砌体加固设计要点探讨
2015-06-11
1. 引言
随着社会经济的飞速发展和人民生活水平提高，房屋建筑的设计规范日益完善，人们对居住安全的要求也越来越高，而很多老式建筑的砌体结构构成了一定的安全隐患。但此类房屋大都修建在地理位置相对优越的地段，相比较拆除后新建建筑要经过前期审批、规划等种种不确定因素，很多业主更愿意选择对砌体建筑进行结构加固设计来满足结构安全的需求。本文将对一幢砌体结构建筑的加固设计进行深入分析，希望为同行们今后的设计工作抛砖引玉。
2.砌体受力特点及失效形式
2.1砌体结构具有以下主要特点：
2.1.1砌体构件主要用作墙、柱等受压构件，刚度一般较大，但其强度较低，特别是抗剪、抗弯和抗拉强度。
2.1.2砌体房屋的自重较大，地基易发生不均匀沉降现象，而房屋基础通常采用墙下条形基础和柱下独立基础，对地基不均匀沉降的调节有限，墙体常常因地基的不均匀沉降而开裂。
2.1.3砌体结构通常采用钢筋混凝土楼、屋盖，由于砌体材料和混凝土材料的热胀系数存在显著差别，砌体结构中墙体也常常因较大的温差作用而开裂。
2.1.4砌体结构中砖和砂浆均为多孔材料，易受潮，在自然和使用环境中不利因数的长期作用下，易出现风化、冻融、腐蚀等耐久性损伤。
2.1.5砌体结构需人工砌筑，工作量大，劳动强度高，施工质量的变异性较大，而砌体的受力性能对施工质量又较为敏感，因此砌体构件的性能常常因质量缺陷而降低。
2.2砌体构件主要用于承压，部分构件也会用于承受剪力、弯矩或拉力。对于承载能力极限状态，砌体构件的失效形式包括：
2.2.1轴心和偏心受压破坏。此为墙、柱等受压构件的主要破坏形式。
2.2.2局部受压破坏。主要出现于承受竖向集中的受压构件的破坏中，如支承钢筋混凝土梁的墙和柱。
2.2.3轴心受拉破坏。出现于圆形水池池壁等受拉构件破坏中。
2.2.4弯曲受拉破坏。出现于挡土墙等受弯构件的破坏中。
2.2.5受剪破坏。主要出现于受弯构件的破坏中以及砖拱支座的破坏中。
2.2.6倾覆破坏。主要出现于挑梁的破坏中。
2.3除了丧失承载力，砌体构件还可能因破损、开裂、倾斜、振动等因素而影响建筑物正常使用，这些属于结构构件正常使用极限状态方面的失效形式。
3.建筑结构方案比较分析
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。
3．1适用于砌体结构的直接加固方法一般为：
3.1.1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。
3.1.2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。
3.1.3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。
3.2适用于砌体结构的间接加固方法一般为：
3.2.1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。
3.2.2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600度以上的环境中。
砌体结构由于承载力不足而产生事故的主要原因
4.1计算错误
4.1.1主要表现在采用的截面偏小，使用的砖和砂浆强度等级偏低，钢筋混凝土大梁支座处未设置梁垫，把大梁架在门窗洞上而没有设置托梁，以及砌体的高厚比等构造不符合规范规定等。这些问题的发生，一部分是由于设计和制图人员工作疏忽，如对建筑物的使用目的了解不透，采用的计算荷载偏小，或计算发生差错，或制图、描图时注错了尺寸、强度等级等而未被发现。但大量的问题是由于不按基本建设程序办事，不经设计单位设计，随便找不懂技术的人胡乱“设计”而造成的。。
4.1.2另一种情况是不经科学计算，根据领导行政命令或某些人的主观想象，对已峻工或正在施工的工程随便增层，加大了下部结构的荷载，造成下部结构承载能力不够。
4.2施工质量差
砌体结构强度与砌筑质量的关系很密切。施工管理不严、质量把关不严是造成砖石结构出事故的主要原因。例如：施工过程中雇佣非技术工人砌砖，砌筑过程不按规程要求，造成上下通缝，砖柱采用包心砌法，砂浆强度过低，有的在墙上任意开洞，过多地削弱了断面等。
设计实例分析
该工程建于70年代，地下一层，地上三层建筑，外墙370mm，内墙均为240mm，楼板均为预制混凝土板，抗震鉴定结果为：地下～三层砌体强度分别为4.5MPa,3.5MPa,5.0MPa,4.5MPa,砂浆强度为1.70MPa0.70MPa,1.10MPa,0.70MPa。部分位置无构造柱，墙体有局部小裂缝。
原结构建模计算结果为：地下一层及首层大量墙体抗震验算及墙体受压承载力计算不满足要求。由于该建筑业主还在部分使用，最后采取的方案为抗震验算不足的墙体尽量采用单面水泥砂浆和钢筋网砂浆面层加固，可以适当减少对原墙体装修面层及水暖管线的破坏，局部受压承载力不够的采用单面100厚板墙加固的方法加固。但是局部门窗洞口处墙体很难通过以上两种办法满足强度要求，最后采用墙体两端各加一个构造柱来满足计算。
5.1 强度核算
根据建筑抗震加固技术规程公式5.1.4计算综合抗震能力指数Βs
η计算 根据公式5.3.2.2
由于two=240mm 带入5.3.2.2 得η＝η0
查表5.3.2－1 面层厚度采用40mm,Φ6@300
原墙体砂浆强度地下一层、首层～三层分别为1.7，0.7，1.1，0.7
所以地下一层、首层～三层η分别为1.35，1.835，1.49，1.835
计算Ψ1和Ψ2 根据建筑抗震鉴定与加固技术规程DB11/T 689-2009
Ψ1查表5.3.1－1得Ψ1＝1.0
普通墙体Ψ2查表5.3.1－2得Ψ2＝1.0
单层加固综合抗震能力指数Βs首层～三层普通墙体η分别为1.35，1.835，1.49，1.835；
双面加固综合抗震能力指数Βs首层～三层楼梯间墙体η分别为1.54，2.11，1.68，2.11；
经复核单面加强厚墙体可以满足抗震验算要求；
5.2 基础核算：
根据计算查的原结构荷载及自重为：
6469＋5559＋5634＋4696＝22358KN
新加各部分重量：
外加柱总重：0.3x0.2x14.4x34x25=735KN
圈梁总重：0.2x0.24x102x4x25=490KN
砂浆层总重：176x0.05x3.6x25x2=1584KN
新加各部分总重量：2809KN
2809/22358=12.6%<15%
原基础可以继续使用，不需要专门加固；
6.结论
本文分析比较了各种砌体加固方法，对砌体建筑由于长期风化、侵蚀导致砌块强度底，砂浆强度差的房屋加固设计提出一些现存的问题。通过一个设计实例，总结单面或双面水泥砂浆和钢筋网砂浆面层加固对特定工程的可行性，而且这种加固方法相对于纯板墙加固工程造价上具备一定优势。最后对设计中一些需要注意的设计细节进行了考虑，希望能对从事砌体结构房屋加固设计人员有所帮助。
