砌体结构房屋抗震加固方案研究

砌体结构房屋抗震加固方案研究
摘要
我国地处环太平洋地震带和南亚至地中海地震带的交汇区，是世界上地震灾
害最严重的国家之一。

建国后，由于当时人们对地震灾害及设防认识不足，直到1974年才正式颁布了第一本《建筑抗震设计规范》。

而在此前建设的大量房屋都未经过抗震设计，抗震能力存在着不同程度的问题。

据调查，在我国的十二个抗震防灾重点地区和城市中共有16.9亿平方米建筑，其中6.4亿平方米需要加固。

1976年唐山地震中，京津地区一批曾进行了抗震加固的建筑物损害不大，震后很快恢复了使用，而大部分未经加固的建筑则破坏严重。

因此对已有房屋进行抗震鉴定加固，可以提高建筑物的抗震能力，避免或减轻地震时人员伤亡和财产损失，尤其是对于那些经济不发达地区更是节约投资、减轻震害的有效办法。

关键词：砌体结构；抗震性能；加固方案；抗震设计；对策分析
、八■、-
前言
地震发生时，房屋易遭破坏的主要原因是现有房屋大部分是砌体结构房屋，而砌体结构房屋的抗震性能较差。

1976年唐山地震中,砌体结构房屋的倒塌是24 万余人死亡的主要原因。

砌体结构房屋主要以脆性材料（粘土砖,多孔砖和混凝土中小型砌块）为主,其特点是：本身自重大，刚度大，材料本身的抗拉、抗弯、抗剪强度均较低，延性差,因此在地震中极易造成脆性破坏，给人类带来巨大的灾害和损失。

据权威统计，在海城和唐山地震中，砖砌体结构房屋在地震烈度达到6度时就有损坏,8度时有40%损坏并倒塌,9度时有80%破坏和倒塌。

因此,对砌体结构房屋的抗震加固设计与研究一直是抗震加固工作的重点。

针对这种现状，笔者在
老旧砌体结构房屋数量较大的陕西关中地区进行了相关调研，并提出了个人的几
点看法。

一、调查结果
陕西关中位于地震区，即山西中南段至晋陕豫交界地区，是全国12个抗震
防灾重点防御地区之一。

全国77个重点抗震城市中，有4个在陕西省，西安为其首。

西安市建委从1999年12月起，历时7个多月，对市、区、县规划区范围内的建（构）筑物的抗震性能进行了全面普查，调查结果表明，在需要加固的2517 栋建筑物中，多层砌体建筑物达1797栋，占71.16%; 土木石结构297栋，占11.80%,这两
类房屋的建筑面积占需要加固房屋建筑总建筑面积的81.24%。

目
前相当大一部分居民则生活在这类建筑中，能否解决好这部分建筑的抗震设防问题将直接关系到全市抗震工作的成效。

二、典型房屋实例分析
西安市在20世纪70年代抗震设防标准经历了两次重大变化，在1974年12 月之前，均不设防；在1974年12月后至1978年间，均按7度抗震设防；1978 年以后则按8度抗震设防。

为了解在此期间建造的房屋的抗震性能，现以一个典型的砌体结构房屋，按照文献⑷进行抗震鉴定，并依据文献【5］，采用中国建筑科学研究院开发的建筑结构设计软件PKPM分别按7度和8度抗震设防，取不同的地震参数进行计算、对比分析如下。

（一）建筑结构概况
西安市某单位职工住宅楼，三层砖混结构，房屋总高度为8.7m,层高为2.9m，采用MU7.5烧结普通砖、M2.5混合砂浆砌筑，楼板为预制钢筋混凝土板，该房建于1972年。

（二）计算分析
按照《建筑抗震设计规范》（GB5001 —2001），取7度和8度时的地震参数，分别进行验算。

鉴于篇幅有限，现仅针对第一层① ~⑨轴的计算结果进行分析。

电算分析结果表明，按设防烈度7度计算，该房屋除⑨轴右侧的垃圾道和厕所墙体承载力不满足要求外，其余部分的承载力基本满足要求。

但8度时，由于水平地震剪力成倍增加，有相当多的墙体抗震承载力不足。

通过墙体受压承载力计算和高厚比验算，可以发现部分门垛的承载力不满足要求，大多数的120mm 厚墙体高厚比不满足要求。

按照《建筑抗震鉴定标准》（GB500—95）对该房屋进行鉴定，结果表明，该房屋满足刚性体系的要求；砖及砌筑砂浆的强度等级，符合设计规定的强度要求；但楼屋盖预制板的支承长度不够，楼盖及屋盖处钢筋混凝土圈梁配筋不足，少数承重墙由外墙至门洞边的距离不满足要求。

三、砌体结构房屋抗震设计中的问题
通过典型房屋分析和大量的调查研究，可以发现，我国现有砌体结构房屋确实存在着大量的问题，有些问题普遍存在于新老建筑中，是结构抗震的隐患。

（一）房屋超高、超层，这在多层砌体结构房屋设计中时有发生。

房屋越高，层
数越多，房屋在地震中严重破坏和到他的比例越大，采取防倒塌的抗震措施也越困难。

（二）缺构造柱、圈梁或构造柱、圈梁配筋不够，形同虚设。

这在老房屋中比较
普遍，尤其是抗震设防等级出现过较大变化的城市或地区。

构造柱和圈梁对增加
砌体结构房屋墙体间的连结，约束墙体裂缝，抵抗不均匀沉降，提高房屋结构的整体
性、延性和抗倒塌能力有十分重要的作用。

因此，老房屋构造柱和圈梁的问
题是特别值得重视的问题。

（三）房屋顶层为大空间，砖墙数量突然减少，而结构上又未采取有效措施，造
成刚度突变，发生地震时易破坏。

（四）墙体高厚比过大，很多老砌体结构房屋采用180mn和120mn厚的墙体作为内承重墙和隔墙，这不仅会造成预制楼板的支撑长度不够，而且地震时很容易造成失稳破坏。

（五）构件悬挑长度过大，不满足抗倾覆要求。

（六）1974年以前的多层砌体结构房屋，在7度区承载力基本满足要求，但很多抗震构造措施不满足要求；有些虽经过加固，但效果不佳。

四、对策分析
一个结构从施工建造到投入使用，再到使用若干年后，性能逐渐变化，进入老年期，经历了一个类似人的生命历程，那就是幼年期、中年期和老年期。

在施工建造期（幼年期），结构失效的风险大；到使用期（中年期或壮年期）结构失效的风险概率降低；到老化期（老年期），失效的风险概率又逐渐提高，如果经过维修、加固等措施，失效风险概率又会有所下降。

结构的寿命意味着经济效益，结构的寿命长，基建投资的经济效益就大；相反，经济效益就差。

《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB5006—2001）规定我国建筑结构的设计基本周期为50年，当建筑物的使用年数超过设计基本周期后，房屋的维修费用将逐渐增加，此时称建筑物已超过了其合理的使用寿命。

在建筑物的合理使用寿命内，不应有结构构件的加固问题，但是随着我国科学的进步，经济的发展，抗震规范的多次修订，以及使用者对房屋抗震设防和安全性要求的不断提高，对现存老砌体结构房屋采取维护和加固补强措施是完全必要的。

对于
结构来说，虽然在设计基本周期内进行加固补强是一种损失，但对整个建筑物来说，经加固补强后，寿命得以延长，还可以取得一定的经济效益。

此外，在对不同年代建造的砌体房屋进行加固、改造的同时，应注意到城市现存的老旧房屋，特别是居民集中居住区的环境、布局尚存在许多问题，房屋的密度过大，疏散通道狭窄，不满足防火和地震时的疏散、救灾要求。

因此，在考虑房屋的加固、改造，提高房屋本身抗震能力的同时，也必须考虑防火救灾的其他问题，拆除加固价值低的房屋，拓宽通道，降低密度，全面提高居住区的抗灾、防灾、救灾功能。

五、砌体结构房屋抗震加固设计基本要求
一般来说,砌体结构房屋如果有以下问题，地震时容易损坏：
（一）一些内外墙未咬砌且无圈梁与外墙拉结的多层砖房。

地震时，外墙会大面积倒塌。

海城和唐山地震中，均出现前后外纵墙甩出而内墙完好的震例。

相反，在苏联阿什哈巴地震中，凡墙角配有钢筋的砖房，其墙角均无破坏；我国邢台、通海地震
中，凡墙角设有拉结材料的房屋，均破坏轻微。

（二）整体性不足。

大梁、屋架与墙体的连接不良，如未设置梁垫或虽有梁垫而无锚固。

地震时墙体局部承压能力不足而损坏，或梁垫发生错动。

（三）预制钢筋混凝土楼板与大梁、墙体的连接不良，在地震中会被拉开移位或楼板滑落。

板底圈梁明显加强了房屋的整体性。

在墙体的斜向或交叉裂缝中，还没有发现裂缝穿过圈梁的例子。

（四）体型复杂。

砖房平立面不规则，地震中往往因扭转效应、局部应力集中或各部位变形不一等，造成损坏或加重震害。

（五）另外，砌体结构房屋还有一些易损部位。

多层砖房局部易损部位包括平砌或弧形砖砌过梁，出屋面楼梯间、电梯间，附墙烟囱、出屋面小烟囱和女儿墙，悬挑的阳台、雨篷、挑檐，坡屋顶的山尖墙，悬吊重物的顶棚等等。

（六）按建筑抗震加固技术规程要求，对于不符合鉴定标准要求的房屋，抗震加固应从提高房屋的整体抗震能力出发，并注意满足建筑物的使用功能和同相邻建筑相协调，为了防止在抗震加固中出现局部刚度突变，要求加固楼层综合抗震承载力不超过下一楼层的抗震能力的20%,非承重或自承重墙体加固后不超过同一层楼层承重墙体的抗震承载力，采取加固措施控制层间位移和提高其变形能力。

（七）在进行抗震加固设计时，对以上提出的问题及易损部位要特别关注。

针对每栋建筑物的不同特点和具体情况，采用不同的设计方案。

六、加固设计方法及需要注意的问题
（一）采用外加钢筋混凝土构造柱和圈梁进行加固
当砌体结构房屋的整体性能不能满足要求时，可采用外加钢筋混凝土构造柱连同圈梁加固，利用外加钢筋混凝土构造柱、圈梁和替代内墙圈梁的拉杆，在水平和竖向将多层砌体结构的墙段加以分割和包围，形成对墙段的约束，用来加强房屋的整体性，提高抗倒塌能力。

这也是唐山地震以后从加固实践中总结出来的行之有效的抗震加固措施。

试验结果表明，外加构造柱加固墙体后墙体的抗剪强度提高虽然不大，但推迟了墙体裂缝的出现，尤其与圈梁共同作用，大大提高了墙体的延性和变形能力，增强了结构的稳定性，对防止结构发生突然倒塌有显著的效果。

在结构布置上，应特别注意尽量使构造柱、圈梁（或拉杆）和基础联合布置，保持抗震受力的完整性。

外加构造柱设置的位置，应在房屋四角、楼梯间和不规则平面的转角等应力集中的部位，外加构造柱应沿房屋全高贯通，不得错位,还应与圈梁或钢拉杆连成封闭系统。

外加构造柱、圈梁与原墙体连接时，可通过设置拉结钢筋和销键、胀管螺栓、压浆锚杆或锚筋与墙体连接。

钢筋混凝土销键适用于砂浆强度等级低于M25的墙体,砂浆强度等级为M25及以上时,可采用其他连接措施。

圈梁应连续闭合，圈梁遇阳台、楼梯间、变形缝时，应妥善处理。

拉杆设置, 应按照替代
内墙圈梁的要求，并满足与墙体锚固的规定。

1. 在构造节点设计时需注意以下问题：
（1）构造柱和圈梁的混凝土强度等级不应低于C20，柱的纵筋宜采用变形钢筋（如U级钢）,如采用光圆钢筋，在浇注混凝土过程中，往往会因碰动钢筋骨架，造成箍筋滑脱和位移，从而影响工程质量。

构造柱在楼、屋盖上下各500mm范围内的箍筋间距不应大于100mm
（2）当砌体结构设置外加构造柱时,宜在楼层1/3和2/3层高处同时设置拉结钢筋和销键（俗称马牙搓）,加强与原墙体的连接，销键的主要作用是传递剪力，销键的截面尺寸宜为240x 180mm#入墙内不应小于180mm销键应配4①18钢筋和2① 6箍筋,销键与外加柱必须同时浇灌。

试验表明按要求配置混凝土销键是保证外加构造柱与原砌体共同作用的有效措施，加固设计时不可忽视。

（3）当增设圈梁、钢拉杆加固房屋时，增设的圈梁宜在楼、屋盖标高的同一平面内闭合，圈梁的混凝土宜连续浇筑，不得在距钢拉杆（或横墙）1m以内留施工缝，圈梁在外加柱和钢拉杆锚固点两侧各500mn范围内的箍筋应加密，圈梁与墙体采用销键连接时，销键的高度宜与圈梁相同，宽度和锚入墙内的深度均不应小于
180mm并宜适当配置钢筋。

销键宜设在窗口两侧,其水平间距1〜2m螺栓和锚筋的直径不应小于12mm螺栓间距1〜112m内墙的圈梁可用钢拉杆代替,钢拉杆通常设置在楼（屋）盖板底下100mm范围内，
规格为①12〜①20光圆钢筋，端头设置螺纹，用成品花篮螺栓张紧。

钢拉杆在原墙体锚固时，应采用钢垫板，拉杆端部应加焊相应的螺栓，钢拉杆在增设圈梁内锚固时,可采用弯钩，其长度不得小于拉杆直径的35倍。

施工时需注意钢拉杆必须经调直,除锈,涂漆才能使用，钢拉杆张紧后，应对所有墙内钻孔压力注浆。

（二）钢筋网水泥砂浆面层加固砌体结构房屋
当砌体结构房屋的抗震强度不足时，可采用配有钢筋网片的水泥砂浆抹面层进行加固，这一方法通常称为夹板墙加固法，目前被普遍应用在砖墙的加固上。

根据国内外的试验表明，采用钢筋网水泥砂浆面层加固M10混合砂浆砌筑的240厚砖墙,墙体抗剪能力比原砖墙提高二倍以上。

采用钢筋网水泥砂浆面层加固墙体时应符合下列要求：①面层的砂浆强度等级宜采用M10;②钢筋网砂浆面层的厚
度宜为35mm钢筋外保护层厚度不应小于10mm钢筋网片与墙面的空隙不宜小于
5mm③钢筋网的钢筋直径可采用①4或①6;钢筋网格尺寸在实心墙宜为300m X
300mm在空斗墙宜为200mn X 200mm④单面加面层的钢筋网应采用①6的L形锚筋,用水泥砂浆固定在墙体上；双面加面层的钢筋网应采用①6的S形穿墙筋连接;L形锚筋的间距宜为600mm,膨穿墙筋的间距宜为900mm并且呈梅花状布置；⑤钢筋网四周应与楼板或大梁、柱或墙体连接，可采用锚筋、插入短筋、拉结筋等连接方法；
⑥当钢筋网的横向钢筋遇有门窗洞口时，单面加固宜将钢筋弯入窗洞侧边锚固；双面
加固宜将两侧横向钢筋在洞口闭合。

需要指出的是，钢筋网水泥砂浆面层加固墙体，主要是通过砂浆与旧墙体间的粘结形成的，并不是靠钢筋拉结筋拉接而成。

如果旧墙面清除不干净，就会影响两者之间的粘结效果，甚至形成二层皮。

因而，我们在施工中特别强调，施工前必须把原有墙面铲除，砖缝剔深10mm用钢丝刷将墙面浮渣刷净，并洒水湿润，必要时可先扫素水泥浆一道；当采用手工抹水泥砂浆时，一般要求抹2〜3遍,第一遍要求揉匀刮糙，第二、三遍再压实抹平，施工完毕注意喷水养护。

（三）现浇钢筋混凝土板墙加固墙体
利用现浇钢筋砼板墙加固砖砌体时，混凝土与砖砌体的弹性模量相差较大，混凝土不能充分发挥作用，其强度等级不宜过高，厚度不宜过大。

为使板墙加固有效,应注意以下问题：
1. 板墙与原有楼板、周边结构构件应可靠连接。

采用短筋与上下楼板连接时，短筋在板墙内的锚固长度不小于40倍短筋直径。

板墙与两端原有墙体连接可沿墙高每隔0.7〜1.0m设2①12的拉结钢筋。

2. 板墙的钢筋应与原砖墙锚固。

3. 板墙应有基础。

条件允许时，基础埋深同原有基础。

七、结语
通过多年的抗震加固工程设计和施工管理工作实践总结，笔者认为砌体结构房屋抗震加固设计与施工时必须注意以下几点：
（一）在砌体结构房屋抗震加固之前，要全面收集原房屋的设计、施工、验收资料, 还要进行房屋质量检测和抗震鉴定，检测出房屋的材料强度、不均匀沉降情况、
损坏情况,并进行抗震和静力验算；根据检验情况分析改造的可行性，提出抗震加固基本要求，并作为房屋下一步加固的依据。

（二）充分考虑原结构的现状和特性及外观保护要求，有的放矢地选择经济、合理、可行、不损坏原有结构并且施工方便的加固方法，必要时可几个方案比选论证，优化加固方法，使其承载力满足要求，抗震性能提高。

（三）由于部分砌体结构房屋建成时间较长，整体性较差，加固施工时应采取必要的支护措施；施工过程中有可能发现其他损坏情况，必须检测、设计、施工密切配合,尽可能消除存在的隐患。

参考文献：
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