徐欣 XU Xin

0 引言

隨著城市更新工作的不斷推進，砌體建筑加固改造的需求量逐年增長。本文涉及的項目在改造伊始，由推倒重建方案到另擇場地新建方案，再到結(jié)構(gòu)加固方案，綜合考慮了結(jié)構(gòu)安全性、土地資源再利用、施工成本、上海城市更新政策等各方面綜合因素，最終決定以更為經(jīng)濟合理的結(jié)構(gòu)抗震加固方案作為首選。在此將選取其中一棟具有代表性的宿舍樓進行探討，以供參考借鑒。

1 工程概況

1.1 建筑結(jié)構(gòu)體系

某宿舍樓改造工程位于上海市閔行區(qū)，為4 棟建于1967 年左右的磚混結(jié)構(gòu)房屋，原結(jié)構(gòu)圖紙缺失。本案房屋為5#宿舍樓（圖1），高15.85 m，總建筑面積為2 515 m2；其地上5 層為砌體結(jié)構(gòu)，局部有地下室，屋面為不上人坡屋面。建筑平面呈矩形，東西向總長37.8 m，南北向總寬13.3 m；其主要開間為3.45 m，層高為3.1 m。

圖1 原建筑標準層平面圖

建造時，設(shè)計未考慮抗震設(shè)防。采用混凝土墻下條形基礎(chǔ)。房屋承重墻主要由190 mm 厚硅酸鹽粉煤灰砌塊墻、水泥石灰混合砂漿砌筑，但縱橫墻交界處未設(shè)置構(gòu)造柱，且樓屋面均未設(shè)置圈梁；一～五層墻體采用150#砌塊，其中：一層采用50#混合砂漿，二～五層采用25#混合砂漿。樓屋面板采用150 mm 厚混凝土預(yù)制板東西向布置；衛(wèi)生間等局部區(qū)域采用板寬750 mm、肋高80 mm的混凝土槽形板，東西向布置。

1.2 改造內(nèi)容

本案房屋原設(shè)計為職工宿舍，改造后使用功能不變。其活荷載為2.0 kN/m2，基本無改變；但各類設(shè)備設(shè)施、衛(wèi)生間等已不符合如今人們對居住的要求，故需對整棟樓的設(shè)備設(shè)施進行更新改造。具體改造內(nèi)容包括：①對公共區(qū)域賦予新的建筑功能，原走廊過于狹窄的部分需拓寬，并拆除部分85 mm 厚半磚墻承重橫墻；②新增磚墻，即部分房間增加恒載；③拆除不符合《建筑設(shè)計防火規(guī)范》（GB 50016—2014）的原室外鋼樓梯，并新增室外與原建筑主體脫縫的鋼樓梯；④對建筑盡頭的混凝土樓梯進行加固；⑤根據(jù)抗震承載力驗算要求，對其他結(jié)構(gòu)構(gòu)件進行加固處理。

2 結(jié)構(gòu)抗震性能鑒定

2.1 結(jié)構(gòu)檢測結(jié)果

根據(jù)國家現(xiàn)行的《建筑抗震鑒定標準》（GB 50023—2009）[1]（以下簡稱《標準》）第1.0.4 條，本建筑建造年限接近50 年，其后續(xù)使用年限為30 年，屬于A 類砌體房屋，未考慮抗震設(shè)防，無法達到現(xiàn)行的抗震設(shè)防標準要求。故改造之前，需對房屋進行抗震鑒定，內(nèi)容包括抗震構(gòu)造措施、變形測量、材料檢測、房屋完損情況調(diào)查、抗震承載力等。其主要鑒定結(jié)論有以下幾條。

（1）房屋向東向北傾斜，各測點傾斜率在1.90‰～4.02‰之間。最大傾斜率較小，在規(guī)范允許范圍內(nèi)。

（2）完損檢測表明：房屋主體結(jié)構(gòu)衛(wèi)生間、洗手間、浴室區(qū)域的槽形板板肋存在鋼筋銹脹、保護層脫落等現(xiàn)象，且墻面、平頂普遍存在涂料粉刷起皮開裂、酥松脫落、預(yù)制板拼縫等損壞情況；其余承重墻、梁等未發(fā)現(xiàn)明顯裂縫、下?lián)献冃蔚冉Y(jié)構(gòu)性損壞現(xiàn)象，節(jié)點基本完好。

（3）現(xiàn)場材料強度測試結(jié)果顯示：一層砂漿抗壓強度推定值為4.3 MPa，不滿足標準設(shè)計值（5.0 MPa）；二～五層砂漿抗壓強度推定值為2.7 MPa，滿足標準設(shè)計值（2.5 MPa）；推定混凝土強度等級為C18，砌體強度等級為MU15。

（4）由于房屋未設(shè)置圈梁，因此，在抗震構(gòu)造措施鑒定中，圈梁部分的整體連接性不滿足現(xiàn)行規(guī)范對A類建筑的要求，即第一級鑒定不滿足（表1）。

表1 第一級鑒定對照表

2.2 抗震受力分析

根據(jù)《標準》5.1.5 條規(guī)定，A類建筑第一級鑒定不符合要求的需進行第二級鑒定。采用綜合抗震能力指數(shù)法進行抗震驗算，包括樓層綜合抗震能力指數(shù)方法、墻段綜合抗震能力指數(shù)方法和樓層平均抗震能力指數(shù)方法。這3 個指數(shù)法中，最弱樓層的指數(shù)需≥1.0；否則，應(yīng)對房屋采取加固措施。

本案例計算模型采用PKPM 抗震鑒定和加固計算軟件，根據(jù)改造設(shè)計方案，驗算承重墻體在多遇地震作用下的承載力。根據(jù)上海市工程建設(shè)標準《建筑抗震設(shè)計規(guī)程》（DGJ 08-9—2013）關(guān)于砌體結(jié)構(gòu)房屋的相關(guān)規(guī)定，對本案例房屋的結(jié)構(gòu)抗震加固按抗震烈度7 度（0.1g）的A 類建筑進行抗震驗算，且設(shè)防丙類、設(shè)計地震分組第二組、考慮基本風壓為0.55 kN/m2、地面粗糙度為C 類（圖2）。結(jié)果顯示：一層和二層的縱向及橫向墻段綜合抗震能力指數(shù)＜1.0，三層與四層局部橫向抗震能力指數(shù)＜1.0。

圖2 結(jié)構(gòu)驗算模型

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB 50011—2010）的要求，對房屋進行抗震承載力復(fù)核驗算，得到以下結(jié)論：①房屋一～四層部分墻體抗力與荷載效應(yīng)之比最小為0.67，承重墻抗震承載力不滿足要求；②墻體承載能力驗算中，房屋一～三層部分墻體受壓承載力不滿足驗算要求，抗力與荷載效應(yīng)之比最小為0.55；③墻體高厚比滿足驗算要求；④部分混凝土次梁梁底縱筋配筋不足。

3 多層砌體房屋抗震加固設(shè)計原則

結(jié)構(gòu)的加固從概念上分為體系加固及構(gòu)件加固兩種形式。體系加固主要針對房屋的整體的抗震性能不滿足要求，結(jié)合抗震鑒定標準采取有效的加固措施；而構(gòu)件加固是針對局部不滿足抗震承載力的構(gòu)件采取加固措施。對砌體結(jié)構(gòu)加固時，應(yīng)遵循以下的基本原則：①砌體房屋加固在抗震鑒定不滿足的情況下，著重于結(jié)構(gòu)整體加固，不要求單個構(gòu)件恢復(fù)原設(shè)計功能；②加固時需綜合考慮經(jīng)濟指標，采用最合理安全的加固措施，避免減少對建筑物的原有使用功能產(chǎn)生影響；③為防止加固后樓層受剪承載力發(fā)生突變，應(yīng)采取必要措施加固相鄰樓層；④應(yīng)注意施工作業(yè)中對建筑的影響，分段施工時應(yīng)對樓梯間墻體采取加強措施。

4 結(jié)構(gòu)加固方案分析

4.1 地基加固

房屋經(jīng)過近50 年的使用，沉降已趨穩(wěn)定，上部結(jié)構(gòu)未發(fā)現(xiàn)明顯的因地基不均勻沉降而造成的結(jié)構(gòu)性開裂現(xiàn)象，亦未發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)存在明顯靜載缺陷。使用荷載變化不大，僅在新增承重墻體下新做條形基礎(chǔ)與老基礎(chǔ)設(shè)縫脫開，以避免產(chǎn)生不均勻沉降。地基承載力會隨著時間的增長有所提高，根據(jù)電算結(jié)果，無需對原有基礎(chǔ)做加固處理。

4.2 墻體加固

為滿足建筑功能需要，拆除局部舊承重縱墻與半磚墻；同時，在原墻往南0.8 m 處新砌承重縱墻，墻體厚190 mm、采用強度等級為MU15 的多孔磚，且混合砂漿強度為Mb10。新增的承重縱墻使結(jié)構(gòu)內(nèi)力重新分布，總體上提高了房屋的剛度及承載力，減少薄弱部位。需要注意的是，新舊磚墻的連接處應(yīng)按《砌體結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范》（GB 50702—2011）設(shè)置馬牙槎及拉墻筋。

對于多層砌體房屋，目前比較常用的加固墻體方式有鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層法與板墻加固。根據(jù)計算結(jié)果，原承重墻段的綜合抗震能力指數(shù)與《標準》要求的“大于1.0”相差較小，故采用更經(jīng)濟的鋼筋網(wǎng)砂漿面層法來加固墻體。鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層加固法是在原墻體側(cè)面新增一定厚度且?guī)в袖摻罹W(wǎng)片的水泥砂漿面層，形成組合墻體，達到提高砌體結(jié)構(gòu)承載力和延性的加固方法。本案例中，新增面層采用強度為M15 的水泥砂漿雙面布置，厚度宜為40 mm；對于一～五層承載力不足的外墻，均需進行加固，內(nèi)墻則經(jīng)計算加固至四層。鋼筋采用HPB400，且鋼筋網(wǎng)采用細密點焊鋼筋網(wǎng)，在基礎(chǔ)上部設(shè)加強帶來代替圈梁以起到約束作用，從而提高墻體的承載力（圖3）。加固后的綜合抗震能力指數(shù)驗算中，應(yīng)對相關(guān)部位支承長度的影響系數(shù)作相應(yīng)改變：關(guān)于墻體的局部尺寸影響系數(shù)應(yīng)取1.0。

圖3 鋼筋網(wǎng)砂漿面層雙面加固詳圖

4.3 增設(shè)扶壁構(gòu)造柱加固

房屋原縱橫墻體連接處未設(shè)立構(gòu)造柱。為提高房屋的抗倒塌能力、局部易損墻段的承載力，在不影響建筑正常使用及美觀的前提下，在原縱橫墻相交處增設(shè)鋼筋網(wǎng)砂漿面層與原有磚墻結(jié)合形式的扶壁柱（圖4、5），其水泥砂漿強度等級采用M10，鋼筋采用HPB400。增設(shè)的扶壁柱增加了墻體的折算厚度，可有效提高其抗壓承載力。另外，在新砌承重橫墻與縱墻交界處，新增混凝土構(gòu)造柱，均采用強度等級為C30 的密實性混凝土澆筑。

圖4 扶壁柱構(gòu)造詳圖

圖5 扶壁柱平面圖

4.4 增設(shè)圈梁加固

本案房屋并未設(shè)置圈梁，不符合《建筑抗震加固技術(shù)規(guī)程》（JGJ 116—2009）中多層砌體房屋圈梁的布置要求。因建筑立面設(shè)置了外包磚墻，且構(gòu)造柱非外露式，新增圈梁無法外加在樓、屋蓋同一標高處，只能在原預(yù)制樓、屋面板下增設(shè)梁頂標高與樓屋面板底齊平的鋼筋網(wǎng)水泥復(fù)合砂漿砌體組合圈梁。施工時，應(yīng)盡力避免外力對原有脆弱的預(yù)制板在墻內(nèi)擱置端產(chǎn)生影響。

在新砌筑的承重縱墻墻頂新增混凝土圈梁（圖6）；同時，為使圈梁盡量不凸出于墻體，新增圈梁應(yīng)與墻同寬。在構(gòu)造柱與圈梁的共同作用下，會對墻體產(chǎn)生明顯約束作用，從而增加房屋的整體性，改善其總體變形能力，可抵抗地基的不均勻沉降。

圖6 圈梁節(jié)點詳圖

4.5 樓板加固

計算結(jié)果并未顯示改造后預(yù)制板承載力有明顯不足，但由于房屋使用年限較長，出于安全性考慮，還是將衛(wèi)生間區(qū)域的小梁薄板替換為現(xiàn)澆板。因二層有部分空間作為公共活動區(qū)域，考慮到預(yù)制板整體性較差，對該區(qū)域部分樓板進行加固。其主要做法是：鏟除原預(yù)制板面層，新增40 mm 厚C20 細石混凝土整澆層，L 型錨筋梅花狀布置并與原樓板相連接。

對其余大部分存在的鋼筋露筋、銹脹現(xiàn)象的預(yù)制空心板進行處理：清除鋼筋銹脹處松散、離鼓的混凝土，剔鑿時，需沿鋼筋長度方向剔除至鋼筋與混凝土結(jié)合牢固處，不得損壞鋼筋與混凝土的粘結(jié)；剔鑿后露出的鋼筋需進行除銹去污，并刷鋼筋阻銹劑一道；最后，采用專用聚合物水泥砂漿進行修復(fù)[2]。

4.6 其他加固修繕處理

（1）因設(shè)備專業(yè)需要，對樓板開洞；且原預(yù)制板必須整塊拆除，故在新開洞口邊新增型鋼梁，開洞口其余部分重新澆筑混凝土現(xiàn)澆板（圖7）。

圖7 預(yù)制板邊設(shè)備留洞

（2）出于對施工過程中結(jié)構(gòu)安全的考慮，保留部分拓寬走廊樓板下的原混凝土次梁，但需做好支撐工作。此外，新增的混凝土梁需穿透原混凝土梁（圖8）。

圖8 穿透梁節(jié)點詳圖

（3）對驗算部分配筋不足的混凝土梁進行拆除并重新澆筑。拆除時，現(xiàn)場應(yīng)做好相應(yīng)的支撐維護措施，以確保對預(yù)制板的承托。

（4）新增鋼樓梯與原結(jié)構(gòu)設(shè)縫脫開，并新做基礎(chǔ)。

4.7 加固后計算結(jié)果

通過對墻體、梁、板及整體房屋的加固處理，墻體承載力明顯提高，其雙向綜合抗震能力指數(shù)均大于1.0。加固后，一～四層墻體的抗震承載力、受壓承載力、高厚比均滿足要求。

4.8 注意事項

本文僅針對案例房屋中較有特點的結(jié)構(gòu)加固內(nèi)容展開探討。在加固設(shè)計時，應(yīng)特別注意以下幾點。

（1）加固前首先要確定建筑的后續(xù)使用年限，才能采取準確的鑒定方法與加固方法，也很大程度影響項目的經(jīng)濟指標[3]。

（2）對薄弱墻體采用雙面鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層的加固方式僅適用于綜合抗震能力指數(shù)與《標準》規(guī)定數(shù)值（1.0）相差較小的情況；如果兩者差異較大，建議選用板墻加固的方式來提升房屋抗震性能。

（3）加固改造方法要確保改造后的結(jié)構(gòu)體系符合現(xiàn)行規(guī)范要求，應(yīng)著眼于提高整體結(jié)構(gòu)的抗震性能為目標，不能按照單個構(gòu)件的承載力不夠就只加固不符合要求的構(gòu)件[4]；同時，應(yīng)綜合考慮經(jīng)濟技術(shù)、施工安全、施工難易度等指標。

（4）加固過程中，應(yīng)按設(shè)計要求編制加固施工在各個階段的次序，避免因拆除次序不當造成的安全事故或安全隱患。特別是對拆除時的支撐維護工作，應(yīng)注意是否需要分段施工或間隔施工。

（5）增設(shè)構(gòu)造柱與圈梁時，應(yīng)避免對建筑立面產(chǎn)生影響。對于可能影響室內(nèi)裝修裝飾加固方式（如設(shè)置鋼拉桿、增設(shè)角鋼紙托等），必須提前進行綜合考慮。

5 結(jié)語

目前，我國還存在大量同類型、同時期、同種施工工藝的砌體房屋，且大部分都不滿足現(xiàn)行抗震設(shè)防要求。本案例屬于較典型的砌體結(jié)構(gòu)房屋，因改造后使用功能變化不大，故未涉及到板墻加固、基礎(chǔ)加固、地基加固等顯著增強抗震承載能力和性能的方法?？傮w而言，本案例采用的加固方式安全可靠、經(jīng)濟合理，能夠使建筑滿足后續(xù)使用年限及設(shè)防要求。