汶川地震后,中小學建筑的抗震安全問題已引起較大關注。廈門市中小學建筑的建造年代參差不齊,施工質(zhì)量存在較大的離散性,抗震性能差的建筑仍然占有較大比例,這些建筑存在嚴重安全隱患而急需進行加固。由于整體模型的試驗研究費用較高,且可用來模擬磚混結構的整體性能的軟件還比較匱乏,因此目前對磚混結構加固的研究,還僅僅局限于單體構件的研究。文獻GabrieleMilani和Krit Chaimoon等采用一定的假定對砌體結構進行有限元分析,所采用的假定基本與結構的實際受力特征相吻合,然而研究的對象僅限于單片墻體的研究。A·Mebarki通過3D均質(zhì)化極限分析法對某磚混結構的歷史建筑進行了研究,雖然對整體結構進行了模擬,但是其結構的樓板和樓蓋均為柔性的木結構,與廈門中小學建筑的結構形式存在較大差異。因此,考慮到磚混結構整體性能的數(shù)值模擬還不夠成熟,本文選用PKPM結構設計軟件進行整體抗震性能研究,主要研究兩種常用的加固方法對提高結構的整體性的影響,以此作為今后磚混結構整體性能加固研究的依據(jù)

1、加固設計方案的選擇

中小學磚混結構建筑開間和進深均較大，一般在6000mm×8400mm左右，且基本為單跨懸挑結構，砂漿強度等級較低，這對體系的抗震性能非常不利。在加固方案的選取時，為了避免加固時需清空教學樓內(nèi)部設備，以及避免加固后影響內(nèi)部建筑的使用空間等，應盡來量考慮在結構的外部進行加固，并選擇比較成熟的加固技術。本文選取增設構造柱和單面鋼筋網(wǎng)水泥漿砂漿面層兩種常規(guī)的加固方法進行研究。其中，單面鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層加固時，考慮到樓梯間和教室橫墻的抗震性能也相對較差，因此對這些墻體也進行了單面加固處理。

3.加固工程實例

3.1模型基本概況

該模型教學樓為3層砌體結構，未加固、單面鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層加固和增設構造柱加固。各層層高為3.3m；場地類別為Ⅱ類，抗震設防烈度為7度（0.15g）,設計地震分組為第一組；基本風壓0.7Kn/m2。，地面粗糙度B類。

3.2 受力構件尺寸

墻體采用240mm，在墻上根據(jù)門窗的位置進行開洞，門的尺寸為900mm×2700mm，窗的尺寸為1500mm×1800mm，窗臺高900mm；樓屋蓋均采用現(xiàn)澆混凝土結構，樓板厚度取120mm，混凝土強度等級采用C25；梁截面高度按梁跨度的1/18-1/10估算，主梁尺寸為250mm×500mm，圈梁、挑梁及檐梁尺寸為240mm×240mm，混凝土強度等級為C25.

3.3重力荷載和水平荷載

3.3.1重力荷載

（1）屋面永久荷載標準取5.2Kn/m2,樓面永久荷載標準值取3.9Kn/m2.

（2）按照荷載規(guī)范的規(guī)定，教室屋面可變荷載標準值取2.5 Kn/m2,外挑走廊可變荷載標準值取3.5 Kn/m2,樓面不上人，可變荷載標準值取0.7 Kn/m2。

（3）墻體材料容重取22 Kn/m3,，混凝土材料容重取25 Kn/ m3,,鋼筋容重取78 Kn/m3。。

3.4加固部分構件尺寸

（1）增設構造柱加固中，構造柱截面采用240mm×240mm，C25混凝土澆注；縱向鋼筋為4Ф12，箍筋采用Ф6，間距為200mm。構造柱在平面內(nèi)對稱布置，并沿樓層高度貫通。

(2)單面鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層加固中，砂漿強度選用C25，面層厚度為30mm。

4 加固前后抗震性能對比

磚混結構的底層會承擔較大的地震剪力。因此，本文選取了底層的縱、橫墻及縱橫墻交接薄弱部位。

通過對比分析可知

(1)兩種加固方法都能有效地提高磚混結構的抗震承載能力，抗力和效應的比值比未加固前分別提高了23.01％～45.22％和6.69％～11.76％；受壓的抗力和效應的比值比未加固前分別提高了1.01％～152.94％和0～563.64％；墻體軸力設計值的提高幅度分別為—12.52％～7.81％和0～35.44％；墻體剪力設計值的提高幅度分別為—1.66％～—1.55％和1.84％～2.15。以上數(shù)據(jù)說明，兩種加固方法均是可行的。

(2)增設構造柱的加固效果。增設構造柱對磚混結構抗震性能的提高主要集中在構造柱的設置部位，而對墻體的承載能力的提高幅度不明顯。從表中的數(shù)據(jù)可以看出，構造柱的設置部位的受壓計算結果比未加固前提前了0～563.64％，而窗間墻與未加固前大致相當；而墻體軸力設計值和剪力設計值提高幅度分別為0～35.44％和1.85％～2.15％。這可能是由于增設構造柱后構造柱不但參與工作，而且在某種程度上改變了原有結構的內(nèi)力傳遞。間接說明了增設構造柱對提高磚混結構的整體性的效果并不明顯。此外，如果采用增設構造柱的方法來提高磚混結構的抗震承載能力，需要對墻體進行適當?shù)拈_洞，這大大地削弱了原有墻體的承載能力，對抗震不利。

(3)單面鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層加固的效果。單面鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層，墻體的整體抗震驗算結果都有較大幅度的提高，而軸力設計卻反而有所下降，墻體的抗震驗算較加固前提高了23.01％～45.22％不等，而軸力設計值和剪力設計值的提高幅度分別為—12.52％～7.81％和—1.66％～—1.55％。墻體的軸力設計值和剪力設計值雖然比加固前有所下降，但是抗震驗算結果（即抗力和效應的比值）分布比較均勻，整體抗震性能比較均衡，有利于保證結構的整體性。承載力的下降則可能是由于在驗算中沒有考慮加固部分與原有部分的協(xié)同工作造成的。此外，單面鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層加固只需要在墻體的外側進行加固，不影響建筑內(nèi)部的使用功能，因而不需要清空建筑內(nèi)部使用空間再進行加固。同時該加固方法能夠有效提高墻體的抗壓、抗剪等整體抗震承載能力，能夠使得原有結構與新加部分共同受力，有效地提高了墻體的整體性。但是，原有結構與加層部分能否進行協(xié)同工作一直是人們關注的焦點，因此有必要對兩者的協(xié)同工作問題作進一步的研究。

5、彈塑性變形的對比為了進一步說明加固后結構整體性能提高程度。本文采用SATWE模塊對加固前后的結構進行了驗算，并進行了彈塑性變形驗算的對比。

(1)單面鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層加固和外加構造柱的構造柱措施均有效地改善了磚混結構的抗測剛度，層間位移和層間位移角有不同程度的提高。未加固結構的X方向和Y方向的最大層間位移均為4.4mm，X方向和Y方向的最大層間位移角分別為1/1893和1/2001；單面鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層加固的X方向和Y方向的最大層間位移均為1.4mm，X方向和Y方向的最大層間位移角分別為1/5448和1/6201；增設構造柱后X方向和Y 方向的最大層間位移分別為4.5mm和3.9mm，X方向和Y方向的最大層間位移角分別為1/1837和1/2283.這主要是因為單面鋼筋混凝土水泥砂漿面層加固后，新加部分與原有部分的剛度均較大，加固后抗測變形能力高，因而層間位移和層間位移均較小；而增設構造柱后，構造柱的柔性比較大。而墻體的剛度比較大，兩種構件的剛度相差懸殊，無法較好地協(xié)同工作。

(2)加固前后結構的最大層間位移角均出現(xiàn)在第二層。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因主要有：首先，剛度變化的影響。該研究對象為三層建筑，第三層因樓梯布置的要求，空間較寬曠，梯間墻體的高度較標準層的墻體要高。同時。第三樓層由于缺少樓梯踏步板的共同工作，樓層平面的剛度出現(xiàn)“兩頭大中間小”，上下樓層間也存在一定的剛度突變，整體結構的抗測變形不協(xié)調(diào)。此時，側向變形對于短軸Y方向的變形更加敏感。因此其抗彎剛度相對較差，往往容易造成嚴重的破壞。其次，磚混結構底層復雜內(nèi)力的影響。磚混結構的底層所需承擔的地震剪力比較大，而墻體卻沒有采取相應的增強措施，此時，底層墻體的上部葉容易出現(xiàn)較大的層間變形，再次，剪切和彎曲變形的影響。三種結構的首層層間位移較小，而二、三層層間位移較大，這是由于首層墻體的變形，剪切成分較大一些，而二、三樓層的變形，彎曲成分較大一些。增設構造柱后的體系呈現(xiàn)出一定程度的彎曲型變形特征，使得上部樓層比以剪切型變形為主的樓層具有更大的塑性變形滯耗能能力。

以上得出結論：

（1） 兩種加固措施均能有效提高結構的整體抗震性，抗震承載能力均有不同程度的提高。

（2） 兩種加固措施均在一定程度上提高了整體結構的抗測變形能力。

（3） 對加固不同材料間的協(xié)同工作應進一步進行研究。PKPM無法考慮兩種材料間的相互作用，因此在建模中，如果將加固部門分與原有部分采用簡單的“疊加”，并不能如實反映結構的整體性能，其抗震性能的提高會存在較大的誤差。

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