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（中冶建筑研究總院有限公司華東分院  吳玉峰 200433）

 
摘要：  通過對外廊式校舍的房屋地震后檢測分析、模型對比分析，提出了外廊式多層磚混結構的房屋加固改造設計思路,為今后該類建筑的加固提供參考。
關鍵詞： 外廊式多層磚混結構；房屋抗震加固改造設計；
 
Research on Seismic Strengthening Design for Gallery Type Multilayer Brick Houses
WU Yu-feng，QIN Fu-hua
(Centural Research Institute of Building & Construction, MCC Group,East China Branch ，Shanghai 200433)
 
Abstract:  Based on the analysis of earthquake damage and Model Comparison, this paper proposed the seismic strengthening design suggest ion for gallery type multilayer brick houses. which can be used as reference in the future.  
Key words:  gallery type multilayer brick houses; seismic strengthening design
 
1  前言
      2008年5月12日汶川特大罕遇地震造成了大量中小學教學樓的破壞倒塌，其中很多倒塌的教學樓是單跨懸挑外走廊(無外廊柱)的磚混結構布置形式。
    該類校舍建筑布置一般均采用大開間，外挑走廊，縱墻較大的門窗開孔率，造成此類結構體系整體性較其他砌體結構差。地震時，常常由于墻體的破壞導致整個建筑一塌到底，無法為幸存者提供必要的生存空間。
為了最大限度保護師生的生命安全，建設部對抗震相關的一系列規范進行了及時的修訂：其中規定幼兒園、中小學的教學用房、宿舍以及食堂抗震設防類別不應低于重點設防類，即不低于乙類。同時對若干房屋結構抗震的構造措施加以修訂，提高了結構抗震能力的要求。
目前，校安工程在全國各地依次展開，對外廊式校舍的地震破壞機理和抗震加固的研究及總結有著很強的現實意義。
2  震害調研
  汶川地震以來，我國對房屋的地震的破壞進行了大量的調查研究^[1]，研究發現房屋開裂主要包括：

1、橫墻交叉裂縫：墻體的抗剪切能力不足造成，主要表現為在承重橫墻比較多見的貫穿墻體的斜裂縫。
2、縱墻交叉裂縫：縱墻開有較多門窗洞口，許多窗間墻墻體被樓面大梁壓酥，砂漿松動或地震剪切引起交叉開裂。
3、外磚柱裂縫及外角墻斷裂錯位：外走廊懸挑梁外端部下設置磚柱時，大部分磚柱產生水平裂縫，部分磚柱被震散；房屋外角未設置構造柱，或者由于構造柱和周圍墻體拉結不足，導致外角墻斷裂錯位。
4、樓梯間裂縫。
3  多種破壞機理共同作用的結果
  該類房屋的結構布置一般是沿橫向布置3~4間教室，每間教室有2~3個開間，每個開間3.3~4.0m左右，進深約6m，外廊寬度約2m。某三層教學樓平面布置如下圖所示：

圖1 某教學樓平面布置
Fig.1  Layout of a Teaching Building
 

 

相關研究表明^{[2]、[3]}，發生上述震害的結構因素包括:

1. 在受力方面，外廊式校舍的橫向偏小受力，外廊側傾覆力矩大，縱向質心、剛心偏離，扭轉較大；
2. 抗震構造措施不全，如未設置構造柱及圈梁或設置不全，使得墻體受力時無有效約束；
3. 部分校舍縱墻開洞面積較多，砂漿強度偏低的情況下，地震破壞后喪失了對抗震橫墻的有效約束，加速了結構的整體破壞；
4. 新的抗震設防分類標準把校舍作為乙類建筑后，房屋的高寬比往往超限。

4  加固方案
  針對上述破壞機理，本文提出以下加固方案，并對加固目標和加固措施分析如下表：

表1 加固方案分析表
Tab.1 Analysis of Seismic Strengthening Design

序號	加固目標	加固方案
1	完善抗震體系	增設構造柱、圈梁、預制板整澆層，與墻體共同形成抗震體系
2	改善房屋高寬比，滿足規范要求	增設外廊立柱改善現有結構的高寬比
3	提高重要通道的安全性，保證震害發生前的逃生安全	樓梯間、外廊縱墻通道均采用鋼絲網砂漿面層加固 外廊區域增設立柱并對外挑梁進行擴大截面加固
4	改善房屋的橫向偏心受力	增設外廊立柱改善在地震作用下的橫向受力偏心
5	改善房屋縱向受力；增強縱墻的拉結，保證縱墻的不提前破壞	調節縱墻的剛度，外廊側縱墻采取雙面鋼絲網砂漿面層加固，另一側外縱墻采用單面鋼絲網砂漿面層加固
6	對抗震能力不足的墻體加固	采用鋼絲網砂漿面層加固墻體
7	減少外廊立柱與原有建筑的沉降差	新增立柱地基壓實后，基礎與原有條基連接

說明：規范限制磚混結構的高寬比，就是保證房屋的整體彎曲穩定。

針對上述加固思路，某教學樓的加固方案如下:

a)墻體及基礎加固平面圖

b)構造柱、外廊結構加固平面圖
圖2 某教學樓加固平面布置
Fig.2  Seismic Strengthening Design Layout of a Teaching Building
 

5  模型結果分析
  文獻2針對單跨帶懸挑梁的框架結構布置形式的中小學教學樓，采用靜力彈塑性(push．over)分析方法，對比分析了單跨懸挑結構和設置外廊柱結構的鋼筋混凝土中小學教學樓在罕遇地震作用下的抗震性能。對比分析結果表明，在遭遇相同的罕遇地震作用下，設置外廊柱的教學樓的動力特性、頂點位移、層間位移角均明顯優于無外廊柱的教學樓。
 
  本文采用中國建筑科學研究院的PKPM系列軟件對上述教學樓增設外廊柱后結構的動力特性、抗震計算結果進行分析。

 
表2 模型計算分析結果
Tab.2 Analysis of Model  
 

模型	動力特性	抗震計算結果
加固后的模型	振型號  周 期    轉 角  平動系數 (X+Y)  扭轉系數    1   0.0946      0.01    0.88 ( 0.88+0.00 )  0.12      2   0.0792     90.02    1.00 ( 0.00+1.00 )  0.00      3   0.0684      0.13    0.13 ( 0.13+0.00 )  0.87	走廊側B軸外縱墻受壓承載力的抗力效應比是C軸縱墻的約0.76； 加固后房屋抗震及抗壓承載力均能滿足抗震要求。
加固前的模型	振型號  周 期  轉 角  平動系數 (X+Y)   扭轉系數 1   0.0935   0.01    0.87 ( 0.87+0.00 )      0.13  2   0.0792   90.02   1.00 ( 0.00+1.00 )      0.00 3   0.0685   0.13    0.13 ( 0.13+0.00 )      0.87	走廊側B軸外縱墻受壓承載力的抗力效應比是C軸縱墻的約0.5左右； 房屋抗震及抗壓承載力均不能滿足抗震要求。

  因此，增設外廊立柱不改變原有結構的動力特性；對走廊側縱墻重點加固后，明顯提高了墻體的受壓承載力約25%，改善了該墻體的薄弱狀態，保證了房屋的整體抗震安全。
6  結論
  綜上，我們針對外廊式多層磚混結構抗震加固的結論及加固建議如下：

1. 增加外廊立柱可以改善房屋高寬比、走廊側縱墻的受壓性能及走廊局部結構的安全性，但不改變原有結構的動力特性；
2. 走廊側縱墻因為洞口較多，是薄弱部位，應予以重點加固，避免地震破壞后喪失了對抗震橫墻的有效約束，保證房屋加固后的整體安全余度；
3. 按規范要求完善房屋抗震構造措施，包括構造柱、圈梁及預制板整澆層等體系；
4. 外廊新增立柱基礎與原有墻體條基相連，盡量減少差異沉降。
5. 對抗震及受壓承載力不足的墻體采用雙面鋼絲網砂漿面層或混凝土板墻加固。
6. 樓梯間采用雙面鋼絲網砂漿面層加固。