张 毅
（上海市教育基建管理中心，上海，200051）
【摘 要】系统分析和介绍了学校建筑结构的鉴定检测方法和加固方法，比较了各种加固方法的适用范围及其优缺点，并借助上海某学校工程案例加以阐述，从而给其他类似项目提供可供借鉴的参考。
【关键词】建筑结构；抗震鉴定；加固设计；混凝土结构；砌体结构
建筑结构的安全、可靠是建筑工程的头等大事，尤其是学校校舍安全直接关系到广大师生的生命安全，关系到人民群众的切身利益，关系到社会的和谐与稳定。汶川地震后，国家在全国范围内开展了中小学校舍的全面安全鉴定工作，并依据鉴定报告以及现场复检，根据国家现行抗震加固规范，对校舍进行加固方案设计。
1．抗震鉴定
学校建筑安全鉴定通过对建筑概况、工程资料、抗震设防、地基基础、上部结构和建筑现状的调查，确定建筑的抗震鉴定。鉴定内容包括后续使用年限、抗震鉴定方法、地基基础鉴定、上部结构抗震措施鉴定以及抗震承载力验算，最终得到抗震鉴定结论，提出维修加固建议。
其中，对建筑结构现状的检测工作内容较多，一般有结构材料的力学性能检测、结构的构造措施检测、结构构件尺寸检测、钢筋位置及直径检测、结构及构件的开裂和变形情况检测及结构性能实荷检测等。
由于学校建筑多为混凝土结构和砌体结构，本文也将介绍这两种结构形式的检测方法。混凝土结构检测方法主要有：结构性能实荷检测、混凝土强度回弹法、超声波法、超声回弹综合法 、取芯法、拉拔法等。结构性能实荷检测属于结构整体性检验，能直观反映结构的整体性能。回弹法、超声波法、超声回弹综合法属于非破损原位检测，具有检测速度快、检测费用低的特点。取芯法、拉拔法属于局部破损检测，能真实反映混凝土质量。砌体结构检测方法主要有：轴压法、扁顶法、原位单剪法、原位单砖双剪法、推出法、筒压法、砂浆片剪切法、回弹法等。轴压法、扁顶法、原位单剪法、原位单砖双剪法、推出法属于原位检测，直观性强，能综合反映材料质量和施工质量，但检测部位有局部破损。筒压法、砂浆片剪切法属于取样检测，能真实反映砂浆强度，但取样部位有局部损伤。回弹法属于无损检测，测区选择不受限制，操作简便。
2．结构加固设计
学校建筑依据鉴定报告以及现场复检，根据国家现行抗震加固规范，合理选用不同的结构加固设计方案。本文主要介绍混凝土结构和砌体结构的加固方法。
（一）混凝土结构加固
混凝土结构的加固分为直接加固与间接加固两类，设计时可根据实际条件和使用要求选择适宜的方法和配套的技术。直接加固法有：加大截面加固法、置换混凝土加固法、有粘结外包型钢加固法、粘钢加固法、粘贴纤维增强塑料加固法、绕丝法、锚栓锚固法。间接加固法有：预应力加固法、增加支承加固法、其它加固法。
加大截面加固法：在钢筋混凝土受弯构件受压区加混凝土现浇层，可增加截面有效高度，扩大截面面积，从而提高构件正截面抗弯，斜截面抗剪能力和截面刚度，起到加固补强的作用，适用于梁、板、柱、墙和一般构造物的混凝土的加固；但现场施工的湿作业时间长，对生产和生活有一定的影响，且加固后的建筑物净空有一定的减小。
置换混凝土加固法：该法的优点与加大截面法相近，且加固后不影响建筑物的净空，但同样存在施工的湿作业时间长的缺点；适用于受压区混凝土强度偏低或有严重缺陷的梁、柱等混凝土承重构件的加固。
有粘结外包型钢加固法：外包钢加固是把型钢或钢板包在被加固构件的外边，该法也称湿式外包钢加固法，受力可靠、施工简便、现场工作量较小，但用钢量较大，且不宜在无防护的情况下用于600C 以上高温场所；适用于使用上不允许显著增大原构件截面尺寸，但又要求大幅度提高其承载能力的混凝土结构加固。
粘钢加固法：钢筋混凝土受弯构件外部粘钢加固是在构件承载力不足区段（正截面受拉区、正截面受压区或斜截面）表面粘贴钢板，该法施工快速、现场无湿作业或仅有抹灰等少量湿作业，对生产和生活影响小，且加固后对原结构外观和原有净空无显著影响，但加固效果在很大程度上取决于胶粘工艺与操作水平；适用于承受静力作用且处于正常湿度环境中的受弯或受拉构件的加固。
粘贴纤维增强塑料加固法：外贴纤维加固是用胶结材料把纤维增强复合材料贴于被加固构件的受拉区域，使它与被加固截面共同工作，达到提高构件承载能力的目的。除具有粘贴钢板相似的优点外，还具有耐腐浊、耐潮湿、几乎不增加结构自重、耐用、维护费用较低等优点，但需要专门的防火处理，适用于各种受力性质的混凝土结构构件和一般构筑物。
绕丝法：该法的优缺点与加大截面法相近；适用于混凝土结构构件斜截面承载力不足的加固，或需对受压构件施加横向约束力的场合。
锚栓锚固法：该法适用于混凝土强度等级为C20~C60 的混凝土承重结构的改造、加固；不适用于已严重风化的上述结构及轻质结构。
预应力加固法：预应力水平拉杆加固的混凝土受弯构件，由于预应力和新增外部荷载的共同作用，拉杆内产生轴向拉力，在构件中产生偏心受压作用，该作用克服了部分外荷载产生的弯矩，减少了外荷载效应，从而提高了构件的抗弯能力。同时，由于拉杆传给构件的压力作用，构件裂缝发展得以缓解、控制、斜截面抗剪承载力也随之提高。若采用预应力下撑式拉杆加固定，形成一个由被加固构件和下撑式拉杆组成的复合超静定结构体系，在外荷载和预应力共同作用下，拉杆中产生轴向力并通过与构件的结合点（下撑点和杆端锚固点）传递给被加固构件，抵消了部分外荷载，改变了原构件截面内力特征，从而提高了构件的承载能力
增加支承加固法：增设支点加固法是通过减少受弯构件的计算跨度，达到减少作用在被加固构件上的载载效应，提高结构承载水平的目的。该法简单可靠，但易损害建筑物的原貌和使用功能，并可能减小使用空间；适用于具体条件许可的混凝土结构加固。
其它加固法：辅助结构加固法是采用另制的辅助构件，在支座附近加腋后，支座附近截面的有效高度提高了，截面的抗弯和抗剪能力都得到提高。
（二）砌体结构加固
砌体结构的加固分为直接加固与间接加固两类，设计时，可根据实际条件和使用要求选择适宜的方法。直接加固法有：钢筋混凝土外加层加固法、钢筋水泥砂浆外加层加固法、增设扶壁柱加固法。间接加固法有：无粘结外包型钢加固法、预应力撑杆加固法。
钢筋混凝土外加层加固法：该法属于复合截面加固法的一种。其优点是施工工艺简单、适应性强，砌体加固后承载力有较大提高，并具有成熟的设计和施工经验；适用于柱、带壁墙的加固；其缺点是现场施工的湿作业时间长，对生产和生活有一定的影响，且加固后的建筑物净空有一定的减小。
钢筋水泥砂浆外加层加固法：该法属于复合截面加固法的一种。其优点与钢筋混凝土外加层加固法相近，但提高承载力不如前者；适用于砌体墙的加固，有时也用于钢筋混凝土外加层加固带壁柱墙时两侧穿墙箍筋的封闭。
增设扶壁柱加固法：该法属于加大截面加固法的一种。其优点亦与钢筋混凝土外加层加固法相近，但承载力提高有限，且较难满足抗震要求，一般仅在非地震区应用。
无粘结外包型钢加固法：该法属于传统加固方法，其优点是施工简便、现场工作量和湿作业少，受力较为可靠；适用于不允许增大原构件截面尺寸，却又要求大幅度提高截面承载力的砌体柱的加固；其缺点为加固费用较高，并需采用类似钢结构的防护措施。
预应力撑杆加固法：该法能较大幅度地提高砌体柱的承载能力，且加固效果可靠；适用于加固处理高应力、高应变状态的砌体结构的加固；其缺点是不能用于温度在600C 以上的环境中。
此外，砌体结构构造性加固与修补也是加固方法之一。如：增设圈梁加固、增设梁垫加固、砌体局部拆砌、砌体裂缝修补等。
3．工程案例
（一）某学校工程概况
图书楼：由两个单体组成，单体A和单体B，其中单体A为一幢五层的框架结构房屋，单体B为一幢四层的框架结构房屋，建造于1987年，作为图书馆使用至今。图书楼建筑平面不规则，总建筑面积约为3621m2。房屋基础为条形基础，上部结构采用钢筋混凝土框架结构承重，楼板采用预制板。
学生会堂：为一幢二层建筑，建造于1989年，建筑平面不规则，总建筑面积约为2344m2。该房屋无原始图纸，基础形式不详，上部结构采用框架结构承重，楼板采用钢筋混凝土现浇板。
（二）抗震鉴定
图书楼：完损检测结果表明，房屋混凝土梁、板、柱及节点等主体结构基本完好；房屋有墙面及平顶粉刷局部存在开裂等损坏现象。材料强度检测结果表明，图书楼混凝土柱抗压强度推定值为19.5MPa，混凝土梁抗压强度推定值为21.5MPa，达到原设计强度200号（C18）的要求。倾斜测量结果表明，图书楼单体A整体向西和向南倾斜，各测点倾斜率介于0.0‰～2.5‰，各测点倾斜率均未超过《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）中规定的限值4‰；图书楼单体B整体向西和向北倾斜，各测点倾斜率介于0.0‰～5.0‰，部分测点倾斜率超过了《建筑地基基础设计规范》（GB50007- 2002）中规定的限值4‰，但未超过《危险房屋鉴定标准》（JGJ125-99 2004年版）规定的限值10‰。安全验算结果表明，单体A部分框架柱配筋不满足要求，且轴压比和层间位移角不满足要求，单体B部分框架梁柱配筋不满足要求，且周期比、轴压比和层间位移角不满足要求。图书楼单体A和单体B均综合评定为抗震能力不满足抗震鉴定要求，应根据《建筑抗震加固技术规程》（JGJ116-2009）采取加固措施。
学生会堂：完损检测结果表明，房屋混凝土梁、板、柱及节点等主体结构基本完好；房屋有墙面及平顶粉刷局部存在开裂等损坏现象。材料强度检测结果表明，港湾会堂混凝土柱抗压强度推定值为23.7MPa，混凝土梁抗压强度推定值为21.5MPa。倾斜测量结果表明，港湾会堂倾斜无明显规律，各测点倾斜率介于0.0‰～4.5‰，部分测点倾斜率超过了《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）中规定的限值4‰，但未超过《危险房屋鉴定标准》（JGJ125-99 2004年版）规定的限值10‰。安全验算结果表明，除个别框架柱外，受检房屋一至二层框架柱配筋基本满足要求；二至屋面层部分框架梁配筋不满足要求。学生会堂综合评定为抗震能力不满足抗震鉴定要求，需采取加固或其它相应措施进行处理。
（三）加固方案
图书楼：采用加大截面加固法，解决混凝土柱轴压比和配筋不足的问题；采用增设屈曲约束支撑法，解决层间位移角不满足规范要求的问题。
学生会堂：采用外包角钢加固法，解决混凝土柱配筋不足的问题；采用粘贴碳纤维布加固和增大截面加固法，解决混凝土梁配筋不足问题；采用增设屈曲约束支撑法，解决单跨框架问题。
4．结语
学校建筑结构的抗震检测、鉴定及加固是保障全体师生安全的必要前提。应根据既有建筑的建造年代、结构特点、使用状况等不同因素，合理选择检测方法，并出具准确的鉴定结论。对不满足抗震鉴定要求的建筑，需科学制定加固方案，重视施工过程中的质量控制，保证施工质量和结构安全。
参考文献：
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[5]GB/T 50344-2004,建筑结构检测技术标准[S].2004.
论文作者:张毅
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年4月总第209期
论文发表时间:2016/6/13
标签：截面论文; 构件论文; 结构论文; 混凝土论文; 鉴定论文; 适用于论文; 建筑论文; 《工程建设标准化》2016年4月总第209期论文;