中小学校舍加固后评估现场检测要点
0 引言
2008年汶川地震造成大量房屋破坏和倒塌,校舍破坏较严重,造成人员伤亡和财产损失。中小学人员密集,且学生逃生能力较差,房屋倒塌后人员伤亡严重,因此,要求中小学校舍抗震防灾性能高于一般民用建筑。2009年,全国中小学进行校舍抗震加固,使其达到重点设防类抗震设防标准。其中,上海市中小学校舍加固量大,建筑风格各异,加固设计和施工单位技术水平良莠不齐,部分校舍加固后抗震性能仍无法达到相关规范要求。目前,上海市部分中小学校舍仍需进行装修改造,重新进行安全性评估或抗震鉴定。
宋杰[1]基于上海市中小学校舍用房排查和抗震鉴定结果,对校舍使用情况及抗震安全性能进行梳理;胡克旭[2]结合校舍安全工程,介绍砌体结构和钢筋混凝土结构校舍抗震加固方法;吴本华等[3]、贾文峰等[4]、卢明等[5]、王晓星等[6]和李峥等[7]结合典型工程,介绍校舍安全工程中砌体结构教学楼改造项目结构设计及施工关键技术;吴克川等[8]结合典型工程案例,介绍采用屈曲约束支撑加固教学楼的方法。上述学者主要对校舍原结构抗震性能、加固改造设计及施工技术进行阐述,未研究加固后校舍检测鉴定方法。
上海市中小学建筑多为砌体结构,部分为混凝土结构,小部分为砖木结构和其他结构。以砌体结构和混凝土结构校舍为例,介绍校舍加固后评估现场检测要点。
1 常用加固方法
1.1 砌体结构校舍的加固
砌体结构(包括砖木结构)中小学校舍通常采用以下加固方法。
1)在楼梯间四角和其余纵横墙交界处新增混凝土构造柱。
2)如果墙体布置不闭合,应补砌墙体,使其闭合,也可在开口处增设现浇钢筋混凝土框,形成闭合结构。
3)增设圈梁,当采用双向钢筋网水泥砂浆面层或钢筋混凝土面层进行加固,且在上、下两端增设配筋加强带时,可不另设圈梁。
4)对于承载力不足的墙体,采用双向钢筋网水泥砂浆面层进行加固。墙体承载力严重不足时,宜采用混凝土板墙进行加固。
5)独立砖柱采用混凝土围套进行加固。
6)加强结构抗震薄弱部位,并重视疏散通道等部位的加固,如在较薄弱的悬挑走廊下方增设混凝土柱,形成局部框架结构。
7)根据实际情况解决楼屋面整体性问题,并着重解决构件搁置问题,如预制板与混凝土梁连接处采用角钢进行加固(增加预制板搁置长度)。
1.2 混凝土结构校舍的加固
混凝土结构中小学校舍通常采用以下加固方法。
1)单向框架结构房屋应加固改造为双向框架,也可将原框架结构改造为框架-剪力墙结构。单跨框架结构房屋在不影响房屋正常使用的前提下增设框架柱,改造为双跨或多跨框架结构,也可改造为框架-剪力墙结构。
2)对于结构平面不规则的房屋,应对结构平面布置进行调整,可合理增设剪力墙,调整结构刚度分布,提高抗震性能。
3)混凝土结构构件采用加大截面、外粘型钢、粘贴纤维复合材料等方法进行加固,以满足构件承载力要求。
2 评估现场检测要点
2.1 砌体结构校舍检测要点
2.1.1 外加柱法加固
外加柱包括新增构造柱和混凝土柱,现场检测外加柱结构布置、构造做法、构造形式、材料强度、截面尺寸、钢筋配置是否与设计图纸一致,并判断构造做法是否满足相关规范要求。
检测时应特别关注外加柱底部是否设置基础及沿全高是否与周边结构构件连接可靠。新增构造柱如未设置基础或与墙体无可靠拉结(见图1),不能视为有效抗震加固措施,承载力计算时不能考虑构造柱的作用,应作为额外荷载考虑,后续应进行改进。新增混凝土柱如与原结构悬挑梁无可靠连接(见图2),混凝土柱无法有效传力,承载力计算时不应考虑,后续应对混凝土柱与悬挑梁连接节点进行加固处理。
图1 新增构造柱与墙体无可靠拉结
图2 新增混凝土柱与原结构悬挑梁无可靠连接
新增构造柱典型构造做法如图3所示,由于混凝土浇筑空间较小,施工质量不易保证,因此现场需检测原结构混凝土强度,还需关注新增构造柱混凝土强度。部分位置采用流动性较好的灌浆料浇筑,建议采用钻芯法进行强度检测。
图3 新增构造柱做法
外加柱纵向钢筋应穿过楼板与屋面板,底部应锚入新增基础中,横向钢筋应穿过墙体,应凿开进行现场检测。
2.1.2 外加钢筋网水泥砂浆面层法加固
外加钢筋网水泥砂浆面层为较常用的墙体加固方法,现场应检测加固范围、钢筋布置、钢筋规格、材料强度、砂浆面层厚度、钢筋网遇楼板处构造做法是否与设计图纸一致,并判断构造做法是否满足相关规范要求。
现场检测时应关注钢筋网是否采用穿墙筋固定于墙体上,竖向钢筋是否间隔一定距离穿过楼板,竖向钢筋底部是否锚入新增基础中,钢筋网水泥砂浆面层厚度、强度是否满足要求(如果不满足要求,承载力计算时不应考虑钢筋网水泥砂浆面层的加固作用)。
2.1.3 室外临时用房检测
教学楼室外通常搭建临时用房(见图4),如厨房、杂物间等,现场检测时需确定搭建结构与主体结构的关系,判断二者是否相互独立。某小学教学楼室外搭建结构屋面构件,并将其简单搁置于主体结构锚固件上(见图5),使其易受外界扰动而坠落,存在安全隐患,后续应采取改进措施。
图4 教学楼室外搭建临时用房
图5 钢管搁置于锚固件上
2.2 混凝土结构校舍检测要点
2.2.1 外粘型钢法加固
外粘型钢法是混凝土构件加固方法之一,现场应检测外粘角钢尺寸、上下连接锚固、型钢表面防护层、胶缝等构造做法是否与设计图纸一致,并判断构造做法是否满足相关规范要求[9,10,11,12]。
外粘型钢两端应有可靠的连接与锚固,加固柱时,角钢下端应锚固于基础中,中间应穿过各层楼板,上端应伸至加固层上层楼板底部或屋面板底部。如果角钢下端未锚固于基础中(见图6),中间未穿过各层楼板,上端无有效锚固,承载力计算时不能考虑外粘型钢的加固作用,后续应拆除重做。
图6 加固角钢未锚固于基础中
结构胶粘剂是外粘型钢与混凝土构件协同工作、共同承担荷载的保证,现场检测时应确定结构胶粘剂种类和密实度,如果水泥砂浆未填实(见图7),不可将外粘型钢视为有效的加固措施。
图7 水泥砂浆未填实
2.2.2 粘钢法加固
粘钢法常用于混凝土框架梁、楼板加固,现场应检测钢板尺寸、锚固措施、受弯构件负弯矩区加固等构造做法是否与设计图纸一致,并判断构造做法是否满足相关规范要求[9,10,11,12]。
框架梁采用粘钢法加固时,现场需关注钢板端部和集中荷载作用点两侧是否设置U形钢箍板、U形箍上端是否设置纵向钢压条。如未设置钢箍板及钢压条(见图8),后续应采取可靠的改进措施。
图8 梁两侧未设置U形钢箍板
楼板负弯矩区加固时,扁钢与楼板间除采用结构胶黏结外,还应关注是否采用锚栓连接。
2.2.3 楼板增设钢筋混凝土叠合层
根据构造图集要求,钢筋混凝土叠合层与混凝土板间应设置抗剪键,确保叠合层与混凝土板共同工作。如未设置抗剪键,不能将叠合层视为楼面结构的一部分,仅作为荷载考虑。
3 结语
1)砌体结构校舍外加柱现场检测时应关注底部是否设置基础,沿全高是否与周边结构构件连接可靠,纵向钢筋是否穿过楼板与屋面板、底部是否锚入新增基础中,横向钢筋是否穿过墙体。
2)砌体结构校舍现场检测时应关注钢筋网是否采用穿墙筋固定于墙体上,竖向钢筋是否间隔一定距离穿过楼板,竖向钢筋底部是否锚入新增基础中,钢筋网水泥砂浆面层厚度、强度是否满足要求。
3)砌体结构校舍室外临时用房现场检测时应关注搭建结构与主体结构的关系,判断二者是否相互独立。
4)混凝土结构校舍现场检测时应关注外粘型钢两端是否有可靠的连接与锚固,应确定结构胶粘剂种类和密实度。加固柱时,角钢下端应锚固于基础中,中间应穿过各层楼板,上端应伸至加固层上层楼板底部或屋面板底部。
5)混凝土结构校舍现场检测时需关注钢板端部和集中荷载作用点两侧是否设置U形钢箍板、U形箍上端是否设置纵向钢压条。楼板负弯矩区加固时,扁钢与楼板间除采用结构胶黏结外,还应关注是否采用锚栓连接。
6)混凝土结构校舍现场检测时需关注钢筋混凝土叠合层与混凝土板间是否设置抗剪键。
[2] 胡克旭.校安工程中的校舍抗震加固方法探讨[J].结构工程师,2011,27(5):146-152.
[3] 吴本华,王静峰,李向民.中小学教学楼现状及加固设计研究[J].安徽建筑工业学院学报(自然科学版),2010,18(3):9-12.
[4] 贾文峰,张春生,樊济喜,等.某在役砖混结构小学教学楼加固设计[J].施工技术,2015,44(16):23-26,34.
[5] 卢明,商冬凡,曾黄荣.某小学教学楼加固改造[J].施工技术,2013,42(16):34-36.
[6] 王晓星,李慧剑.某砖砌体教学楼结构抗震加固设计[J].华北地震科学,2013,31(2):59-61,66.
[7] 李峥,高贺香,秦丽,等.某中学教学楼改扩建技术方案[J].施工技术,2016,45(10):76-78.
[8] 吴克川,陶忠,胡大柱,等.某中学教学楼屈曲约束支撑加固施工技术研究[J].施工技术,2015,44(16):8-11.
[9] 同济大学.现有建筑抗震鉴定与加固规程:DGJ 08—81—2015[S].上海:同济大学出版社,2015.
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[11] 中国建筑科学研究院.混凝土结构加固构造:13G311—1[S].北京:中国计划出版社,2013.
[12] 中国建筑科学研究院,中国建筑标准设计研究院.房屋建筑抗震加固(一)(中小学校舍抗震加固):09SG619—1[S].北京:中国计划出版社,2009.