２０１０年第１１期 总第１４９期 福 建 建 筑 Ｎｏｌｌ・２０１０ Ｆｕｊｉａｎ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ＆Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｖｏｌ・１４９ 砖混结构抗震加固实用计算方法 张建阳 （厦门合道工程设计集团有限公司 ３６１００４） 摘要：近年来，汶川地震后，中小学建筑的抗震安全问题引起全社会关注，中小学校舍安全工程已进入抗震加固的实施阶段。本 文针对砖混结构抗震加固设计中存在的计算问题，依据提高砖墙折算抗剪及抗压承载力来达到建筑物抗震性能的原理，通过工程 实例采用了行之有效的设计计算方法，供同类工程加固设计参考。 关键词：砖混结构抗震加固 实用计算方法“提高系数法” 中图分类号：ＴＵ３１１．４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００４－－６１３５《２０１０）１ｌ一０Ｏ４８一Ｏ３ Ｓｅｉｓｍｉｃ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ ｏｆ ｂｒｉｃｋ ｍａｓｏｎｒｙ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｍｅｔｈｏｄ Ｚｈａｎｇ Ｊｉａｎｙａｎｇ （Ｘｉａｍｅｎ Ｈｏｒｄｏｒ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｄｅｓｉｇｎ Ｇｒｏｕｐ ｏＣ．。Ｌｔｄ． ３６１００４） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ，ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ。ｔｈｅ ｓｅｉｓｍｉｃ ｓａｆｅｔｙ ｏｆ ｓｃｈｏｏｌ ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｓｏｃｉａｌ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ，ｐｒｉｍａｒｙ ａｎｄ ｓｅｅ— ｏｎｄａｒｙ ｓｃｈｏｏｌ ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ ａｒｅ ｓａｆｅ ｈａｓ ｅｎｔｅｒｅｄ ｔｈｅ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｐｈａｓｅ ｏｆ ｓｅｉｓｍｉｃ ｒｅｔｒｏｆｉｔ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ－ｓｅｉｓｍｉｃ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ｍａｓｏｎｒｙ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，ｂａｓｅｄ ｏｎ ｃｏｎｖｅｒｔｅｄ ｂｒｉｃｋ ｗａｌｌ ｓｈｅａｒ ｃａｐａｃｉｔｙ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｔＯ ａｃｈｉｅｖｅ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ ｓｅｉｓｍｉｃ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｅｘａｍｐｌｅｓ ｏｆ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ｓｉｍｉｌａｒ ｄｅｓｉｇｎ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｍａｓｏｎｒｙ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｓｅｉｓｍｉｃ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ Ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ”Ａ ｆａｃｔｏｒ ｏｆ Ｌａｗ” ０引言 在第二级鉴定中采用综合抗震能力指数的方法，计入构造影响 既有建筑结构计算分析方法与新建建筑设计分析方法有 作出判断。 明显不同，由于建筑有一定的使用年限，材料强度比理论强度 有所下降，构件的耐久性也较理想条件有较大的不同，加之因 表１抗震措施鉴定项目 加固手段所限需采用与原结构不同的材料进行加固，新、旧材 料的协同作用效果也有待进一步探究，因此相关的计算分析方 法也必须根据实际情况做相应的简化。本文针对砖混结构计 算分析中存在的问题，谈谈几种砖混墙体抗震加固的简化计算 方法。 １砖混结构抗震鉴定的要求［１］ 现有建筑根据实际需要和可能，根据不同后续使用年限其 抗震鉴定方法划分为三类：后续使用年限３Ｏ年的建筑简称Ａ 类建筑；后续使用年限４Ｏ年的建筑简称Ｂ类建筑；后续使用年 限５Ｏ年的建筑简称ｃ类建筑。各类建筑抗震鉴定方法所对 应也采用了不同的抗震鉴定标准，各类建筑抗震鉴定方法又分 为两级：第一级鉴定以宏观控制和构造鉴定为主进行综合评 Ｂ类砌体房屋，墙体的抗震承载力应采和现行国家标准 价，抗震措施鉴定项目如表１所示；第二级以抗震验算为主结 《建筑抗震设计规范》的底部剪力法等方法进行验算，或按照Ａ 构构造影响进行综合评价。 类砌体房屋计入构造影响进行综合抗震能力的评定。 对于Ａ类砌体房屋应进行综合抗震能力的两级鉴定。在 ｃ类建筑应按现行国家标准《建筑抗震设计规范》的要求 第一级鉴定中，墙体的抗震承载力应依据纵、横墙间距进行简 进行抗震鉴定。 化验算，当符合第一级鉴定的各项规定时，应评为满足抗震鉴 ２砖混结构构件常见的计算方法 定要求；不符合第一级鉴定要求时，除有明确规定的情况外，应 ２．１目前常规计算软件 目前设计用于抗震加固整体分析常用的软件是ｏ９年版 ＰＫＰＭ系列中“砌体结构鉴定加固设计软件”ＪＤＪＦ，软件程序 曩 作基２收Ｏ者稿金１Ｏ简项日介期目：张注与２厦Ｏ建册抗１门Ｏ建震阳—市造加，Ｏ建男９师固一设，１Ｏ９一与１７计 级管年注理册ｌ局及Ｏ结科月超构技出限师计生高，划层主结项要任构从目工抗（事程项震结师目分构编，析一改 。级造主要完成抗震加固规定的第二级鉴定计算。对于砖混结构，主 要进行楼层平均抗震指数、楼层综合抗震能力指数和墙段综合 抗震能力指数的计算，当最弱楼层的平均抗震指数、楼层综合 一０２） ： 抗震能力指数不小于１．０时，判定为满足抗震鉴定要求。程序 ２０１０年ｌｌ期总第１４９期 张建阳・砖混结构抗震加固实用计算方法 ・４９・ 按照一般结构设计的方法给出结构计算判定结果 ］。 ２．２软件的整体分析 加固后的楼层和墙段的综合抗震能力指数，根据《建筑抗 震加固技术规程））ＪＧＧ１１６－－２００９第５．１．４条规定口］，应按下列 Ｎ≤Ｎ ＝ （ｆＡ＋ Ａ ＋ ， Ａ ） 因为加固后墙体厚度变大，高厚比将略为变小，受压构件 承载力影响系数将变大，为安全起见取 承载力提高系数： 一 ，故有墙体抗！芷 公式验算： 一 一 一 ！丝± ！± 叫Ａ 墙体加固后，根据《建筑抗震加固技术规程ｂＪＧＧ１１６— ２００９第５．１．５条规定 ，截面抗震受剪承载力可按下列公式 ｌ Ｎｏ ３．１．２钢板网水泥砂浆面层加固 验算： 不计入构造影响时：Ｖ≤叩 。 计入构造影响时： ≤叩咖 ＶＲｏ 其中叩为加固增强系数，对于不同的加固方法《建筑抗震 加固技术规程》给出相应的定量计算公式确定加固增强系数 。 ２．３对于构件分析 加固增强系数 的计算，水泥砂浆面层和钢筋网砂浆面层 加固、钢绞线聚合物砂浆加固、板墙加固均依据《建筑抗震加固 技术规程）＞ＪＧＧ１１６—２００９第５．３．２条计算，公式如下： ∑（刁 ，一１）Ａ １十 。— － ２４０一 Ｆｌ Ｔ，０．０７５（ ／矗］ 其中 为基准增强系数，系根据不同的加固工艺及不同 的加固措施规范给出对应的确定值。 但是随着加固设计项目的多样化，采用软件进行加固设计 计算存在一定的局限眭，当采用混凝土板墙加固砖墙时，混凝 土厚度限在６Ｏ～ｌＯＯｍｍ间，当混凝土的加固厚度超过这限值 内时，加固增强系数将是一固定值，这与实际工程计算不相符 的结果。 ３砖混结构构件加固计算简化方法 针对上述存在的问题，本文结合工程实际，对于常见的砖 混墙体加固方法，例如：水泥砂浆钢筋网面层加固及钢筋混凝 土板墙加固，通过简化计算出砖混结构墙体折算抗剪及抗压强 度设计值，将其与原砖混墙体抗剪及抗压强度之比作为墙体抗 剪强度提高系数，以下简称“提高系数法”。 ３．１强度设计值提高系数计算公式提出 砖混结构强度提高系数包括抗剪强度设计值提高系数及 抗压承载力提高系数。本文主要论述砖混结构常用的加固方 法的承载力提高系数的计算。 ３．１．１钢筋混凝土板墙加固 根据《建筑抗震鉴定加固手册》，钢筋混凝土板墙加固后墙 体计算折算抗剪强度设计值应取以下计算较小者： 一 ０．４５＿， ＋ Ａ ＋ ｌＡ ， 、 ， （当考虑面层混凝土制时） 一 ｏ．３ ＋ｏ．７／ Ａ ＋ ｆ．ｖ１ （当考虑钢筋强度控制时） 加固后墙抗剪强度设计值：． 一 墙体抗剪强度设计值提高系数： 一 加固后墙体抗压承载力应满足下式： 根据《建筑抗震鉴定加固手册》要求，钢板网水泥砂浆面层 加固墙体计算 加固后墙体折算厚度： 折算抗剪强度设计值应取以下计算较小者： 厶一 厂 ＋号 ＋ （当考虑面层砂浆强度控制时）； ． 一 ｆ －［－０２６］；－４一 ， ‘ ４ｓｔ （当考虑钢板网强度控制时） 墙体抗剪强度设计值提高系数： ． 一 原墙体抗压承载力为：￣０一 厂Ａ 加固后墙体抗压承载力应满足下式： Ｎ≤ 一 （ｆＡ＋ｆｃＡ ＋Ｔ｝ ｆ Ａ ） 因为加固后墙体厚度变大，高厚比将略为变小，受压构件 承载力影响系数将变大，为安全起见取 一 ，故有墙体抗压 承载力提高系数： 丛一丝 丛± ： ± ： ！ Ｎｏ ｛Ａ ３．２加固计算简化步骤 根据上文可以归纳砖混结构常见加固手段的计算分析步 骤。 第一步：采用ＰＫＰＭ系列中“砌体结构鉴定加固设计软 件”进行待加固建筑物做模型输入和荷载输入、选择鉴定规范 或标准、输入第二级鉴定的体系影响系数和局部影响系数。 第二步：输入砌体墙结构的材料强度等级和砂浆强度等 级，进行“砌体结构鉴定与加固计算”，选用砖混结构承载力计 算结果：抗震计算、受压计算、墙轴力图、墙剪力图、墙高厚比及 局部承压等数据； 第三步：确定砖混结构承载力不足的墙肢、部位，采用“提 高系数法”对不满足承载力要求的构件进行加固设计。 ４实例运用 福建省厦门第一中学综合楼（生物基地）于１９８０年１２月 开工，于１９８３年ｌ２月竣工验收合格后并投入使用，经抗震鉴 定为Ａ类建筑，该项目为四层砖混结构，平面总长度５６．０４ｍ， 总宽度为１４．３４０ｍ，总建筑面积约为２０７８ｍ２，建筑高度为 １８．２５０ｍ。 原结构材料根据抗震鉴定报告显示：墙体采用２４０ｍｍ厚 强度等级Ｍｕ７．５烧结普通粘土实心砖，强度等级Ｍ５为混合 砂浆；拟采用加固类型为钢筋混凝土板墙加固及钢板网水泥砂 浆面层加固，混凝土强度等级为Ｃ２０，钢筋为ＨＰＢ２３５钢筋（Ｉ 级钢），钢板网采用Ｑ２３５等级Ｂ的碳素结构钢，夹层墙砂浆为 ２０１０年ｌ１期总第１４９期 张建阳・砖混结构抗震加固实用计算方法 ・５Ｏ・ ＭｌＯ水泥砂浆。通过计算，对于各种加固类型提高系数进行 归纳总结，得出如下表２： 表２各加固类型提高系数 于１，说明本墙体抗震承载力满足要求，不必进行加固。 根据ＰＫＰＭ计算显示墙受压承载力计算图（抗力与荷载 效应之比：＠Ａ／Ｎ）如图２所示，单片墙体抗压承载力计算结果 以数值表示，显示为红色字为抗力与荷载效应之比小于１，说 明本墙体抗压承载力不满足要求，应进行加固，对照表２轴力 抗力与效应之比限值选择合适的加固类型，保证轴力抗力与效 应之比限值ＫＮ不小于抗震验算结果中数值；显示为蓝色字为 轴力抗力与效应之比大于１，说明本墙体抗压承载力满足要 求，不必进行加固。 绘制墙柱加固平面图如图３所示。 备注：“各层抗震验算结果（抗力与效应之比应大于Ｋ 值）”；“层墙受压承 ５结语 综上所述，砖混结构抗震加固实用 载力计算图（抗力与荷载效应之比”：？ｆＡ／Ｎ应大于ＫＮ值）。 计算方法归纳如下： ①采用本文论述的“强度提高系数 法”对采用ＰＫＰＭ砌体结构鉴定软件整 体计算分析结果不满足承载力要求的 构件进行补充计算分析，使得实际加固 效果得以合理的定量分析。本方法在 ０ ０ ０ ＇ｍ＝１舶ＬＤ＝７￣ ０ ∞ Ｏ ０ Ｍ Ｏ ０ ０ ０ ＠ ＠ ０ ④ ④ ＠ ＠ 多个工程项目的运用，取得了一定的较 好的效果，可供同类工程参考。 孙舭：＆勰＾≈ 啪＝１０．０ Ｉ自 拙 ：ｔ．０１横向Ｂ Ｔ＝１ ３２２＋５ ②根据中小学校安工程加固项目 图Ｉ抗震验算结果（抗力与效应之比） ０ ●，… 的设计体会，认为砖混结构加固按照概 念进行抗震加固比采用按纯计算进行 加固更有实际的意义，此方法称之为概 念设计的主动加固设计方法，即根据结 构布置的重要性和合理性，对砖混结构 重要的构件或部位主动加固以提高其 抗震承载力，例如楼梯间、电梯间、建筑 ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ④ ④ ＠ ０ ０ ＠ ０ ０ ＠ ０ ＠ 物四周及转角墙增设的构造柱，底层所 有承重墙体、楼梯间四周的墙体沿全高 Ｉ层墙女压承蓑 计算 Ｉ量盎 董茎基皇圭 ； ！ 图２．墙受压承载力计算图（抗力与荷载效应之比：ｃｐｆＡ／Ｎ） 蜊 加固，并应保证砖混结构刚度的对称。 依据概念设计预先确定加固范围，采用 “强度提高系数法”进行砖混结构的整 ｌＲ‘ ∞ｊ－ 一＿ ｛ｔ… ‘ｉ ｌ ： ＃ 怒 嚣 ：ｉ ．锻裁 ． ｊ 体加固方案设计，这也是值得考究的一 种思路。 ｛ 一 ｅ ｊ ．’ … … ¨ ｛…一 ‘ Ｊ ． ．．．。… 茔 ， 螗 ≤ 耋／ Ｔ 陇 琶 一 “－－。 兰 ＿ ，～ －一 ｌ Ｉ ～一． — 篮－ ・ 参考文献 ［］－ＩＧＢ ５００２３—２００９，建筑抗震鉴 定标准［ｓ］． 舢・ ｛ 豇 ： ７ 埘 ０ ： ｉ Ｅ２］ＪＣ－］１１６—２００９，建筑抗震加固 技术规程［Ｓ］． ［３］ＧＢ ５０３６７—２００６，混凝土结构 加固设计规范［ｓ］． 三墅鲢曼邕￡曼曼Ｔ，ｆ∞ 图３墙柱加固平面图 根据ＰＫＰＭ计算显示抗震验算结果（抗力与效应之比）如 图１所示，单片墙体抗震承载力计算结果以“ＣＺ”表示，显示为 红色字为抗力与效应之比小于１，说明本墙体抗震承载力不满 ￣４］ＧＢ ５０００３－－２００１，砌体结构设计规范［ｓ］． ［５￣｛ＪＤＪＧ建筑抗震鉴定与加固设计软件用户手册及技术 条件》，中国建筑科学研究院ＰＫＰＭ ＣＡＤ工程部，２００９．１０． 足要求，应进行加固，对照表２剪力抗力与效应之比限值选择 合适的加固类型，保证剪力抗力与效应之比限值Ｋｖ不小于抗 ［６］张熙光等，《建筑抗震鉴定加固手册》［Ｍ］．中国建筑工 业出版社，２００２．３． 震验算结果中“ＣＺ”的值；显示为蓝色字为抗力与效应之比大