汶川地震后,中小學(xué)建筑的抗震安全問(wèn)題已引起較大關(guān)注。廈門(mén)市中小學(xué)建筑的建造年代參差不齊,施工質(zhì)量存在較大的離散性,抗震性能差的建筑仍然占有較大比例,這些建筑存在嚴(yán)重安全隱患而急需進(jìn)行加固。由于整體模型的試驗(yàn)研究費(fèi)用較高,且可用來(lái)模擬磚混結(jié)構(gòu)的整體性能的軟件還比較匱乏,因此目前對(duì)磚混結(jié)構(gòu)加固的研究,還僅僅局限于單體構(gòu)件的研究。文獻(xiàn)GabrieleMilani和Krit Chaimoon等采用一定的假定對(duì)砌體結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析,所采用的假定基本與結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力特征相吻合,然而研究的對(duì)象僅限于單片墻體的研究。A·Mebarki通過(guò)3D均質(zhì)化極限分析法對(duì)某磚混結(jié)構(gòu)的歷史建筑進(jìn)行了研究,雖然對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了模擬,但是其結(jié)構(gòu)的樓板和樓蓋均為柔性的木結(jié)構(gòu),與廈門(mén)中小學(xué)建筑的結(jié)構(gòu)形式存在較大差異。因此,考慮到磚混結(jié)構(gòu)整體性能的數(shù)值模擬還不夠成熟,本文選用PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行整體抗震性能研究,主要研究?jī)煞N常用的加固方法對(duì)提高結(jié)構(gòu)的整體性的影響,以此作為今后磚混結(jié)構(gòu)整體性能加固研究的依據(jù)

1、加固設(shè)計(jì)方案的選擇

中小學(xué)磚混結(jié)構(gòu)建筑開(kāi)間和進(jìn)深均較大，一般在6000mm×8400mm左右，且基本為單跨懸挑結(jié)構(gòu)，砂漿強(qiáng)度等級(jí)較低，這對(duì)體系的抗震性能非常不利。在加固方案的選取時(shí)，為了避免加固時(shí)需清空教學(xué)樓內(nèi)部設(shè)備，以及避免加固后影響內(nèi)部建筑的使用空間等，應(yīng)盡來(lái)量考慮在結(jié)構(gòu)的外部進(jìn)行加固，并選擇比較成熟的加固技術(shù)。本文選取增設(shè)構(gòu)造柱和單面鋼筋網(wǎng)水泥漿砂漿面層兩種常規(guī)的加固方法進(jìn)行研究。其中，單面鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層加固時(shí)，考慮到樓梯間和教室橫墻的抗震性能也相對(duì)較差，因此對(duì)這些墻體也進(jìn)行了單面加固處理。

3.加固工程實(shí)例

3.1模型基本概況

該模型教學(xué)樓為3層砌體結(jié)構(gòu)，未加固、單面鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層加固和增設(shè)構(gòu)造柱加固。各層層高為3.3m；場(chǎng)地類別為Ⅱ類，抗震設(shè)防烈度為7度（0.15g）,設(shè)計(jì)地震分組為第一組；基本風(fēng)壓0.7Kn/m2。，地面粗糙度B類。

3.2 受力構(gòu)件尺寸

墻體采用240mm，在墻上根據(jù)門(mén)窗的位置進(jìn)行開(kāi)洞，門(mén)的尺寸為900mm×2700mm，窗的尺寸為1500mm×1800mm，窗臺(tái)高900mm；樓屋蓋均采用現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，樓板厚度取120mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)采用C25；梁截面高度按梁跨度的1/18-1/10估算，主梁尺寸為250mm×500mm，圈梁、挑梁及檐梁尺寸為240mm×240mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C25.

3.3重力荷載和水平荷載

3.3.1重力荷載

（1）屋面永久荷載標(biāo)準(zhǔn)取5.2Kn/m2,樓面永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值取3.9Kn/m2.

（2）按照荷載規(guī)范的規(guī)定，教室屋面可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值取2.5 Kn/m2,外挑走廊可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值取3.5 Kn/m2,樓面不上人，可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值取0.7 Kn/m2。

（3）墻體材料容重取22 Kn/m3,，混凝土材料容重取25 Kn/ m3,,鋼筋容重取78 Kn/m3。。

3.4加固部分構(gòu)件尺寸

（1）增設(shè)構(gòu)造柱加固中，構(gòu)造柱截面采用240mm×240mm，C25混凝土澆注；縱向鋼筋為4Ф12，箍筋采用Ф6，間距為200mm。構(gòu)造柱在平面內(nèi)對(duì)稱布置，并沿樓層高度貫通。

(2)單面鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層加固中，砂漿強(qiáng)度選用C25，面層厚度為30mm。

4 加固前后抗震性能對(duì)比

磚混結(jié)構(gòu)的底層會(huì)承擔(dān)較大的地震剪力。因此，本文選取了底層的縱、橫墻及縱橫墻交接薄弱部位。

通過(guò)對(duì)比分析可知

(1)兩種加固方法都能有效地提高磚混結(jié)構(gòu)的抗震承載能力，抗力和效應(yīng)的比值比未加固前分別提高了23.01％～45.22％和6.69％～11.76％；受壓的抗力和效應(yīng)的比值比未加固前分別提高了1.01％～152.94％和0～563.64％；墻體軸力設(shè)計(jì)值的提高幅度分別為—12.52％～7.81％和0～35.44％；墻體剪力設(shè)計(jì)值的提高幅度分別為—1.66％～—1.55％和1.84％～2.15。以上數(shù)據(jù)說(shuō)明，兩種加固方法均是可行的。

(2)增設(shè)構(gòu)造柱的加固效果。增設(shè)構(gòu)造柱對(duì)磚混結(jié)構(gòu)抗震性能的提高主要集中在構(gòu)造柱的設(shè)置部位，而對(duì)墻體的承載能力的提高幅度不明顯。從表中的數(shù)據(jù)可以看出，構(gòu)造柱的設(shè)置部位的受壓計(jì)算結(jié)果比未加固前提前了0～563.64％，而窗間墻與未加固前大致相當(dāng)；而墻體軸力設(shè)計(jì)值和剪力設(shè)計(jì)值提高幅度分別為0～35.44％和1.85％～2.15％。這可能是由于增設(shè)構(gòu)造柱后構(gòu)造柱不但參與工作，而且在某種程度上改變了原有結(jié)構(gòu)的內(nèi)力傳遞。間接說(shuō)明了增設(shè)構(gòu)造柱對(duì)提高磚混結(jié)構(gòu)的整體性的效果并不明顯。此外，如果采用增設(shè)構(gòu)造柱的方法來(lái)提高磚混結(jié)構(gòu)的抗震承載能力，需要對(duì)墻體進(jìn)行適當(dāng)?shù)拈_(kāi)洞，這大大地削弱了原有墻體的承載能力，對(duì)抗震不利。

(3)單面鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層加固的效果。單面鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層，墻體的整體抗震驗(yàn)算結(jié)果都有較大幅度的提高，而軸力設(shè)計(jì)卻反而有所下降，墻體的抗震驗(yàn)算較加固前提高了23.01％～45.22％不等，而軸力設(shè)計(jì)值和剪力設(shè)計(jì)值的提高幅度分別為—12.52％～7.81％和—1.66％～—1.55％。墻體的軸力設(shè)計(jì)值和剪力設(shè)計(jì)值雖然比加固前有所下降，但是抗震驗(yàn)算結(jié)果（即抗力和效應(yīng)的比值）分布比較均勻，整體抗震性能比較均衡，有利于保證結(jié)構(gòu)的整體性。承載力的下降則可能是由于在驗(yàn)算中沒(méi)有考慮加固部分與原有部分的協(xié)同工作造成的。此外，單面鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層加固只需要在墻體的外側(cè)進(jìn)行加固，不影響建筑內(nèi)部的使用功能，因而不需要清空建筑內(nèi)部使用空間再進(jìn)行加固。同時(shí)該加固方法能夠有效提高墻體的抗壓、抗剪等整體抗震承載能力，能夠使得原有結(jié)構(gòu)與新加部分共同受力，有效地提高了墻體的整體性。但是，原有結(jié)構(gòu)與加層部分能否進(jìn)行協(xié)同工作一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)，因此有必要對(duì)兩者的協(xié)同工作問(wèn)題作進(jìn)一步的研究。

5、彈塑性變形的對(duì)比為了進(jìn)一步說(shuō)明加固后結(jié)構(gòu)整體性能提高程度。本文采用SATWE模塊對(duì)加固前后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了驗(yàn)算，并進(jìn)行了彈塑性變形驗(yàn)算的對(duì)比。

(1)單面鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層加固和外加構(gòu)造柱的構(gòu)造柱措施均有效地改善了磚混結(jié)構(gòu)的抗測(cè)剛度，層間位移和層間位移角有不同程度的提高。未加固結(jié)構(gòu)的X方向和Y方向的最大層間位移均為4.4mm，X方向和Y方向的最大層間位移角分別為1/1893和1/2001；單面鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層加固的X方向和Y方向的最大層間位移均為1.4mm，X方向和Y方向的最大層間位移角分別為1/5448和1/6201；增設(shè)構(gòu)造柱后X方向和Y 方向的最大層間位移分別為4.5mm和3.9mm，X方向和Y方向的最大層間位移角分別為1/1837和1/2283.這主要是因?yàn)閱蚊驿摻罨炷了嗌皾{面層加固后，新加部分與原有部分的剛度均較大，加固后抗測(cè)變形能力高，因而層間位移和層間位移均較?。欢鲈O(shè)構(gòu)造柱后，構(gòu)造柱的柔性比較大。而墻體的剛度比較大，兩種構(gòu)件的剛度相差懸殊，無(wú)法較好地協(xié)同工作。

(2)加固前后結(jié)構(gòu)的最大層間位移角均出現(xiàn)在第二層。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因主要有：首先，剛度變化的影響。該研究對(duì)象為三層建筑，第三層因樓梯布置的要求，空間較寬曠，梯間墻體的高度較標(biāo)準(zhǔn)層的墻體要高。同時(shí)。第三樓層由于缺少樓梯踏步板的共同工作，樓層平面的剛度出現(xiàn)“兩頭大中間小”，上下樓層間也存在一定的剛度突變，整體結(jié)構(gòu)的抗測(cè)變形不協(xié)調(diào)。此時(shí)，側(cè)向變形對(duì)于短軸Y方向的變形更加敏感。因此其抗彎剛度相對(duì)較差，往往容易造成嚴(yán)重的破壞。其次，磚混結(jié)構(gòu)底層復(fù)雜內(nèi)力的影響。磚混結(jié)構(gòu)的底層所需承擔(dān)的地震剪力比較大，而墻體卻沒(méi)有采取相應(yīng)的增強(qiáng)措施，此時(shí)，底層墻體的上部葉容易出現(xiàn)較大的層間變形，再次，剪切和彎曲變形的影響。三種結(jié)構(gòu)的首層層間位移較小，而二、三層層間位移較大，這是由于首層墻體的變形，剪切成分較大一些，而二、三樓層的變形，彎曲成分較大一些。增設(shè)構(gòu)造柱后的體系呈現(xiàn)出一定程度的彎曲型變形特征，使得上部樓層比以剪切型變形為主的樓層具有更大的塑性變形滯耗能能力。

以上得出結(jié)論：

（1） 兩種加固措施均能有效提高結(jié)構(gòu)的整體抗震性，抗震承載能力均有不同程度的提高。

（2） 兩種加固措施均在一定程度上提高了整體結(jié)構(gòu)的抗測(cè)變形能力。

（3） 對(duì)加固不同材料間的協(xié)同工作應(yīng)進(jìn)一步進(jìn)行研究。PKPM無(wú)法考慮兩種材料間的相互作用，因此在建模中，如果將加固部門(mén)分與原有部分采用簡(jiǎn)單的“疊加”，并不能如實(shí)反映結(jié)構(gòu)的整體性能，其抗震性能的提高會(huì)存在較大的誤差。

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