砌體加固設(shè)計(jì)要點(diǎn)探討
2015-06-11
1. 引言
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和人民生活水平提高，房屋建筑的設(shè)計(jì)規(guī)范日益完善，人們對(duì)居住安全的要求也越來(lái)越高，而很多老式建筑的砌體結(jié)構(gòu)構(gòu)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(duì)優(yōu)越的地段，相比較拆除后新建建筑要經(jīng)過(guò)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(duì)砌體建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)來(lái)滿足結(jié)構(gòu)安全的需求。本文將對(duì)一幢砌體結(jié)構(gòu)建筑的加固設(shè)計(jì)進(jìn)行深入分析，希望為同行們今后的設(shè)計(jì)工作拋磚引玉。
2.砌體受力特點(diǎn)及失效形式
2.1砌體結(jié)構(gòu)具有以下主要特點(diǎn)：
2.1.1砌體構(gòu)件主要用作墻、柱等受壓構(gòu)件，剛度一般較大，但其強(qiáng)度較低，特別是抗剪、抗彎和抗拉強(qiáng)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(chǔ)通常采用墻下條形基礎(chǔ)和柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，對(duì)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(kāi)裂。
2.1.3砌體結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)中墻體也常常因較大的溫差作用而開(kāi)裂。
2.1.4砌體結(jié)構(gòu)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(zhǎng)期作用下，易出現(xiàn)風(fēng)化、凍融、腐蝕等耐久性損傷。
2.1.5砌體結(jié)構(gòu)需人工砌筑，工作量大，勞動(dòng)強(qiáng)度高，施工質(zhì)量的變異性較大，而砌體的受力性能對(duì)施工質(zhì)量又較為敏感，因此砌體構(gòu)件的性能常常因質(zhì)量缺陷而降低。
2.2砌體構(gòu)件主要用于承壓，部分構(gòu)件也會(huì)用于承受剪力、彎矩或拉力。對(duì)于承載能力極限狀態(tài)，砌體構(gòu)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(gòu)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(gòu)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(gòu)件破壞中。
2.2.4彎曲受拉破壞。出現(xiàn)于擋土墻等受彎構(gòu)件的破壞中。
2.2.5受剪破壞。主要出現(xiàn)于受彎構(gòu)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(gòu)件還可能因破損、開(kāi)裂、傾斜、振動(dòng)等因素而影響建筑物正常使用，這些屬于結(jié)構(gòu)構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)方面的失效形式。
3.建筑結(jié)構(gòu)方案比較分析
砌體結(jié)構(gòu)的加固分為直接加固與間接加固兩類，設(shè)計(jì)時(shí)，可根據(jù)實(shí)際條件和使用要求選擇適宜的方法。
3．1適用于砌體結(jié)構(gòu)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(fù)合截面加固法的一種。其優(yōu)點(diǎn)是施工工藝簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)，砌體加固后承載力有較大提高，并具有成熟的設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)。適用于柱、帶壁墻的加固。其缺點(diǎn)是現(xiàn)場(chǎng)施工的濕作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)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(fù)合截面加固法的一種。其優(yōu)點(diǎn)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(shí)也用于鋼筋混凝土外加層加固帶壁柱墻時(shí)兩側(cè)穿墻箍筋的封閉。
3.1.3增設(shè)扶壁柱加固法：該法屬于加大截面加固法的一種。其優(yōu)點(diǎn)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(yīng)用。
3.2適用于砌體結(jié)構(gòu)的間接加固方法一般為：
3.2.1無(wú)粘結(jié)外包型鋼加固法：該法屬于傳統(tǒng)加固方法。其優(yōu)點(diǎn)是施工簡(jiǎn)便、現(xiàn)場(chǎng)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(gòu)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(diǎn)為加固費(fèi)用較高，并需采用類似鋼結(jié)構(gòu)的防護(hù)措施。
3.2.2預(yù)應(yīng)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(yīng)力、高應(yīng)變狀態(tài)的砌體結(jié)構(gòu)的加固。其缺點(diǎn)是不能用于溫度在600度以上的環(huán)境中。
砌體結(jié)構(gòu)由于承載力不足而產(chǎn)生事故的主要原因
4.1計(jì)算錯(cuò)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(qiáng)度等級(jí)偏低，鋼筋混凝土大梁支座處未設(shè)置梁墊，把大梁架在門窗洞上而沒(méi)有設(shè)置托梁，以及砌體的高厚比等構(gòu)造不符合規(guī)范規(guī)定等。這些問(wèn)題的發(fā)生，一部分是由于設(shè)計(jì)和制圖人員工作疏忽，如對(duì)建筑物的使用目的了解不透，采用的計(jì)算荷載偏小，或計(jì)算發(fā)生差錯(cuò)，或制圖、描圖時(shí)注錯(cuò)了尺寸、強(qiáng)度等級(jí)等而未被發(fā)現(xiàn)。但大量的問(wèn)題是由于不按基本建設(shè)程序辦事，不經(jīng)設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)，隨便找不懂技術(shù)的人胡亂“設(shè)計(jì)”而造成的。。
4.1.2另一種情況是不經(jīng)科學(xué)計(jì)算，根據(jù)領(lǐng)導(dǎo)行政命令或某些人的主觀想象，對(duì)已峻工或正在施工的工程隨便增層，加大了下部結(jié)構(gòu)的荷載，造成下部結(jié)構(gòu)承載能力不夠。
4.2施工質(zhì)量差
砌體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與砌筑質(zhì)量的關(guān)系很密切。施工管理不嚴(yán)、質(zhì)量把關(guān)不嚴(yán)是造成磚石結(jié)構(gòu)出事故的主要原因。例如：施工過(guò)程中雇傭非技術(shù)工人砌磚，砌筑過(guò)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(qiáng)度過(guò)低，有的在墻上任意開(kāi)洞，過(guò)多地削弱了斷面等。
設(shè)計(jì)實(shí)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(yù)制混凝土板，抗震鑒定結(jié)果為：地下～三層砌體強(qiáng)度分別為4.5MPa,3.5MPa,5.0MPa,4.5MPa,砂漿強(qiáng)度為1.70MPa0.70MPa,1.10MPa,0.70MPa。部分位置無(wú)構(gòu)造柱，墻體有局部小裂縫。
原結(jié)構(gòu)建模計(jì)算結(jié)果為：地下一層及首層大量墻體抗震驗(yàn)算及墻體受壓承載力計(jì)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(yàn)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(dāng)減少對(duì)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(guò)以上兩種辦法滿足強(qiáng)度要求，最后采用墻體兩端各加一個(gè)構(gòu)造柱來(lái)滿足計(jì)算。
5.1 強(qiáng)度核算
根據(jù)建筑抗震加固技術(shù)規(guī)程公式5.1.4計(jì)算綜合抗震能力指數(shù)Βs
η計(jì)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(qiáng)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(jì)算Ψ1和Ψ2 根據(jù)建筑抗震鑒定與加固技術(shù)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(fù)核單面加強(qiáng)厚墻體可以滿足抗震驗(yàn)算要求；
5.2 基礎(chǔ)核算：
根據(jù)計(jì)算查的原結(jié)構(gòu)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(chǔ)可以繼續(xù)使用，不需要專門加固；
6.結(jié)論
本文分析比較了各種砌體加固方法，對(duì)砌體建筑由于長(zhǎng)期風(fēng)化、侵蝕導(dǎo)致砌塊強(qiáng)度底，砂漿強(qiáng)度差的房屋加固設(shè)計(jì)提出一些現(xiàn)存的問(wèn)題。通過(guò)一個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)例，總結(jié)單面或雙面水泥砂漿和鋼筋網(wǎng)砂漿面層加固對(duì)特定工程的可行性，而且這種加固方法相對(duì)于純板墻加固工程造價(jià)上具備一定優(yōu)勢(shì)。最后對(duì)設(shè)計(jì)中一些需要注意的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)進(jìn)行了考慮，希望能對(duì)從事砌體結(jié)構(gòu)房屋加固設(shè)計(jì)人員有所幫助。
