某幼儿园加层结构设计

摘 要：介绍了某内框架幼儿园加层计算后原框架柱、承重墙不能满足设计要求,对框架柱采用外包柱加固,对墙体采用钢筋网砂浆面层加固,供类似工程设计参考.

关 键 词 ：墙体钢筋网砂浆面层加固法；壁柱加固法；混凝土套加固法

Abstract： After a layer is calculated within the framework of the kindergarten plus original frame columns, load-bearing walls can not meet the design requirements of the frame column outsourcing column reinforcement of the wall surface using steel mesh reinforcement mortar for similar engineering design.

Keywords： steel mesh mortar wall surface reinforcement method； pilasters reinforcement method； concrete reinforcement method sets

幼儿园、中小学教学楼等属于政府公共支出的建筑在我国经济社会快速发展的同时未能得到相应的投入和提高,造成一些建筑存在一定的安全隐患；另有一些建筑不能满足社会发展的需要,拆除重建投入过高,只有通过改扩建满足.作为结构设计在满足使用要求的前提下,应当做到安全、合理、经济、可行的加固改造方案.

1.工程概况

1.1西安某幼儿园为两层的内框架结构（见附图1）,承重砖墙为实心砖混合砂浆砌筑,钢筋混凝土现浇楼盖；内框架周边的外纵墙为370厚,其余墙体均为240厚.一九九一年设计,一九九二年工程竣工投入使用.二零零一年由于周边居民的增加,原有幼儿园不能满足周遍居民幼儿入托的需要,而整个幼儿园并没有地方可供建设新的教学楼,拆除原有建筑重新建设至少需要一年时间,期间幼儿将无法入托；另外幼儿园也无法筹集到新建教学楼所需的大量资金.经与设计院、施工企业协商,决定在原有两层教学楼的基础上再增加一层,这样资金基本可以保证,利用暑检测的两个月时间基本可以完成加层改造的施工任务,增加一层后原为三班的小型幼儿园可扩大为六班的的中型幼儿园,可以满足周边居民幼儿入托的需要.

1.2地质概况

该工程所在场地地势平坦,地层自上而下依次划分为：

（1）杂填土（2）素填土（3）黄土状土fak等于160kpa（4）中粗砂fak等于220kpa（5）古土壤fak等于180kpa（6）粉质粘土fak等于200kpa.

场地为I级非自重湿陷性黄土.

2.检测鉴定

该建筑使用时间仅为九年,竣工资料齐全,使用的设计规范基本未变,且现状建筑使用良好,未发现裂缝、沉降等情况.为安全起见,在加层改造前决定对该建筑进行必要的检测.

2.1主体结构检测

现场对该建筑的各结构构件的几何尺寸,混凝土的强度等级、实心砖及砂浆的强度等级进行了检测.结构构件的几何尺寸满足原设计图纸,混凝土的强度在C20～C25之间,满足设计图纸要求的C20；实心砖的强度大于MU10,满足图纸要求；混合砂浆强度M7.5满足设计要求.说明该建筑原施工质量较好,实际建筑与设计图纸能够吻合.

另外对该建筑进行了整体沉降差测量,测量结果表明沉降较均匀,沉降差在规范允许的范围内.

2.2地基及基础检测

在原有建筑四个部位将地面挖开检测基础的埋深及几何尺寸,并取土样进行了压实系数的检测.基础为砖基础,砖基础底标高为-1.700,砖放角下部设0.6m厚整片3：7灰土垫层；基础持力层为③黄土状土；主要基础宽度为1080和1330；灰土的压实系数均大于0.95,满足规范要求.

根据加层后计算结果,原设计基础有一定安全储备,加层后条形基础宽度满足要求,柱下独立基础面积及底板配筋均可以满足设计要求.故地基基础可以不做加固处理.且经过多年使用,地基土的固结会使地基土的承载能力逐步提高,有一定的安全储备.

3.主体结构加固方法

首先采用PKPM软件对加层后的结构进行了计算分析,结果表明,外纵墙抗震承载力不能满足；原300×300的内框架柱抗弯、抗剪承载力不足；原楼梯最上一跑梯梁因增加梯段造成承载力不足.内框架梁在横墙上支承长度为240mm,不满足建筑抗震设计规范要求,需增设扶壁柱.

以下分别介绍不同结构构件的加固方法.

3.1钢筋网砂浆面层加固法加固砖墙

3.1.1根据《建筑抗震加固技术规程》JGJ116-98 对承重砖墙采用钢筋网砂浆面层法进行加固.加固用砂浆为M10,一侧面层厚度为35mm,钢筋外保护层厚度不小于10mm,钢筋网片与墙体间空隙不小于5mm,钢筋选用4@300双向钢筋网片,墙两边的钢筋网片用6@600的S形穿墙筋连接,呈梅花状布置；钢筋网四周应与楼板或大梁、柱或墙体连接,可采用锚筋、插入短筋、拉结筋等连接方法；当钢筋网的横向钢筋遇有门窗洞口时,双面加固宜将两侧横向钢筋在洞口闭合（见附图2）.

3.1.3面层加固施工应符合下列要求：

（1）水泥砂浆或钢筋网砂浆面层宜按下列顺序施工：原墙面清底、钻孔并用水冲刷,铺设钢筋网并安设锚筋,浇水湿润墙面,抹水泥砂浆并养护、墙面装饰；

（2）原墙面碱蚀严重时,应先清除松散部分,并用1：3水泥砂浆抹面,已松动的勾缝砂浆应剔除；

（3）在墙面钻孔时,应按设计要求先划线标出锚筋（或穿墙筋）位置,并用电钻打孔.穿墙孔直径宜比“S”形筋大2mm,锚筋孔直径宜为锚筋直径的2～2.5倍,其孔深宜为100～120mm,锚筋插入孔洞后,应采用水泥砂浆填实； （4）铺设钢筋网时,竖向钢筋应靠墙面并采用钢筋头支起；

（5）抹水泥砂浆时,应先在墙面刷水泥浆一道,再分层抹灰,每层厚度不应超过15mm；

（6）面层应浇水养护,防止阳光暴晒,冬季应采取防冻措施.

3.2混凝土套加固法加固框架柱

3.2.1根据《建筑抗震加固技术规程》JGJ116-98 对内框架柱采用现浇钢筋混凝土套加固.加固用混凝土为C25细石混凝土,每侧增加混凝土100mm厚,保护层厚度为25mm；柱主筋由于楼层框架梁的影响不能按常规布置,而是将柱主筋布置在柱角处,以便在通过楼层时从梁边穿过,而避免在梁中打孔；柱箍筋为8@200封闭箍,并在柱上下端梁柱节点处加密箍筋,具体做法见附图3；柱主筋采用植筋技术锚固在基础内.

3.2.2柱加固后的初始刚度按《建筑抗震加固技术规程》JGJ116-98相应公式计算.

3.2.3钢筋混凝土套的施工应符合下列要求：

（1）原有的柱表面应凿毛并清理浮渣,缺陷应修补；

（2）楼板凿洞时,应避免损伤原有钢筋；

（3）浇筑混凝土前应用水清洗并保持湿润,浇筑后应加强养护.

3.3增大截面加固法加固混凝土梁

3.3.1根据《混凝土结构加固设计规范》GB50367-2006 对钢筋混凝土梁采用增大截面法加固.加固采用喷射混凝土施工,新增混凝土厚度50mm,新增箍筋直径8mm,新增纵向钢筋直径16mm,纵筋锚入两端支座内,具体做法见附图4.

3.3.2梁加固的正截面、斜截面计算按《混凝土结构加固设计规范》GB50367-2006相关公式计算.

3.3.3增大截面加固法加固混凝土梁的施工应符合下列要求：

（1）原梁表面应凿毛并清理浮渣,缺陷应修补；

（2）箍筋穿过楼板凿洞时应避免损伤原有钢筋；

（3）浇筑混凝土前应用水清洗并保持湿润浇筑后应加强养护.

4.由汶川地震看西安市幼儿园、中小学建筑

2008年5月12日下午,我国四川汶川县发生了8.0级的地震.应西安市某区教育局的邀请,本人协同教育局对出现裂缝的幼儿园、中学、小学教学楼建筑进行了实地考察.考察结果令人担忧.

西安市的中小学、幼儿园的教学楼相当一部分建于七十年代初,也就是在唐山地震之前建造的,没有任何的抗震措施,有几栋教学楼均为三层砖混结构,没有构造柱、圈梁,单面走廊边做的是370×370的独立砖柱；楼盖基本上是花蓝梁上铺预制槽形板或多孔板.

也有些教学楼是唐山地震后建的,有构造柱、圈梁等基本抗震措施,但为四层砖混结构单面挑廊结构,层数偏高；且在使用中未与设计院协商将走廊边的透空钢管栏杆改为120砖墙栏杆加设小构造柱,在走廊上铺贴地板砖,造成走廊荷载加大,形成安全隐患.

也有女儿墙未设置构造柱,地震造成女儿墙自根部剪切破坏,女儿墙发生水平位移,摇摇欲坠.

而本文前述经加层的幼儿园加固方案合理,构造措施得当,在5.12地震后经现场调查未发现明显裂缝.

改革开放后,我国综合国力快速提高,财政投资主要放在了关系国计民生的大型基础设施或能够拉动经济增长的项目上了.而幼儿园、中小学这些基本上属于纯投入的行业得到的投资未能同步提高,造成幼儿园、中小学基本建设欠帐过多,一些已经存在隐患的学校建筑还不得不继续使用,一但发生地震,后果将不堪设想.

令人欣慰的是,2008年开始,国家将加大对中小学、幼儿园的投资力度,尤其是西部地区.希望两三年后,中小学生和幼儿园的小朋友能够用上安全可靠的教学楼.

5.结语

根据实际情况,有不少的建筑物因使用要求或用途变化需要进行加固改造.通过本文工程实例的介绍,说明建筑物在加固改造前进行合理的结构计算,采取符合实际的加固改造措施保证加固改造的安全性、合理性、经济性及适用性.

国家应加大对中小学、幼儿园的投资力度,提高学校建筑的抗震水平.

（致谢：本文得到了王紫琴总工程师的审阅,特此感谢!）