如何提高校舍建筑的抗震能力
发布时间：2011-02-26 13:53:38更新时间：2011-02-26 13:53:38
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摘要：汶川大地震中，震区校舍倒塌现象严重、比例较高。本文对现有的砖混结构校舍提高其抗震能力提出了一些建议和措施，并进行对比分析。对于即将新建的校舍建筑，建议不再采用砖混结构，而应采用现浇钢筋混凝土框架结构，并应根据新颁布的《建筑工程抗震设防分类标准》和《建筑抗震设计规范》中关于教育建筑的抗震设防标准进行建设。
关键词：校舍建筑；抗震能力；砖混结构；抗震加固；钢筋混凝土框架结构
1引言
四川汶川大地震给国民经济和人民生命财产造成了巨大损失。在这次的地震中，震区大部分中小学砖混结构教学用房倒塌现象严重或损毁，甚至有的被夷为平地。根据四川省各地教育部门不完全统计，校舍倒塌6898间。除此次重灾区四川省以外，其他地方教学楼倒塌的现象也非常严重，在汉中检查指导救灾工作的陕西省副省长朱静芝的秘书刘飞霞透露，仅汉中市一个地方，教育系统倒塌校舍1315间，建筑面积总计3万平方米；形成危房17571间，建筑面积50万平方米。
砖混结构由于选材方便、施工简单、工期短、造价低等特点，多年来砖混房屋是我国当前建筑中使用最广泛的一种建筑形式；其中民用住宅建筑中约占80%以上[1]。砖混结构一般采用粘土砖和混合砂浆砌筑，通过内外砖墙的咬砌达到具有一定整体连接性的目的，大部分的墙体都属于无筋砌体,即仅有少量的拉结筋,含筋量在0.07%以下，其结构具有明显的脆性。在地震作用下，易发生脆性的剪切破坏,从而导致房屋的破坏和倒塌。
2砖混结构校舍抗震加固
2.1砖混结构校舍地震破坏分析
根据文献[3]对砌体结构的震害分析，大量的震害统计表明，未经抗震设防的多层砖混结构房屋，在10～11度地区，整体倒塌情况严重，在9度区，房屋普遍遭到破坏，局部倒塌较多。造成房屋整体倒塌的主要原因是底层承重墙体抗剪能力不足，底层倒塌导致房屋整体倒塌，或是由于承重墙大量减少造成刚度突变，或是上部砌体强度过低，地震时上部首先倒塌而砸坏下部结构，使房屋整体倒塌。
农村中小学校舍建筑多采用砖混结构，工程抗震专家、中国科学院周锡元院士表示，校舍抗震能力差是世界性的普遍问题[2]。校舍建筑普遍跨度大，大跨度也降低了抗震性能。砖混结构校舍建筑在使用设计上因为教室需要空间大（近深及开间大），为了获得良好光线，使用大面积的窗户设计以及多数走廊多由柱子支撑，从而减少了墙壁的面积，横墙比重偏少，两个方向刚度比相差较大，减弱了校舍整体的抗震能力，抗震性能与住宅、办公用房（住宅、办公用房开间小）相比较差，地震作用只是靠较少的内横墙山墙承担，墙体承担荷载面积较大，相当于教室开间的从下到上的所有荷载，在地震作用下，地震作用力超过墙体的抗剪强度时就会造成墙体破坏，甚至房屋倒塌。单廊式建筑，横墙偏心受力，抗倾覆力矩大；楼屋面板还有的采用早期的预制板,可见这些校舍年代相当久远，这种结构整体性差,板间、板与墙体之间易产生裂缝,甚至会出现整体性的散架塌垮。
2.2砖混结构校舍抗震加固
林树枝[4]认为可以现存的中小学校舍建筑按不同的建造年代分为四类，可以按照规范的修订时间将建筑进行分类,建议按以下时间段:(1)1980年以前；(2)1981年～1989年；(3)1990年～2000年；(4)2001年以后类。对于1990年～2000年间的校舍建筑主要结构类型有框架结构和砖混结构,这些校舍建筑的抗震能力有较大的提高，对于砖混结构，仍需进行一定的抗震加固。而2001年以后的校舍建筑，大多根据《建筑抗震设计规范》（GB50011–2001）进行抗震设计其抗震设防标准有了较大的提高，只要设计合理，施工正常，验收合格，这类校舍建筑还可以继续使用。
李兴晶[5]认为国内常用的抗震加固方法主要分为抗力加固方案和增加整体性方案。其中主要的抗力加固方案有面层加固法、水泥砂浆面层加固、钢筋网水砂浆面层加固等；增加整体性方案有设置钢拉杆加固法、增设圈梁加固法、楼屋盖加设刚性面层加固法等等。本文根据校舍建筑砖混结构的特性、抗震设防要求、可行性、经济实用等方面出发，提出以下几种施工方便、广泛使用的砖混结构校舍抗震加固措施。具体建筑的加固方法的选择还必须考虑建筑的功能、原有结构的强度和刚度等因素。
2.2.1增设拉杆加固法
当外纵墙或山墙连接强度不足,屋架连接不可靠时，为使内横墙与外纵墙更好地拉结，适当间隔沿横墙顶设圆钢拉杆,沿横墙贯通,锚固于两外纵墙。钢筋拉杆可以沿房屋四周上下布置多道,在墙角垫以长角钢,并将纵横向拉杆相连,该措施可起到将房屋箍住和加强墙的作用。在某些情况下也可以起到内墙圈梁的作用。
2.2.2增设构造柱、圈梁加固法
圈梁对砖混结构房屋的抗震有非常重要的作用,圈梁将房屋的纵横墙体连接起来，增大了整体性，从而提高了抵抗地震作用的能力。构造柱能够提高墙体的抗剪力,约束墙体,提高其变形能力和抗倒塌能力。因此设置构造柱和圈梁是提高砖混结构抗震能力的有效措施。张敬书[5]等认为如果原有砖混结构未设构造柱或构造柱设置不足,可设置钢筋混凝土外加构造柱。外加构造柱可以和增设的圈梁、钢拉杆形成一个整体,起到共同约束墙体的作用,减轻,提高了抗剪力,减少了砖墙在地震时的破坏，防止砖墙整体倒塌破坏。
2.2.2增设混凝土板墙加固法
砖混结构中,砖墙是抵抗地震作用的主要抗侧力构件。混凝土板墙加固类似于钢筋网水泥面层加固,但具有较大的灵活性[7]，可根据结构抗震能力提高程度的不同增设不同数量的混凝土板墙。采用混凝土板墙加固可更好地提高砖墙的承载能力,能够抑制墙体裂缝的发展。如果在板墙四周采用集中配筋形式取代外加柱、圈梁和钢拉杆,以提高墙体的延性性能和变形能力[9]。
3新建校舍建筑抗震设计建议
为了保障未成年人学习生活的安全，为确保中小学、中等师范、幼儿师范的学校建筑设计质量，早在1986年，原国家建委就颁布了《中小学校建筑设计规范》。1996年发布的《农村普通中小学校建设标准》第三十三条规定，农村中小学建筑结构要安全可靠。“农村中小学校校舍建筑宜采用砖混结构，有条件地区的教学楼亦可采用钢筋混凝土框架结构；所有校舍建筑均不得采用空斗砖墙和生土墙体的承重结构。”2002年，建设部颁布了《城市普通中小学校校舍建设标准》，对城市校舍建筑的设计作了详细的规范。汶川大地震发生以后，四川成都市出台了《成都市中小学校灾后重建建设标准》。《标准》要求小学、初中的教学办公楼、教学实验楼不宜超过四层。并且，对建筑净高也作了详细规定，严格控制建筑物层高：中学教学楼净高为3.40米，小学教学楼层高为3.10米，行政办公楼层高为2.80米，学生宿舍按双层床考虑，小学净高为3.00米，中学净高为3.40米设计。
林树枝提出了今后在新建中小学校建筑的设计中，在设计理念上做较大的调整[4]。对于新建的校舍建筑在结构体系的选择上应该采用抗震性能较好的结构体系；对于需要大空间的校舍建筑限制采用砖混结构，宜采用现浇的钢筋混凝土框架结构；若仍然采用砖混结构的校舍建筑必须保证其由良好的抗震能力，必须严格按照最新发布的抗震规范进行抗震设计和施工。
参考文献
[1]肖中华，浅谈砖混结构设计的几点体会[J]，建筑与设计，2007.12。
[2]唐岱新，砌体结构[M]，高等教育出版社，2003:157～158。
[3]林树枝，汶川地震灾区房屋抗震加固及设计的几点建议[J]，工程抗震与加固改造，2008，30（4）。
关键词：校舍建筑；抗震能力；砖混结构；抗震加固；钢筋混凝土框架结构
1引言
四川汶川大地震给国民经济和人民生命财产造成了巨大损失。在这次的地震中，震区大部分中小学砖混结构教学用房倒塌现象严重或损毁，甚至有的被夷为平地。根据四川省各地教育部门不完全统计，校舍倒塌6898间。除此次重灾区四川省以外，其他地方教学楼倒塌的现象也非常严重，在汉中检查指导救灾工作的陕西省副省长朱静芝的秘书刘飞霞透露，仅汉中市一个地方，教育系统倒塌校舍1315间，建筑面积总计3万平方米；形成危房17571间，建筑面积50万平方米。
砖混结构由于选材方便、施工简单、工期短、造价低等特点，多年来砖混房屋是我国当前建筑中使用最广泛的一种建筑形式；其中民用住宅建筑中约占80%以上[1]。砖混结构一般采用粘土砖和混合砂浆砌筑，通过内外砖墙的咬砌达到具有一定整体连接性的目的，大部分的墙体都属于无筋砌体,即仅有少量的拉结筋,含筋量在0.07%以下，其结构具有明显的脆性。在地震作用下，易发生脆性的剪切破坏,从而导致房屋的破坏和倒塌。
2砖混结构校舍抗震加固
2.1砖混结构校舍地震破坏分析
根据文献[3]对砌体结构的震害分析，大量的震害统计表明，未经抗震设防的多层砖混结构房屋，在10～11度地区，整体倒塌情况严重，在9度区，房屋普遍遭到破坏，局部倒塌较多。造成房屋整体倒塌的主要原因是底层承重墙体抗剪能力不足，底层倒塌导致房屋整体倒塌，或是由于承重墙大量减少造成刚度突变，或是上部砌体强度过低，地震时上部首先倒塌而砸坏下部结构，使房屋整体倒塌。
农村中小学校舍建筑多采用砖混结构，工程抗震专家、中国科学院周锡元院士表示，校舍抗震能力差是世界性的普遍问题[2]。校舍建筑普遍跨度大，大跨度也降低了抗震性能。砖混结构校舍建筑在使用设计上因为教室需要空间大（近深及开间大），为了获得良好光线，使用大面积的窗户设计以及多数走廊多由柱子支撑，从而减少了墙壁的面积，横墙比重偏少，两个方向刚度比相差较大，减弱了校舍整体的抗震能力，抗震性能与住宅、办公用房（住宅、办公用房开间小）相比较差，地震作用只是靠较少的内横墙山墙承担，墙体承担荷载面积较大，相当于教室开间的从下到上的所有荷载，在地震作用下，地震作用力超过墙体的抗剪强度时就会造成墙体破坏，甚至房屋倒塌。单廊式建筑，横墙偏心受力，抗倾覆力矩大；楼屋面板还有的采用早期的预制板,可见这些校舍年代相当久远，这种结构整体性差,板间、板与墙体之间易产生裂缝,甚至会出现整体性的散架塌垮。
2.2砖混结构校舍抗震加固
林树枝[4]认为可以现存的中小学校舍建筑按不同的建造年代分为四类，可以按照规范的修订时间将建筑进行分类,建议按以下时间段:(1)1980年以前；(2)1981年～1989年；(3)1990年～2000年；(4)2001年以后类。对于1990年～2000年间的校舍建筑主要结构类型有框架结构和砖混结构,这些校舍建筑的抗震能力有较大的提高，对于砖混结构，仍需进行一定的抗震加固。而2001年以后的校舍建筑，大多根据《建筑抗震设计规范》（GB50011–2001）进行抗震设计其抗震设防标准有了较大的提高，只要设计合理，施工正常，验收合格，这类校舍建筑还可以继续使用。
李兴晶[5]认为国内常用的抗震加固方法主要分为抗力加固方案和增加整体性方案。其中主要的抗力加固方案有面层加固法、水泥砂浆面层加固、钢筋网水砂浆面层加固等；增加整体性方案有设置钢拉杆加固法、增设圈梁加固法、楼屋盖加设刚性面层加固法等等。本文根据校舍建筑砖混结构的特性、抗震设防要求、可行性、经济实用等方面出发，提出以下几种施工方便、广泛使用的砖混结构校舍抗震加固措施。具体建筑的加固方法的选择还必须考虑建筑的功能、原有结构的强度和刚度等因素。
2.2.1增设拉杆加固法
当外纵墙或山墙连接强度不足,屋架连接不可靠时，为使内横墙与外纵墙更好地拉结，适当间隔沿横墙顶设圆钢拉杆,沿横墙贯通,锚固于两外纵墙。钢筋拉杆可以沿房屋四周上下布置多道,在墙角垫以长角钢,并将纵横向拉杆相连,该措施可起到将房屋箍住和加强墙的作用。在某些情况下也可以起到内墙圈梁的作用。
2.2.2增设构造柱、圈梁加固法
圈梁对砖混结构房屋的抗震有非常重要的作用,圈梁将房屋的纵横墙体连接起来，增大了整体性，从而提高了抵抗地震作用的能力。构造柱能够提高墙体的抗剪力,约束墙体,提高其变形能力和抗倒塌能力。因此设置构造柱和圈梁是提高砖混结构抗震能力的有效措施。张敬书[5]等认为如果原有砖混结构未设构造柱或构造柱设置不足,可设置钢筋混凝土外加构造柱。外加构造柱可以和增设的圈梁、钢拉杆形成一个整体,起到共同约束墙体的作用,减轻,提高了抗剪力,减少了砖墙在地震时的破坏，防止砖墙整体倒塌破坏。
2.2.2增设混凝土板墙加固法
砖混结构中,砖墙是抵抗地震作用的主要抗侧力构件。混凝土板墙加固类似于钢筋网水泥面层加固,但具有较大的灵活性[7]，可根据结构抗震能力提高程度的不同增设不同数量的混凝土板墙。采用混凝土板墙加固可更好地提高砖墙的承载能力,能够抑制墙体裂缝的发展。如果在板墙四周采用集中配筋形式取代外加柱、圈梁和钢拉杆,以提高墙体的延性性能和变形能力[9]。
3新建校舍建筑抗震设计建议
为了保障未成年人学习生活的安全，为确保中小学、中等师范、幼儿师范的学校建筑设计质量，早在1986年，原国家建委就颁布了《中小学校建筑设计规范》。1996年发布的《农村普通中小学校建设标准》第三十三条规定，农村中小学建筑结构要安全可靠。“农村中小学校校舍建筑宜采用砖混结构，有条件地区的教学楼亦可采用钢筋混凝土框架结构；所有校舍建筑均不得采用空斗砖墙和生土墙体的承重结构。”2002年，建设部颁布了《城市普通中小学校校舍建设标准》，对城市校舍建筑的设计作了详细的规范。汶川大地震发生以后，四川成都市出台了《成都市中小学校灾后重建建设标准》。《标准》要求小学、初中的教学办公楼、教学实验楼不宜超过四层。并且，对建筑净高也作了详细规定，严格控制建筑物层高：中学教学楼净高为3.40米，小学教学楼层高为3.10米，行政办公楼层高为2.80米，学生宿舍按双层床考虑，小学净高为3.00米，中学净高为3.40米设计。
林树枝提出了今后在新建中小学校建筑的设计中，在设计理念上做较大的调整[4]。对于新建的校舍建筑在结构体系的选择上应该采用抗震性能较好的结构体系；对于需要大空间的校舍建筑限制采用砖混结构，宜采用现浇的钢筋混凝土框架结构；若仍然采用砖混结构的校舍建筑必须保证其由良好的抗震能力，必须严格按照最新发布的抗震规范进行抗震设计和施工。
参考文献
[1]肖中华，浅谈砖混结构设计的几点体会[J]，建筑与设计，2007.12。
[2]唐岱新，砌体结构[M]，高等教育出版社，2003:157～158。
[3]林树枝，汶川地震灾区房屋抗震加固及设计的几点建议[J]，工程抗震与加固改造，2008，30（4）。
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