广西某厂砖混办公楼改造加固设计
[关键词]砖混结构；抗震加固；钢筋网喷射砂浆；碳纤维
一、前言
广西某厂拟将其办公楼的一层和二层改造成职工食堂，涉及到墙体开洞和楼面作法变更。经查阅设计图纸，该楼始建于70年代中期，建筑面积5700m2，地上6层，地下1层，砖混结构。纵墙和山墙厚度为365mm、内墙厚度均为240mm，粘土砖强度等级为100号/75号，砂浆强度等级为50号，楼面梁和楼板为预制梁和预制空心板，混凝土强度等级分别为300号和200号。基础采用有梁筏板。
二、加固思路
增加荷载主要包括两部分：一是1、2层使用功能改变造成的楼面作法和活荷载的增加；二是业主装修时，直接在各层原有楼面上铺设地砖造成的荷载增加。经计算，这两项新增荷载量约为原有荷载总量的8.57%。根据《建筑抗震鉴定标准》规定，建筑物随着建成时间的增长，地基承载力可提高5%~20%，地基承载力满足要求。对基础底板和地梁进行强度和变形的验算，结果表明原设计满足要求。由于新增荷载引起的地震作用增量很小，因此砖墙开洞和现行抗震规范是影响整体抗震验算结果的主要因素。此外，尚需按改造后的荷载，对一、二层水平构件进行验算和加固处理。
三、加固方案及构造措施
3．1砖墙墙体抗震加固
根据PKPM软件计算结果，并考虑地下室潮湿的现状，对于地下室内墙双面和外墙临室内一面，采用20mm厚M10水泥砂浆面层，分两次抹灰加固。对于1、2层有新开洞口和横向间距较大的砖墙，采用钢筋网+喷射砂浆面层，单面或双面加固，喷射砂浆面层单侧厚度30mm，强度等级为M10，钢筋网由¢6@200单层双向钢筋绑扎，并且对应加固面层单面或双面设置，分别采用¢6@600L形锚筋均呈梅花形布置，其在砖墙上的钻孔采用CGM灌浆料填实。水泥砂浆或喷射砂浆的面层，施工时环境温度均应在5℃以上，施工完成后，应将门窗关闭，砂浆终凝后，应每天淋水养护3遍，直至达到设计强度。
砖墙加固的关键是保证加固层与砖墙之间的整体性、加固后墙体与预制楼板的协同性，因此面层与砖墙、面层与砖墙和预制板交接处、以及面层内钢筋的锚固搭接等一系列构造作法至关重要。
3．2原有门窗洞口封堵
按修改后的建筑布置，部分原有门窗需要取消。如果对这些洞口采取可靠措施加以封堵，确保封堵部分与原有砖墙咬合紧密，形成受力整体共同参与抗震，可以弥补新开门洞对砖墙的削弱，相对其它提高抗震性能的措施而言，最为经济可靠而且施工简便。封堵时，对于洞口两侧的交接面，采取将原有砖墙面凿毛、按每隔六皮砖剔出马牙槎（60mm~120mm宽、两皮砖高）、加齿缝砂浆砌筑顶紧等措施，可以保证新旧墙体的紧密连接。而对于洞口顶部，如果采取常规的斜砌砖墙加干硬性浆捻实的方法，受砖墙较厚、斜砌空间较小、工人操作水平不易控制等因素的影响，容易在顶部交接面处产生空隙，形成抗剪的薄弱环节。因此，设计时在需要封堵的门窗洞顶300mm高范围内，采用CGM或掺微膨胀剂细石混凝土加斜模板浇筑，模板顶部和浇筑面略高于门窗洞口顶，以保证浇筑密实。待CGM或混凝土达到设计强度后，剔去多余部分。
3．3新开（扩）门洞做法
按修改后的建筑布置，需要在砖墙上新开（扩）部分门洞，由于上述门洞宽度较大、原有砖墙砂浆强度较低且建成时间较长，不宜简单采取砖墙两侧分别开槽、放入预制过梁、最后剔凿门洞的方式。而对于砖墙上开设较大门洞时，比较可靠的常规方法有“外加混凝土框”和“内嵌混凝土框”两种，前者不满足建筑设计要求，后者施工较为繁琐。为保证开洞前后新增过梁托换顺利、受力均匀，不致造成新开门洞上部墙体和楼板的变形，借鉴“内嵌混凝土框”的部分作法，设计出一种安全可行的砖墙开洞方式。
在砖墙新开（扩）门洞拟设过梁顶面以上位置，按间距0.5m，剔凿约100mm×120mm的小洞，垂直于墙面塞入I10工字钢，与上部砖墙顶紧，将工字钢两端支撑牢固，使工字钢梁暂时承担上部结构荷载。然后按需要的过梁高度和位置剔凿砖墙，绑扎钢筋、支斜模板、浇筑CGM或掺微膨胀剂混凝土。待新加过梁达到设计强度后，拆除工字钢并将过梁上小洞填实，剔凿过梁多余部分及过梁下砖墙。
3．4预制空心楼板加固
原设计楼板为预制空心楼板。参考有关资料，原200号混凝土对应目前的强度约为C18，混凝土构件年长日久会发生碳化。因此，加固验算时预制板按碳化深度20mm、混凝土强度C15作为设计依据。
对于餐厅范围的楼板，既要力争改造后荷载增加最少以减少加固成本，又要避免剔凿对预制板的损伤和拆除量过大。因此，只将业主装修时所做的地砖铲除，按改造后新增楼面做法不超过1KN/m2验算预制板。经计算，改造后弯矩和剪力设计值与预制板允许值（未考虑碳化）之比分别为126%和68%，采用板下粘贴碳纤维即可满足抗弯强度要求。
对于厨房范围的楼板，改造后建筑楼面作法需要300mm厚，且厨房活荷载标准值4.0KN/m2。经计算，改造后弯矩和剪力设计值与预制板允许值（未考虑碳化）之比分别为215%和139%，现有截面不能满足抗弯和抗剪强度要求。因此，需要修改楼板截面。首先在楼板下做好支撑，然后将预制板圆孔上部70mm~80mm宽范围内的混凝土板凿开，在圆孔内和预制板上表面涂刷界面剂，圆孔内放置水平通长钢筋并伸至板端，预制板上表面铺设单层双向构造钢筋网，并通过三角形箍筋与圆孔内水平钢筋拉结，最后在圆孔内和预制板上50mm高范围内，浇筑掺加微膨胀剂C20混凝土。
3．5预制楼面梁加固
原结构1、2层设有预制梁，截面尺寸分别为200mm×550mm和200mm×500mm。经验算，餐厅范围内的预制梁，其截面尺寸满足加固要求，采用梁底粘贴碳纤维提高其抗弯承载力、梁底梁侧粘贴U形钢板提高其抗剪承载力。厨房范围内的预制梁，其截面无法满足碳纤维或钢板加固所需要的最小截面要求，只有采取增大梁截面或减少弯矩剪力值的方法加以解决。本着简单易行、对使用功能影响最小的原则，采取缩短预制梁计算跨度的方式减小弯矩剪力值。在梁两端下部，增设200mm宽、800mm/600mm长的钢筋混凝土墙垛（墙垛长度受建筑平面限制），并通过植入水平钢筋使其与梁下原有砖墙连成整体。对仍然超过预制梁允许弯矩剪力值的部分，通过粘贴碳纤维或钢板补强处理。
四、结语
在老旧房屋改造设计中，抗震设防标准的确定对成本影响至关重要，而细部节点的构造措施也应予以充分重视。在最大限度满足建筑使用功能的前提下，本着“安全可靠、经济合理、施工简便”的原则，结合工程具体情况，制定可靠易行的结构方案和构造措施。
本工程自改造完成并投入使用至今已数年，所有加固构件在新荷载作用下工作状态正常。实践证明，加固合理有效，达到设计预期效果。
参考文献：
[1]JGJ116-1998.建筑抗震加固技术规程[S].
[2]CECS25：90.混凝土结构加固设计规范[S].
[3]CECS146：2003.碳纤维片材加固混凝土结构技术规程[S].