某小学教学楼加层加固设计

摘要：砖混结构房屋加层加固工程，在加层加固之前应对原建筑进行现场检测及计算分析，在确保安全的前提下，对建筑进行加固方案的设计。本文以某小学教学楼加层加固改造工程为例，在保证建筑结构安全的前提下，分析了对其加固措施的设计方案，可供类似的加固改造工程设计人员参考。

关键词：砖混结构；教学楼；加层加固；设计

Abstract: the brick structure housing add layer reinforcement engineering, and strengthening the construction of before to field analysis and calculation analysis, to ensure security in the premise, to reinforce the construction scheme design. Taking a primary school teaching building add layer reinforcement renovation engineering for example, ensure the construction in the safety of the structure, under the premise of analysis of its reinforcement measures, the design of the reinforcement and reconstruction for similar engineering designers.

Keywords: brick structure; Teaching building; Add layer reinforced; design

中图分类号：TU472 文献标识码：A 文章编号：

1工程概况

某小学教学楼为三层外廊式混合结构，现浇楼屋面，基础采用水泥搅拌桩复合基础；教学楼的平面为U字形，中间设有两道沉降缝，把平面分为三个结构单元，建筑面积2100m2，平面形状及功能布置见图1。校方提出：因学校班级数量增加，原有的教室已不够用，要求在原有教学楼上加盖一层，平面功能设计同原设计。为确定该建筑物加层后的安全性状态，对该建筑主控受力构件的承载能力进行检测，并根据相关结构构件的检测结果，对其加层后的结构整体进行设计验算，提出加层后需对原结构加固处理的相关方案。

图1：教学楼建筑平面布置图

2安全性检测结果及分析

2.1基础检测

在基础加固中采用锚杆静压桩；由于校方不能提供教学楼的地质报告，经地勘单位补勘后提供的地质报告，选取图1中左则两拐角处的基础，将其上部回填土开挖至基础底面，根据现场勘测，得知在地表下18米处有约10米厚的砾石层，并且比较平缓，可做为锚杆静压桩的桩端持力层。

2.2墙体的检测

2.2.1外观检测

从外观观察，原中部房间的圈梁与墙体间存在较为明显的裂缝，并有渗水现象。通过裂缝显微镜观测，其最大裂缝宽度为0.18mm。经分析该裂缝主要是由于温度变化导致材料之间的不均匀收缩引起的。

2.2.2水泥砂浆强度检测

采用筒压法对墙体水泥砂浆的强度进行了检测，每层随机抽取2个测区，每个测区取三组试样。检测结果表明：本教学楼墙体砌筑砂浆的强度等级总体可推定为M10；而在原设计中该教学楼的上部墙体砌筑砂浆强度等级为M5，说明该教学楼的实际砌筑砂浆强度较好，能较好地满足原设计要求，最终该教学楼墙体砌筑砂浆强度等级评定为M5。

2.2.3砌体（烧结砖）抗压强度检测

采用砖强度直接取样法对此教学楼的砖砌体的抗压强度进行了检测。所取砖样抗压强度试验结果表明，本教学楼承重墙烧结砖的抗压强度平均值为13.8MPa，抗压强度标准值为6.8MPa，该教学楼的砖砌体强度等级综合评定为MU10。

3.加固设计方案

3.1加固范围的确定

加层设计要求在原有的标准层基础上再增加一层，首先依据现场实测分析的数据，验算加层后的地基基础、墙体结构、钢筋混凝土构件等能否满足承载力和正常使用极限状态的要求，根据其验算结果来确定加层加固构件的范围。

3.1.1基础验算复核

按照选定的组合系数，对上部恒荷载和活荷载进行组合，计算出传至基础上部的荷载值，选用其每一种不同截面尺寸和配筋的基础上部荷载的最大值对该地基基础的承载能力进行验算。由于原设计（89规范）时采用的地基承载能力标准值，在验算过程中将原标准值转化为地基承载能力特征值计算，计算结果表明有两道横墙的基础宽度满足不了加层后的设计要求，其宽度相差200mm。但考虑到该建筑建成已有一定年代，且地基土层分布比较均匀，下部土体无软弱下卧层，地基土受压固结，其承载能力会有所提高，根据该地区的相关经验并取其地基原状土进行实验室试验，可推定其地基承载能力较原设计提高10%左右。据此，进行重新结构设计验算，原设计基础还是不能完全满足加层后的承载能力要求，如需加层，必须对基础加固处理。

3.1.2墙体结构的验算复核

根据检测评定结果，采用PKPM软件对该结构加层后墙体抗震性能进行验算。该地区的抗震设防烈度为6度，计算结果表明加层后该房屋一层部分墙体抗力与效应之比小于1.0，得出抗压强度及抗震性能不能较好满足加层后的设计要求，如需加层，必须对不满足加层设计要求的墙体进行加固处理。

3.1.3钢筋混凝土构件的验算复核

根据检测评定结果，对该教学楼加层后原混凝土构件（承重主梁、挑梁、封口梁及楼梯梁）的承载能力进行设计验算，在设计验算过程中采用荷载标准组合；验算结果表明， 原屋面层的挑梁配筋和所有教室中间大梁的配筋均不能较好的满足加层后的承载能力设计要求，必须进行加固处理后方能进行加层施工。

3.2加层加固设计设计方案

根据3.1的验算结果表明，原房屋结构设计有一定的安全储备，在对承载力不满足要求的基础，墙体及大梁、挑梁进行加固之后，可在不改变原有房屋结构承重体系和平面布置的情况下对该教学楼进行加层改造。

3.2.1基础加固

因原教学楼的基础设计偏不安全，在加固设计中，锚杆静压桩的布桩荷载取值按二层楼面荷载计算。即原教学楼的基础仅考虑二层楼面荷载，根据地质报告提供土层指数，采用锚杆静压桩截面取250×250，桩长18M，按JGJ94-94第5.2.8条计算，单桩承载力特征值取220KN。基础的加固详图如图2所示。

图2 基础加固

3.2.2墙体的加固设计方案

对抗震及抗压不能满足加层设计要求的墙体，目前可采用的加固方法主要有扶壁柱法加固砖墙、钢筋网水泥浆法加固砖墙、增大截面法增大构造柱等方法。其中钢筋网水泥浆法加固砖墙体的方法较为常用，该方法实际就是在原砌体构件表面做钢筋砂浆面层形成组合砖砌体构件，用以提高构件的承载能力。本工程中也采用该方法来对承载能力不能满足要求的墙体进行加固设计，如图3所示。

图3：墙体加固示意图

3.2.3大梁和挑梁的加固设计方案及分析

对配筋不能满足设计要求的大梁及挑梁可采用增大截面法、粘钢加固法及粘贴碳纤维布加固法进行加固处理。此三种方法均能较好地提高混凝土受弯构件的承载能力，但考虑到本工程工期较紧，且碳纤维加固相对其他两种加固方法具有施工方便，工效很高，加固完成后，基本上不改变构件的自重及体积，并且结构在以后的使用过程中无需再投入维护费用，使用寿命长等优势。因此，在本工程中采用粘贴碳纤维布法对需加固的梁进行加固处理。结合工程实际情况，在挑梁的顶部，大梁的底部和侧面粘贴碳纤维布进行抗弯与抗剪加固；对有细微裂缝（裂缝宽度小于0.2mm）大梁先将梁表面清除干净，用环氧胶泥填缝后，再粘贴一道100 mm宽碳纤维布。

3.2.4上部结构加层设计方案

在上部结构加层处理时，采用的结构类型同原设计，首先要清除原屋面的建筑面层，然后在新旧结构连接处采用叠合梁作法，以锚固柱筋，具体节点做法，同图4所示，加层屋面采用现浇板、内配双排双向钢筋。

图4：上部结构设计方案

4结论及建议

1）在加层设计前必须对原结构的主要承重构件目前的实际强度进行检测；

2）加层设计时需考虑加层部分对原结构的影响，及目前结构主要承重构件强度值，将结构进行整体验算，对验算满足不了加层后使用要求的构件应采取相应的加固措施；

3）对建成已有一定年代建筑，如地基土层分布比较均匀，下部土体无软弱下卧层，可适当考虑地基土承载能力的提高；

4）加层加固设计方案选取过程中，在满足承载能力要求的基础上，应尽量使用施工方便，工效很高，对原结构受力影响小的加固方法。

参考文献：

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