（中冶建筑研究总院有限公司华东分院  吴玉峰 200433）

 
摘要：  通过对外廊式校舍的房屋地震后检测分析、模型对比分析，提出了外廊式多层砖混结构的房屋加固改造设计思路,为今后该类建筑的加固提供参考。
关键词： 外廊式多层砖混结构；房屋抗震加固改造设计；
 
Research on Seismic Strengthening Design for Gallery Type Multilayer Brick Houses
WU Yu-feng，QIN Fu-hua
(Centural Research Institute of Building & Construction, MCC Group,East China Branch ，Shanghai 200433)
 
Abstract:  Based on the analysis of earthquake damage and Model Comparison, this paper proposed the seismic strengthening design suggest ion for gallery type multilayer brick houses. which can be used as reference in the future.  
Key words:  gallery type multilayer brick houses; seismic strengthening design
 
1  前言
      2008年5月12日汶川特大罕遇地震造成了大量中小学教学楼的破坏倒塌，其中很多倒塌的教学楼是单跨悬挑外走廊(无外廊柱)的砖混结构布置形式。
    该类校舍建筑布置一般均采用大开间，外挑走廊，纵墙较大的门窗开孔率，造成此类结构体系整体性较其他砌体结构差。地震时，常常由于墙体的破坏导致整个建筑一塌到底，无法为幸存者提供必要的生存空间。
为了最大限度保护师生的生命安全，建设部对抗震相关的一系列规范进行了及时的修订：其中规定幼儿园、中小学的教学用房、宿舍以及食堂抗震设防类别不应低于重点设防类，即不低于乙类。同时对若干房屋结构抗震的构造措施加以修订，提高了结构抗震能力的要求。
目前，校安工程在全国各地依次展开，对外廊式校舍的地震破坏机理和抗震加固的研究及总结有着很强的现实意义。
2  震害调研
  汶川地震以来，我国对房屋的地震的破坏进行了大量的调查研究^[1]，研究发现房屋开裂主要包括：

1、横墙交叉裂缝：墙体的抗剪切能力不足造成，主要表现为在承重横墙比较多见的贯穿墙体的斜裂缝。
2、纵墙交叉裂缝：纵墙开有较多门窗洞口，许多窗间墙墙体被楼面大梁压酥，砂浆松动或地震剪切引起交叉开裂。
3、外砖柱裂缝及外角墙断裂错位：外走廊悬挑梁外端部下设置砖柱时，大部分砖柱产生水平裂缝，部分砖柱被震散；房屋外角未设置构造柱，或者由于构造柱和周围墙体拉结不足，导致外角墙断裂错位。
4、楼梯间裂缝。
3  多种破坏机理共同作用的结果
  该类房屋的结构布置一般是沿横向布置3~4间教室，每间教室有2~3个开间，每个开间3.3~4.0m左右，进深约6m，外廊宽度约2m。某三层教学楼平面布置如下图所示：

图1 某教学楼平面布置
Fig.1  Layout of a Teaching Building
 

 

相关研究表明^[2]、[3]，发生上述震害的结构因素包括:

1. 在受力方面，外廊式校舍的横向偏小受力，外廊侧倾覆力矩大，纵向质心、刚心偏离，扭转较大；
2. 抗震构造措施不全，如未设置构造柱及圈梁或设置不全，使得墙体受力时无有效约束；
3. 部分校舍纵墙开洞面积较多，砂浆强度偏低的情况下，地震破坏后丧失了对抗震横墙的有效约束，加速了结构的整体破坏；
4. 新的抗震设防分类标准把校舍作为乙类建筑后，房屋的高宽比往往超限。

4  加固方案
  针对上述破坏机理，本文提出以下加固方案，并对加固目标和加固措施分析如下表：

表1 加固方案分析表
Tab.1 Analysis of Seismic Strengthening Design

序号	加固目标	加固方案
1	完善抗震体系	增设构造柱、圈梁、预制板整浇层，与墙体共同形成抗震体系
2	改善房屋高宽比，满足规范要求	增设外廊立柱改善现有结构的高宽比
3	提高重要通道的安全性，保证震害发生前的逃生安全	楼梯间、外廊纵墙通道均采用钢丝网砂浆面层加固 外廊区域增设立柱并对外挑梁进行扩大截面加固
4	改善房屋的横向偏心受力	增设外廊立柱改善在地震作用下的横向受力偏心
5	改善房屋纵向受力；增强纵墙的拉结，保证纵墙的不提前破坏	调节纵墙的刚度，外廊侧纵墙采取双面钢丝网砂浆面层加固，另一侧外纵墙采用单面钢丝网砂浆面层加固
6	对抗震能力不足的墙体加固	采用钢丝网砂浆面层加固墙体
7	减少外廊立柱与原有建筑的沉降差	新增立柱地基压实后，基础与原有条基连接

说明：规范限制砖混结构的高宽比，就是保证房屋的整体弯曲稳定。

针对上述加固思路，某教学楼的加固方案如下:

a)墙体及基础加固平面图

b)构造柱、外廊结构加固平面图
图2 某教学楼加固平面布置
Fig.2  Seismic Strengthening Design Layout of a Teaching Building
 

5  模型结果分析
  文献2针对单跨带悬挑梁的框架结构布置形式的中小学教学楼，采用静力弹塑性(push．over)分析方法，对比分析了单跨悬挑结构和设置外廊柱结构的钢筋混凝土中小学教学楼在罕遇地震作用下的抗震性能。对比分析结果表明，在遭遇相同的罕遇地震作用下，设置外廊柱的教学楼的动力特性、顶点位移、层间位移角均明显优于无外廊柱的教学楼。
 
  本文采用中国建筑科学研究院的PKPM系列软件对上述教学楼增设外廊柱后结构的动力特性、抗震计算结果进行分析。

 
表2 模型计算分析结果
Tab.2 Analysis of Model  
 

模型	动力特性	抗震计算结果
加固后的模型	振型号  周 期    转 角  平动系数 (X+Y)  扭转系数    1   0.0946      0.01    0.88 ( 0.88+0.00 )  0.12      2   0.0792     90.02    1.00 ( 0.00+1.00 )  0.00      3   0.0684      0.13    0.13 ( 0.13+0.00 )  0.87	走廊侧B轴外纵墙受压承载力的抗力效应比是C轴纵墙的约0.76； 加固后房屋抗震及抗压承载力均能满足抗震要求。
加固前的模型	振型号  周 期  转 角  平动系数 (X+Y)   扭转系数 1   0.0935   0.01    0.87 ( 0.87+0.00 )      0.13  2   0.0792   90.02   1.00 ( 0.00+1.00 )      0.00 3   0.0685   0.13    0.13 ( 0.13+0.00 )      0.87	走廊侧B轴外纵墙受压承载力的抗力效应比是C轴纵墙的约0.5左右； 房屋抗震及抗压承载力均不能满足抗震要求。

  因此，增设外廊立柱不改变原有结构的动力特性；对走廊侧纵墙重点加固后，明显提高了墙体的受压承载力约25%，改善了该墙体的薄弱状态，保证了房屋的整体抗震安全。
6  结论
  综上，我们针对外廊式多层砖混结构抗震加固的结论及加固建议如下：

1. 增加外廊立柱可以改善房屋高宽比、走廊侧纵墙的受压性能及走廊局部结构的安全性，但不改变原有结构的动力特性；
2. 走廊侧纵墙因为洞口较多，是薄弱部位，应予以重点加固，避免地震破坏后丧失了对抗震横墙的有效约束，保证房屋加固后的整体安全余度；
3. 按规范要求完善房屋抗震构造措施，包括构造柱、圈梁及预制板整浇层等体系；
4. 外廊新增立柱基础与原有墙体条基相连，尽量减少差异沉降。
5. 对抗震及受压承载力不足的墙体采用双面钢丝网砂浆面层或混凝土板墙加固。
6. 楼梯间采用双面钢丝网砂浆面层加固。