校舍建筑抗震能力分析与结构改造加固

　　我国是个地震灾害多发的国家，地震造成的震害不可估量。校舍安全直接关系广大师生的生命安全，关系社会和谐稳定。做好校舍安全工程，对校舍建筑的抗震能力进行鉴定、维护与加固，任务艰巨，责任重大。汶川地震中，一些校舍建筑在地震中倒塌，伤亡惨重。国务院要求，用三年时问改造完全国隐患学校建筑。
　　从建筑形式到结构特点，校舍建筑有其固有的特性，应对校舍建筑抗震能力进行综合分析，结构改造加固更应重视其整体性效果，以达到延长使用寿命，提高抗震能力的功效。
　　1 校舍建筑的结构特点及功能特点
　　1．1校舍建筑的结构特点
　　许多既有校舍建筑使用时间长，校舍陈旧。而校舍建筑又普遍存在着开问大、横隔墙较少、门窗占用面积大的特点。校舍建筑楼内交通面积较大，楼梯问占用空间大，而走廊、楼梯间相对来说是建筑物抗震较薄弱环节。因而许多校舍建筑存在着空间刚度和整体性均较差、抗震能力低的问题。
　　1．2校舍建筑的功能特点
　　由于校舍建筑的功能是服务于教育教学活动的，所以校舍建筑存在着人员密度大、未成年人集中的特点。上课时，学生集中在教室，楼面负荷大。课问时，人员流动频繁。疏散时，集中在走廊、楼梯间，交通面积负荷较大。
　　2 典型校舍建筑结构的抗震能力分析
　　2．1砌体结构校舍建筑
　　正在使用的许多校舍建筑为砌体结构，预制楼板使用比较普遍。砖混结构延性差，易发生整体垮塌。汶川地震出现了很多相似的震害现象，如底层水平贯通裂缝、承重墙交叉或单向斜裂缝、底层破坏严重等。
　　砌体结构属于脆性材料结构，通过砌块和砂浆的互相作用及纵横墙的拉结而达到具有一定承重能力和抗震性能。砌体结构的抗拉、弯、剪的强度较其抗压强度低，砌块之间的连接较差，虽然设置了钢筋混凝土构造柱、圈梁等加强措施，但当遇到强震时，在复杂的地震波
　　作用下，砌块之间的连接容易被破坏，导致砌体离散，受力构件破坏，建筑物垮塌。
　　由于砌体结构变形能力小、抗震性能差等缺点，在高烈度地区，墙体一般由于平面外的失稳而先行破坏，进而引起整个房屋倒塌。有些校舍建筑还存在着楼梯间布局不合理的现象，如将楼梯问布置在建筑物端部。由于楼梯间与建筑主体部分刚度相差很大，地震时结构容易产生扭转变形导致破坏。楼梯间的圈梁和构造柱没按规范设置也是产生震害的重要原因，必须引起重视。
　　2．2钢筋混凝土结构校舍建筑。
　　正在使用的校舍建筑也有很多属于钢筋混凝土框架结构。框架结构建筑整体抗震性能较好。但通过历次震害发现，框架结构填充墙破坏严重。地震后很多看似破坏严重的框架结构，主要是维护结构的破坏。
　　填充墙对于框架结构的抗震贡献必须被充分认识。填充墙不是简单地降低结构自振周期，还可以有效耗散地震能量。填充墙与框架梁、柱的构造连接应加强。
　　  有些校舍建筑楼梯截面及配筋偏小，地震中承载力不足导致破坏；楼梯间横墙较高，侧向刚度较大，受梯段分割影响，错层超高。这些特点均导致地震荷载增加，使楼梯问墙体破坏，进而造成结构的破坏。
　　3 关于校舍建筑抗震改造加固整体性的几点思考
　　3．1校舍建筑的加固必须进行综合抗震能力判断
　　结构的现有承载力取决于：长期使用后材料现有的强度标准值；构件(包括钢筋)扣除各种损伤、锈蚀后实际具有的尺寸和截面面积；构件承受的重力荷载代表值等。
　　以往的抗震鉴定及加固，偏重于构件、部件的鉴定，而缺乏总体抗震性能的判断。只要某部位不符合鉴定要求，则认为该部位需要加固处理，增加了房屋的加固面。然而，鉴定加固后易形成新的薄弱环节，抗震安全性仍不保证。
　　综合抗震能力应从抗震构造和抗震承载力两个侧面进行综合评价。抗震加固时，若结构现有承载力较高，则除了保证结构整体性所需的构造外，延性方面的构造要求可稍低；反之，现有承载力较低，则可用较高的延性构造要求予以补充。
　　对于校舍建筑抗震能力的判断，应从整体上考虑其抗震承载力及延性要求。在加固过程中保证其抗震效果。
　　3．2校舍建筑基于整体性抗震加固的重点部位和技术措施
　　抗震加固不论结构类型如何，都可从加强抗震强度，提高结构的整体性和变形能力三个方面着手。结构类型的不同可各有侧重。加固结构属于二次受力的组合结构，在总体承载力上二次组合结构比一次现浇结构一般要略低一些。加固的重点侧重于结构的延性和整体性，从而达到延长建筑物使用寿命的目的。
　　  经加固后的校舍建筑整个结构的承载能力、抗震能力和正常使用功能均应得到相应的提高和改善，满足现行有关规范、规程、标准的规定和安全性、适用性和耐久性的要求。加固后的结构应具有多道抗震设防线，同时尚应通过采取拉结、锚固、增设支撑系统或剪力墙等措施使整个结构具有良好的整体牢固性。结构沿水平方向和竖向不应有严重不规则的结构布置，且不应有不合理的刚度与承载力分布。钢筋混凝土框架结构构件，应符合强剪弱弯、强柱弱梁、强节点、强底层柱脚的要求。
　　多层砌体结构校舍建筑，应层层设置封闭式钢筋混凝土圈梁，并加与构造柱、芯柱的可靠连接，以形成对砌体结构的有效约束。同时在这些构件和砌体的配筋上应符合现行有关标准和设计的要求。对女儿墙、门脸、出屋顶烟囱等易倒塌伤人的非结构构件，若其高度超出现行有关标准规定时，宜予以拆除或剪短，当需要保留原高度时，应予以加固。多层砌体建筑，应以其四角，底层和大开间、大空间等的墙体损伤与砌筑质量、墙交接处的咬搓，拉接的质量和损伤作为鉴定检查和加固的重点，屋盖和整体性也有较重的影响。底部框架砌体建筑，应以其底部两层为加固的重点；内框架砌体建筑，应以其顶层为加固重点。
　　钢筋混凝土框架结构校舍建筑的填充墙等非结构构件的损伤应是加固的重点；结构损伤严重时，框架梁、柱、楼板工作状态、薄弱楼层层间位移和配筋构造应是加固的重点。震加固的效果，提高校舍建筑抗震能力。
　　3．3．1校舍建筑楼盖与屋盖的加固
　　许多既有砌体结构校舍建筑，预应力混凝土多孔楼板应用较多。一旦发生地震，整体刚度分配的不均匀，势必引起结构各构件之间变形，给建筑物造成极大的震害。从震害调查与抗震模型试验分析：砌体结构，如果周边有约束，便能较好地限制变形能力，其抗震潜力就会大大增强。这种约束有赖于圈梁的设置。圈梁配合楼板的作用可提高建筑物的空间刚度和整体性，约束水平方向的预应力多孔板的水平变形，加强内外墙的连接，增强墙体的稳定性，提高砌体的抗剪抗拉强度，减少由于地基不均匀沉降而引起的墙身开裂，有效地提高房屋的抗震能力。
　　   3．3．2校舍建筑物突出部分的加固
　　根据历次地震震害调查结果，房屋的突出部分，如屋顶烟囱或附墙烟囱、女儿墙、高门脸、出屋顶的水箱问、楼梯问等，是最容易破坏的部位。轻则裂缝错位，重则倒塌脱落。此外，有些校舍建筑外型较复杂，高低错落，突出部分也易损坏。因此，应尽量拆除或降低女儿墙、高门脸。尽量减轻屋顶重量。加固时可降低高度、突出的部分存在老化、破坏现象的可局部拆除，以增加房屋本身的抗震能力。
　　3．3．3校舍建筑墙体加固
　　经地震灾害检验，砌体结构承重墙和钢筋混凝土结构围护墙、隔断墙破坏较多，破坏形式主要是开裂和歪闪。开裂有外墙的斜裂缝、垂直裂缝，窗问墙的水平裂缝，内墙的交叉裂缝等。对于砌体结构和钢筋混凝土结构填充墙的加固，以下几种方法比较可靠、有效、经济、成熟，可根据实际条件和使用要求选用适宜方法。
　　(1)钢筋混凝土外加层加固：优点是施工工艺简单、适应性强，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。
　　(2)钢筋水泥砂浆外加层加固：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)无粘结外包型钢加固法：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。
　　(4)预应力撑杆加固法：
　　(5)砌体结构构造性加固与修补：当圈梁设置不符合现行设计规范要求，或纵横墙交接处咬搓有明显缺陷，或房屋的整体性较差时，应增设圈梁进行加固；当大梁下砖砌体被局部压碎或大梁下墙体出现局部竖直裂缝时，应增设梁垫进行加固。当房屋局部破裂但在查清其破裂原因后尚未影响承重及安全时，可将破裂墙体局部拆除，并按提高砂浆强度一级用整砖填砌。在进行裂缝修补前，应根据砌体构件的受力状态和裂缝的特征等因素，确定造成砌体裂缝的原因，以便有针对性地进行裂缝修补或采用相应的加固措施。
　　由于我国校舍建筑的结构特点、使用状态，更容易在地震中遭受严重的人员伤亡和经济损失，如何最大限度的减轻地震对校舍建筑造成的危害?对既有校舍建筑的抗震能力进行综合性分析与评估并基于整体性考虑进行抗震加固是现实、可行的措施。