杨 康

(山西省建筑科学研究院有限公司，山西 太原 030001)

0 引言

砌体结构因其取材方便、制作简单、造价低廉，在我国有着悠久而广泛的应用历史。但随着建筑使用年限的增长、业主使用要求的变化等原因，我们结构设计师不可避免会遇见砌体结构的加固改造。山西省工程建设地方标准《高延性混凝土加固技术规程》于2020年3月1日起正式实施[1]，该标准的颁布实施为本省砌体结构的加固带来了新的思路。本文就高延性混凝土加固砌体结构浅谈一些自己的见解。

1 高延性混凝土加固砌体结构的优势

众所周知砌体是由两种不同的材料(块材和砂浆)黏结组合而成的结构，本身存在受力复杂，强度低，整体性较差的特点。对于既有砌体结构建筑来说，当承载力不足时，传统设计方案多为钢筋网砂浆面层或钢筋混凝土面层加固，这两种加固方案有以下几方面的缺点：第一，依据《砌体结构加固设计规范》砂浆面层的最小厚度为35 mm，混凝土面层的最小厚度为50 mm，面层的增加一定程度减小了原建筑使用面积；第二，面层会增加墙体的自重，可能会带来基础甚至地基的加固，从而使工期及造价极大的增加；第三，该两种加固方式均需要有构造钢筋与原墙体拉结，施工时不可避免的对原结构产生破坏[3]。

高延性混凝土是由胶凝材料、骨料、外加剂和合成纤维等原材料组成，按一定比例加水搅拌、成型以后，具有高韧性、高抗裂性能和高耐损伤能力的特种混凝土。试验表明其受拉具有稳定的应变硬化特性，其极限拉应变可达3%以上，高延性混凝土弯曲具有类似钢材的变形能力，可以有效改善结构脆性问题，提高结构延性和变形能力。西安建筑科技大学邓明科教授研究结果表明高延性混凝土与砌体结构具有良好的粘结性能，利用高延性混凝土加固砌体结构，其力学性能优势对砌体结构的整体性和抗倒塌能力有极大的提高。采用高延性混凝土加固砌体结构，加固面层厚度小，山西省工程建设地方标准《高延性混凝土加固技术规程》规定双面加固时面层最小厚度为15 mm。根据西安建筑科技大学在陕西省的应用经验，普通多层砌体结构建筑采用双面加固时，每侧墙面仅需15 mm即可满足受力要求，与抹灰厚度相当。所以铲掉原抹灰层后基本不增加荷载，不占用室内使用面积，不需要穿墙钢筋或植筋，施工简便，对原有结构影响小，可大幅度提高砌体结构的抗震性能，延长结构使用寿命，节约加固成本，具有良好经济效益和社会效益。特别是对于一些需要保留原始风貌的文物建筑，可不改变其外观而能达到加固的目的。目前该项技术已在陕西、甘肃、云南、山西等地推出地标并在校舍及农房加固方面取得了良好的应用效果[1]。

2 高延性混凝土加固砌体结构实例设计方案对比

山西省一民国时期三层砌体结构文物建筑，楼板采用混凝土现浇板。因原结构砖及砂浆强度较低且楼面荷载的增加需对其进行加固，考虑该建筑使用功能为人流密集的旅游文保建筑，甲方要求对其加固设计按照50年的后续使用年限进行，且不得改变其室内外原建筑风貌。

查阅鉴定报告显示，该楼1层、2层高为3.8 m，3层高为3.6 m。采用墙下条形基础，地基承载力特征值仅为80 kPa，砌块采用粘土烧结砖，强度为M5，砂浆为混合砂浆强度为M2.9，未设置构造柱，主要存在问题为1层、2层部分窗间墙体受压计算抗力与效应之比小于0.9，主体结构安全性等级为D级。依据现行《建筑抗震设计规范》对其进行抗震验算，计算结果显示，1层、2层大部分墙体均不满足规范要求，且钢筋混凝土构造柱和圈梁设置不满足规范要求，砖及砂浆强度小于规范最低要求。

综上所述，结合甲方要求，对墙体加固给出以下三种方案供甲方选择：

1)在墙体两侧增设35 mm厚钢筋网砂浆面层，采用配筋加强带替代构造柱。该方案墙体两侧共增加70 mm厚砂浆面层，地基承载力不满足要求，需要适当采取措施加固地基。且加固后原建筑外立面风貌改变不满足甲方要求；

2)承载力不足墙体单侧设置60 mm厚钢筋混凝土板墙，设置在墙体内侧，不影响原建筑风貌，局部增设钢筋混凝土构造柱以满足抗规要求。该方案同第一方案因增加自重需局部加固地基，且该建筑门窗洞口原设计均为圆弧状，采用该加固方法，部分节点存在施工困难，可能局部改变室内建筑风貌，需要后期二次装修解决风貌问题；

3)对内墙采用双面20 mm厚高延性混凝土面层加固，对外墙采用单面35 mm厚配筋高延性混凝土面层加固，增设配筋加强带代替构造柱。该方案在铲掉原抹灰层后，增加荷载较小，可不考虑地基的加固，同时可在任意平面的墙体表面压抹高延性混凝土面层，施工简单快捷，不改变原建筑风貌。但高延性混凝土本身强度较高，且不允许后续开长槽破坏结构整体性，故要求安装工程同步预埋管线，不仅节省了工期，而且避免了对结构的二次破坏。相比较第二方案，高延性混凝土面层加固不增加荷载，无需在原结构植筋，节省混凝土养护时间，与部分安装工程同步进行，节省工期的同时，也避免了二次施工的浪费。

最终选择方案3，在满足设计规范要求的前提下，不仅加固施工工期短，且基本不改变原建筑风貌，符合甲方委托要求，综合经济效益最为合理。

3 高延性混凝土加固砌体结构设计方法

西安建筑科技大学邓明科教授团队系统开展了高延性混凝土加固砌体结构方面的理论与试验研究，提出了高延性混凝土加固砌体结构的设计计算方法和构造措施。依据邓教授的相关专利及理论基础，陕西、山西、云南等地相继颁布了工程建设地方标准，为高延性混凝土加固设计提供了理论依据。

3.1 砌体构件受压加固

采用高延性混凝土面层或配筋高延性混凝土面层加固轴心受压的砌体构件时，其正截面受压承载力应按下式验算：

在满足构造要求时，外加高延性混凝土面层加固后的受压砌体构件可看成砌体与高延性混凝土面层的组合砌体构件。公式中αd为考虑高延性混凝土与砌体极限压应变不同及后加的高延性混凝土应力滞后情况而引入的强度折减系数，在规范中取αd=0.15[1]。

3.2 砌体构件受剪加固

采用高延性混凝土面层或配筋高延性混凝土面层加固后，墙体的受剪承载力应符合下列规定：

V≤Vm+Vd。

采用高延性混凝土面层或配筋高延性混凝土面层加固后墙体的受剪承载力提高值Vd应按下列公式计算：

Vd=0.7αdfdtbh+Vs；

采用高延性混凝土面层对砌体构件进行抗剪加固时，受剪承载力提高值的计算方法与现行国家标准GB 50702—2011砌体结构加固设计规范中钢筋混凝土面层加固砌体墙提高的受剪承载力计算方法基本相同，但根据试验结果对部分参数的取值进行了调整[1]。

3.3 砌体构件抗震加固

高延性混凝土面层或配筋高延性混凝土面层加固砌体墙的抗震受剪承载力应按下式验算：

计算方法与非抗震时抗剪计算完全相同，只是应对提高值的计算结果除以抗震承载力调整系数[1]。

4 高延性混凝土加固砌体结构施工。

采用高延性混凝土加固砌体结构一般不需要配置钢筋，施工工序少，方法简单，主要为人工压抹。山西省工程建设地方标准《高延性混凝土加固技术规程》规定的施工主要工序如下：铲除原墙抹灰层→凿缝或开槽→安装钢筋网或拉结件→清理浮灰→浇水润湿墙面→压抹高延性混凝土→保湿养护。

但高延性混凝土加固砌体结构主要是利用高延性混凝土的性能优势提高砌体的整体性和承载能力，因此在施工过程中应严格按照规程的要求对加固面进行处理，并在施工中特别注意以下几个方面：首先应保证原抹灰装饰层必须拆除清理干净，且应对原结构缺陷损伤部位凿除后采用高延性混凝土进行修补。压抹前应沿墙面往返浇水湿润，并待构件表面湿润无明水后再进行面层施工。面层较厚时应分层压抹，每层厚度不大于15 mm，且间隔时间不大于4 h。压抹完成后应喷水养护7 d，养护期间应保证加固环境温度不低于5 ℃，否则应采取冬季施工措施；夏季施工时要防止烈日暴晒，并适当增加养护次数。

5 结语

高延性混凝土与砌体结构的良好连接性能，可使彼此力学性能的互补性得到极大的发挥，且本身轻质高强，施工简单灵活的特点注定其将在砌体结构的加固中占有一席之地，产生良好的经济效益和社会效益。