砌體加固設計要點探討
2015-06-11
1. 引言
隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展和人民生活水平提高，房屋建筑的設計規(guī)范日益完善，人們對居住安全的要求也越來越高，而很多老式建筑的砌體結構構成了一定的安全隱患。但此類房屋大都修建在地理位置相對優(yōu)越的地段，相比較拆除后新建建筑要經(jīng)過前期審批、規(guī)劃等種種不確定因素，很多業(yè)主更愿意選擇對砌體建筑進行結構加固設計來滿足結構安全的需求。本文將對一幢砌體結構建筑的加固設計進行深入分析，希望為同行們今后的設計工作拋磚引玉。
2.砌體受力特點及失效形式
2.1砌體結構具有以下主要特點：
2.1.1砌體構件主要用作墻、柱等受壓構件，剛度一般較大，但其強度較低，特別是抗剪、抗彎和抗拉強度。
2.1.2砌體房屋的自重較大，地基易發(fā)生不均勻沉降現(xiàn)象，而房屋基礎通常采用墻下條形基礎和柱下獨立基礎，對地基不均勻沉降的調(diào)節(jié)有限，墻體常常因地基的不均勻沉降而開裂。
2.1.3砌體結構通常采用鋼筋混凝土樓、屋蓋，由于砌體材料和混凝土材料的熱脹系數(shù)存在顯著差別，砌體結構中墻體也常常因較大的溫差作用而開裂。
2.1.4砌體結構中磚和砂漿均為多孔材料，易受潮，在自然和使用環(huán)境中不利因數(shù)的長期作用下，易出現(xiàn)風化、凍融、腐蝕等耐久性損傷。
2.1.5砌體結構需人工砌筑，工作量大，勞動強度高，施工質量的變異性較大，而砌體的受力性能對施工質量又較為敏感，因此砌體構件的性能常常因質量缺陷而降低。
2.2砌體構件主要用于承壓，部分構件也會用于承受剪力、彎矩或拉力。對于承載能力極限狀態(tài)，砌體構件的失效形式包括：
2.2.1軸心和偏心受壓破壞。此為墻、柱等受壓構件的主要破壞形式。
2.2.2局部受壓破壞。主要出現(xiàn)于承受豎向集中的受壓構件的破壞中，如支承鋼筋混凝土梁的墻和柱。
2.2.3軸心受拉破壞。出現(xiàn)于圓形水池池壁等受拉構件破壞中。
2.2.4彎曲受拉破壞。出現(xiàn)于擋土墻等受彎構件的破壞中。
2.2.5受剪破壞。主要出現(xiàn)于受彎構件的破壞中以及磚拱支座的破壞中。
2.2.6傾覆破壞。主要出現(xiàn)于挑梁的破壞中。
2.3除了喪失承載力，砌體構件還可能因破損、開裂、傾斜、振動等因素而影響建筑物正常使用，這些屬于結構構件正常使用極限狀態(tài)方面的失效形式。
3.建筑結構方案比較分析
砌體結構的加固分為直接加固與間接加固兩類，設計時，可根據(jù)實際條件和使用要求選擇適宜的方法。
3．1適用于砌體結構的直接加固方法一般為：
3.1.1鋼筋混凝土外加層加固法：該法屬于復合截面加固法的一種。其優(yōu)點是施工工藝簡單、適應性強，砌體加固后承載力有較大提高，并具有成熟的設計和施工經(jīng)驗。適用于柱、帶壁墻的加固。其缺點是現(xiàn)場施工的濕作業(yè)時間長，對生產(chǎn)和生活有一定的影響，且加固后的建筑物凈空有一定的減小。
3.1.2鋼筋水泥砂漿外加層加固法：該法屬于復合截面加固法的一種。其優(yōu)點與鋼筋混凝土外加層加固法相近，但提高承載力不如前者。適用于砌體墻的加固，有時也用于鋼筋混凝土外加層加固帶壁柱墻時兩側穿墻箍筋的封閉。
3.1.3增設扶壁柱加固法：該法屬于加大截面加固法的一種。其優(yōu)點亦與鋼筋混凝土外加層加固法相近，但承載力提高有限，且較難滿足抗震要求，一般僅在非地震區(qū)應用。
3.2適用于砌體結構的間接加固方法一般為：
3.2.1無粘結外包型鋼加固法：該法屬于傳統(tǒng)加固方法。其優(yōu)點是施工簡便、現(xiàn)場工作量和濕作業(yè)少，受力較為可靠。適用于不允許增大原構件截面尺寸，卻又要求大幅度提高截面承載力的砌體柱的加固。其缺點為加固費用較高，并需采用類似鋼結構的防護措施。
3.2.2預應力撐桿加固法：該法能較大幅度地提高砌體柱的承載能力，且加固效果可靠。適用于加固處理高應力、高應變狀態(tài)的砌體結構的加固。其缺點是不能用于溫度在600度以上的環(huán)境中。
砌體結構由于承載力不足而產(chǎn)生事故的主要原因
4.1計算錯誤
4.1.1主要表現(xiàn)在采用的截面偏小，使用的磚和砂漿強度等級偏低，鋼筋混凝土大梁支座處未設置梁墊，把大梁架在門窗洞上而沒有設置托梁，以及砌體的高厚比等構造不符合規(guī)范規(guī)定等。這些問題的發(fā)生，一部分是由于設計和制圖人員工作疏忽，如對建筑物的使用目的了解不透，采用的計算荷載偏小，或計算發(fā)生差錯，或制圖、描圖時注錯了尺寸、強度等級等而未被發(fā)現(xiàn)。但大量的問題是由于不按基本建設程序辦事，不經(jīng)設計單位設計，隨便找不懂技術的人胡亂“設計”而造成的。。
4.1.2另一種情況是不經(jīng)科學計算，根據(jù)領導行政命令或某些人的主觀想象，對已峻工或正在施工的工程隨便增層，加大了下部結構的荷載，造成下部結構承載能力不夠。
4.2施工質量差
砌體結構強度與砌筑質量的關系很密切。施工管理不嚴、質量把關不嚴是造成磚石結構出事故的主要原因。例如：施工過程中雇傭非技術工人砌磚，砌筑過程不按規(guī)程要求，造成上下通縫，磚柱采用包心砌法，砂漿強度過低，有的在墻上任意開洞，過多地削弱了斷面等。
設計實例分析
該工程建于70年代，地下一層，地上三層建筑，外墻370mm，內(nèi)墻均為240mm，樓板均為預制混凝土板，抗震鑒定結果為：地下～三層砌體強度分別為4.5MPa,3.5MPa,5.0MPa,4.5MPa,砂漿強度為1.70MPa0.70MPa,1.10MPa,0.70MPa。部分位置無構造柱，墻體有局部小裂縫。
原結構建模計算結果為：地下一層及首層大量墻體抗震驗算及墻體受壓承載力計算不滿足要求。由于該建筑業(yè)主還在部分使用，最后采取的方案為抗震驗算不足的墻體盡量采用單面水泥砂漿和鋼筋網(wǎng)砂漿面層加固，可以適當減少對原墻體裝修面層及水暖管線的破壞，局部受壓承載力不夠的采用單面100厚板墻加固的方法加固。但是局部門窗洞口處墻體很難通過以上兩種辦法滿足強度要求，最后采用墻體兩端各加一個構造柱來滿足計算。
5.1 強度核算
根據(jù)建筑抗震加固技術規(guī)程公式5.1.4計算綜合抗震能力指數(shù)Βs
η計算 根據(jù)公式5.3.2.2
由于two=240mm 帶入5.3.2.2 得η＝η0
查表5.3.2－1 面層厚度采用40mm,Φ6@300
原墻體砂漿強度地下一層、首層～三層分別為1.7，0.7，1.1，0.7
所以地下一層、首層～三層η分別為1.35，1.835，1.49，1.835
計算Ψ1和Ψ2 根據(jù)建筑抗震鑒定與加固技術規(guī)程DB11/T 689-2009
Ψ1查表5.3.1－1得Ψ1＝1.0
普通墻體Ψ2查表5.3.1－2得Ψ2＝1.0
單層加固綜合抗震能力指數(shù)Βs首層～三層普通墻體η分別為1.35，1.835，1.49，1.835；
雙面加固綜合抗震能力指數(shù)Βs首層～三層樓梯間墻體η分別為1.54，2.11，1.68，2.11；
經(jīng)復核單面加強厚墻體可以滿足抗震驗算要求；
5.2 基礎核算：
根據(jù)計算查的原結構荷載及自重為：
6469＋5559＋5634＋4696＝22358KN
新加各部分重量：
外加柱總重：0.3x0.2x14.4x34x25=735KN
圈梁總重：0.2x0.24x102x4x25=490KN
砂漿層總重：176x0.05x3.6x25x2=1584KN
新加各部分總重量：2809KN
2809/22358=12.6%<15%
原基礎可以繼續(xù)使用，不需要專門加固；
6.結論
本文分析比較了各種砌體加固方法，對砌體建筑由于長期風化、侵蝕導致砌塊強度底，砂漿強度差的房屋加固設計提出一些現(xiàn)存的問題。通過一個設計實例，總結單面或雙面水泥砂漿和鋼筋網(wǎng)砂漿面層加固對特定工程的可行性，而且這種加固方法相對于純板墻加固工程造價上具備一定優(yōu)勢。最后對設計中一些需要注意的設計細節(jié)進行了考慮，希望能對從事砌體結構房屋加固設計人員有所幫助。
