20世紀(jì)八九十年代建造的，而這些建筑抗震設(shè)計(jì)的依據(jù)主要是TJ 11—1978《工業(yè)與民用建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》或GBJ 11—1989《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》。相對(duì)于現(xiàn)行的GB 50011—2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]（2016年版，以下簡(jiǎn)稱《抗規(guī)》）。雖然，老版規(guī)范內(nèi)容已有了較大的變動(dòng)，取消了框架-砌體混合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式，但大量該結(jié)構(gòu)形式建筑目前仍在使用。

眾所周知，普通房屋的設(shè)計(jì)使用年限為50 a，現(xiàn)階段我國(guó)大量校舍雖未超過(guò)使用年限，但相對(duì)于新建建筑，其抗震性能較差。根據(jù)國(guó)內(nèi)外相關(guān)震害記錄，經(jīng)過(guò)抗震加固的建筑相對(duì)于未經(jīng)抗震加固的建筑，其抗震性能大大提高。怎樣做到付出較小的抗震加固費(fèi)用，又能大大地提高建筑的抗震性能，延長(zhǎng)使用年限，就擺在了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師的面前。

2 建筑結(jié)構(gòu)常用的加固方法

建筑就像人類一樣，也都會(huì)經(jīng)歷“生、老、病、死”各個(gè)階段。剛建好的建筑，如同人類的青壯年時(shí)期。但經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的使用以后，就會(huì)出現(xiàn)各種各樣的病害，如建筑上的各種裂縫、鋼筋處于強(qiáng)腐蝕環(huán)境中被腐蝕、地基沉降導(dǎo)致的整體傾斜等。這些問(wèn)題猶如人生病需要治療一樣，采取加固措施，才能保證建筑的正常使用。

建筑結(jié)構(gòu)在加固改造之前，先要確定行之有效的加固方案，常用的加固方法可分為直接加固法和間接加固法。直接加固法包括增大截面法、外包型鋼法、粘貼鋼板法、粘貼纖維布法等。間接加固法包括卸載法、局部拆除法、改變傳力途徑法、增加減隔震設(shè)備法以及剛度理論應(yīng)用法等。筆者認(rèn)為直接加固法如同西醫(yī)“頭疼醫(yī)頭，腳疼醫(yī)腳”，而間接加固法更像中醫(yī)“整體觀念，辨證論治”。當(dāng)然建筑結(jié)構(gòu)在加固過(guò)程中不會(huì)只使用單一的加固方法。建筑結(jié)構(gòu)局部的加固改造應(yīng)以直接加固法為主，而整體性的抗震加固則以間接法為主更好。

3 工程概況

淄博市工業(yè)學(xué)校位于淄博市臨淄區(qū)，該校校園內(nèi)有一座尚未挖掘的文物保護(hù)古墓。由于校園內(nèi)大部分建筑建于20世紀(jì)八九十年代，因此，個(gè)別緊鄰古墓的建筑不滿足目前規(guī)劃部門要求：古墓保護(hù)范圍50 m內(nèi)不允許建設(shè)建筑物規(guī)定。若拆除緊鄰古墓校舍，根據(jù)校園現(xiàn)有用地指標(biāo)，將無(wú)法重建。綜合考慮后，對(duì)教學(xué)樓B、教學(xué)樓C、實(shí)驗(yàn)樓、食堂以及學(xué)生宿舍樓進(jìn)行整體抗震加固，以此達(dá)到延長(zhǎng)使用年限的目的。

4 抗震加固設(shè)計(jì)

4.1 加固方案確定原則

加固方案的確定主要依據(jù)建筑的抗震鑒定報(bào)告[1]。目前市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)等因素，導(dǎo)致了不同鑒定公司的鑒定報(bào)告質(zhì)量參差不齊，這就直接影響抗震加固方案的確定及優(yōu)化。所以，在進(jìn)行加固設(shè)計(jì)之前，一般要建議建設(shè)方盡量有質(zhì)量保障的鑒定公司。

根據(jù)《抗規(guī)》中的規(guī)定：結(jié)構(gòu)平面兩個(gè)方向的剛度應(yīng)相近。建筑抗震加固設(shè)計(jì)并非單純的“頭疼醫(yī)頭，腳疼醫(yī)腳”，應(yīng)該以間接加固法為主?，F(xiàn)以教學(xué)樓C為例。

教學(xué)樓C平面東西剛度對(duì)稱，但南北剛度不對(duì)稱。因此，在南側(cè)A軸框架柱兩側(cè)增加鋼筋混凝土墻，以此增加平面南側(cè)的剛度。通過(guò)PKPM加固模塊計(jì)算，砌體承重墻除B軸處，其余都不滿足要求。對(duì)不滿足要求的砌體墻采用單面增加鋼筋混凝土墻的加固方式，個(gè)別角部增加混凝土柱。現(xiàn)以D軸為中心線，通過(guò)計(jì)算對(duì)比，北側(cè)剛度仍然比南側(cè)剛度大，還應(yīng)再增加下部剛度。因此，將B軸處砌體墻同樣采用鋼筋混凝土墻加固，以此增加南側(cè)剛度，使平面南北側(cè)剛度相近，以此達(dá)到良好的整體抗震性能[3]。抗震加固方案的確定應(yīng)以結(jié)構(gòu)平面和豎向剛度分布均勻，避免出現(xiàn)薄弱部位為原則。

4.2 結(jié)構(gòu)體系的改變

由于既有建筑設(shè)計(jì)之時(shí)是按照當(dāng)時(shí)的抗震規(guī)范設(shè)計(jì)，相對(duì)于《抗規(guī)》，某些建筑結(jié)構(gòu)形式存在問(wèn)題。如單跨框架結(jié)構(gòu)、框架-砌體混合結(jié)構(gòu)以及橫墻很少的砌體結(jié)構(gòu)相對(duì)于現(xiàn)行的《抗規(guī)》已不滿足要求，需采取相應(yīng)的加固措施來(lái)改變結(jié)構(gòu)形式，以此提高抗震性能。單跨框架結(jié)構(gòu)可在邊跨或端部增加減震支撐，變?yōu)榭蚣?支撐結(jié)構(gòu)。按JGJ 116—2009《建筑抗震加固技術(shù)規(guī)范》[4]規(guī)定：雙面鋼筋混凝土板墻加固且總厚度不小于140 mm時(shí)，其增強(qiáng)系數(shù)可按增設(shè)混凝土抗震墻加固法取值。因此，框架-砌體混合結(jié)構(gòu)和橫墻很少的砌體結(jié)構(gòu)可在承重磚墻兩側(cè)增加總厚度不小于140 mm的鋼筋混凝土墻，結(jié)構(gòu)形式改變?yōu)榭蚣?剪力墻結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)[5]。

4.3 各構(gòu)件的加固

由于本項(xiàng)目為乙類建筑，地震作用力相對(duì)于原設(shè)計(jì)提高較大，對(duì)于砌體結(jié)構(gòu)承載磚墻主要采用鋼筋混凝土墻加固。由于各建筑樓、屋面板大部分采用預(yù)制板，當(dāng)預(yù)制板頂未設(shè)置整澆層時(shí)，應(yīng)在預(yù)制板支撐邊增加角鋼。防止地震時(shí)，預(yù)制板脫落傷人。

食堂為框架結(jié)構(gòu)，但填充墻材料采用的黏土磚，重量及剛度都較大，對(duì)結(jié)構(gòu)抗震不利。應(yīng)先拆除原先的黏土磚墻體，用輕質(zhì)的加氣混凝土砌塊代替。通過(guò)PKPM軟件計(jì)算，對(duì)于不滿足的框架柱與框架梁采用增大截面加固法。

相對(duì)于上部結(jié)構(gòu)的加固，地下基礎(chǔ)的加固往往施工難度大，且工期較長(zhǎng)。根據(jù)JGJ 116—2009《建筑抗震加固技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定：當(dāng)基礎(chǔ)底面壓力設(shè)計(jì)值超過(guò)地基承載力特征值在10%以內(nèi)時(shí)，可采用提高上部結(jié)構(gòu)抵抗不均勻沉降能力的措施。一般情況下，在加固設(shè)計(jì)中盡量減小上部結(jié)構(gòu)加固的重量，使基礎(chǔ)減少加固量或者不加固。

當(dāng)樓板、屋面板承載力不夠時(shí)，加固措施首選粘貼纖維布。不僅施工方便且對(duì)房屋的凈高影響較小。

5 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合實(shí)際工程的抗震加固，對(duì)加固設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的問(wèn)題及處理措施總結(jié)如下：（1）建筑結(jié)構(gòu)中局部區(qū)域的加固改造應(yīng)以直接加固法為主，而整體性的抗震加固應(yīng)以間接加固法為主；（2）抗震加固后續(xù)使用年限不能單純地依據(jù)規(guī)范，應(yīng)根據(jù)建筑的鑒定報(bào)告、使用情況、結(jié)構(gòu)體系以及建設(shè)方的要求等因素來(lái)綜合確定；（3）加固改造方案的確定，一定要考慮剛度理論在設(shè)計(jì)中的運(yùn)用，結(jié)構(gòu)平面和豎向都應(yīng)該剛度分布均勻，避免加固改造過(guò)程中出現(xiàn)新的薄弱部位；（4）相對(duì)于《抗規(guī)》中已不滿足要求的結(jié)構(gòu)體系，可通過(guò)加固措施來(lái)改變其結(jié)構(gòu)體系，增加整體抗震性能。