[摘要] 我国的中小学老式教学楼大部分均为砖混结构，新的设计规范提高了学校类建筑抗震设防级别，遂使校舍建筑结构加固改造。以苏州市新苏师范小学校舍建筑结构加固为例。
1、工程概况
新苏师范学校附属小学加固工程位于苏州市姑苏区，地处闹市区，拟对学校内的3栋教学楼以及1栋行政办公楼进行加固改造，同时对学校场地内的给排水重新布置，雨水、污水分流。3#教学楼、4#教学楼以及行政楼均为砖混结构体系，结构平面布置均为矩形，层高均为3.6m，3栋楼均为4层。还有1座实验教学楼为框架结构，基础为承台桩基，4层结构。根据现行GB50223—2008《建筑工程抗震设防分类标准》，需要对此类学校建筑进行抗震加固，提高学校类建筑抗震设防级别。
2、加固设计
2.1既有结构鉴定分析经鉴定报告评测，新苏师范小学的砖混教学楼砌筑质量良好，砖混结构平面刚度布置局部不合理，局部房间的横墙间距较大，纵向布置上存在不少短肢墙;原基础为刚性扩展基础，无明显不均匀沉降;既有砖混结构设置有部分构造柱、圈梁，但是仍然无法满足现行规范的抗震构造要求，尤其是在楼梯间四周没有设置构造柱。砖混结构的整体延性不足。框架结构实验楼在提高一个抗震设防等级的要求下，局部框架柱纵筋配筋不满足计算结果;局部框架梁、柱箍筋间距不满足现行抗震构造要求;原承台桩基承载力满足受力要求;原框架柱轴压比满足规范要求;四层走廊位置的局部框架梁构件位移比超限，局部竖向构件抗侧刚度布置不合理。
2.2加固原则新苏师范小学地处闹市区，学校内场地空间较为狭窄，本次改造工期为2个月，改造内容不仅涉及结构加固，同时还涉及装修翻新、室外给排水的重新布置。施工内容较多，为保证施工工期，在前期的结构加固设计阶段，要考虑选择施工方便的工艺，从结构鲁棒性的角度去整体把握既有构件的承载力需求，充分利用原结构的潜力，尽可能减少对既有结构的破坏。
2.3加固方案本项目砖墙用混凝土板墙单面或者双面加固，增强承重横墙的延性以及刚度，在楼梯间等重要的逃生通道区域，新增上下楼层贯通的扶壁柱(构造柱);为增加预制板的受力延性，在预制板底边缘新增角钢，增加预制板的支撑边长;为增加预制板底整体性，在预制板底双向粘贴碳纤维布加固。
2.3.1砖混结构墙体加固本项目砖墙存在的问题是抗震整体性不强，因此主要的加固思路就是采取措施增强既有砖墙的整体性。本项目采用钢筋混凝土板墙的方法，根据现场空间场地，可以单面墙加固或者双面墙加固，内、外侧混凝土板厚取40～60mm，混凝土板墙向下延伸至基础顶，每侧墙板均配置双向钢筋网，板墙加固后形成组合砌体。
2.3.2刚性地坪的优化处理承重砖墙加固的混凝土板墙按规范需要延伸至基础顶，但是其中1栋砖混教学楼南侧墙体邻近市区马路，且此基础埋深为地下3m，按原方案板墙加固延伸至基础顶，需要放坡开挖土，放坡长度已经超出马路边界线，此加固方案不具备现场施工条件。现场检测此处基础±0m以下标高的砖砌砂浆强度为Mb4.1，结合多层框架结构设计中嵌固端的概念，可在砖墙±0m标高增加刚性地坪，考虑作为砖混结构嵌固端，混凝土板墙钢筋锚固在嵌固端。
2.3.3平面布局的优化实验楼为框架结构，在4层平面布置中，走廊D/④～⑥轴线区域，4个屋面梁的位移比超限。为增强4层结构四周的抗扭刚度，在走廊D/④～⑥轴线区域新增4个框架柱，使实验楼4层的抗扭刚度沿着结构四周均匀分布，纠正此处屋面梁位移比超限的问题[1]。
2.3.4楼梯间的抗倒塌延性处理楼梯间是逃生通道的重要区域，结构设计规范对此区域往往有特殊、严格的构造要求。本项目楼梯间四周采用增设混凝土扶壁柱法，扶壁柱的增设加大墙体的折算厚度，增强墙体的整体性，楼梯间的四周以及纵向短肢墙可以通过增设扶壁柱，来加强整体性。
2.3.5框架结构的梁、柱处理实验楼为框架结构，承载力验算不满足要求的构件可采用包钢以及加大截面等方法。框梁承载力不足的构件采用加大截面法，此方法与粘贴碳纤维、粘钢工艺相比，能够显著提高加固梁的抗弯、抗剪承载力;框柱承载力不足的采用包钢处理，此工艺避免了湿作业，能够缩短工期，施工现场较为整洁。
3、加固材料的选择
3.1潮湿环境下的植筋胶水本项目砖混结构的基础埋深3m，板墙加固的竖向纵向钢筋以及混凝土柱加大截面的纵向钢筋需要植筋至基础，处于明水环境中。目前国产植筋胶只能在干燥环境中固化，为保证此处植筋环境的干燥，需要花费巨大的工程措施费用。为节约施工成本以及工期，现在需要选用水下固化性能好、耐水稳定性佳的植筋胶水，喜利得植筋胶HILTI-RE50能够在恶劣环境中使用，故本项目基础底植筋胶选用喜利得HILTI-RE50。根据本项目植筋的原位拉拔试验检测报告，本项目明水环境下φ16mm的植筋锚固承载力为92.60kN，普通干燥环境下φ16mm的植筋锚固承载力为102.1kN，φ16mm三级钢筋的理论屈服承载力为72.4kN，可见本项目明水环境的植筋和干燥环境的植筋拉拔承载力均能满足设计要求。
3.2板墙加固采用聚合物砂浆为保证施工工期，板墙加固承重砖墙时，要求采用和易性好的高性能聚合物砂浆[2]，用此材料代替普通混凝土，避免支设模板的工序，缩短施工工期。3.3加大截面梁、柱采用灌浆料为缩短施工工期及拆模时间，梁、柱加大截面的混凝土材料选择灌浆料，H40灌浆料拆模时间可以缩短至3d左右，极大地缩短了湿作业的施工周期。
4、加固施工过程中的疑难问题处理
4.1既有预制空心楼板的麻面处理本项目在拆除既有预制楼板底砂浆面层后，发现既有预制空心板底有凹陷孔洞，这些孔洞可能由于楼板吊筋开孔、混凝土保护层碳化腐蚀导致，在板底粘贴碳纤维之前，需要用高强砂浆修补平整。本项目采用高性能聚合物砂浆修补此处的凹陷洞口(图11)。
4.2碳纤维、钢板粉刷层挂网施工梁底粘钢以及粘碳纤维加固之后，设计要求面层防护厚度为20mm。碳纤维以及钢板表面相比混凝土而言较为光滑，为保证粉刷质量，需要在梁底粉刷时加设玻纤网，以保证粉刷层的整体性。
5、结语
1)既有结构的改造设计需要工程师从既有结构的整体受力特性入手[3-4]，充分发挥既有构件的受力潜力，减少对既有结构的破坏。
2)本项目的结构加固设计基本上限于构件层次的加固，局部区域涉及到体系布局的优化。往后类似的项目可以从改变既有结构受力体系入手，即改变既有结构的抗震受力特性，比如体外新增框柱、框梁等。
3)加固结构设计，应当尽可能地避免对基础的加固，因为既有结构的基础经过了历史沉降位移，基底土应力以及变形已变得稳定，不宜扰动。
4)加固工程的技术核心在于节点构造，合理优化的节点构造能为施工带来便利，缩短施工工期。
作者：钱晶 顾天熊 李明锋 单位：苏州中固建筑科技股份有限公司
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