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【摘 要】本文叙述了目前房屋抗震加固常用的加固方法,说明了各加固方法的使用范围、选用原则及关键所在,讨论了各加固方法的优缺点和注意事项,以供参考。
【关键词】抗震加固;方法;措施
目前如何对现有不满足抗震要求的房屋进行抗震加固,保证结构安全,让今后的地震给我们造成的损失降到最小。使现有房屋做到“小震不坏、中震可修、大震不倒” 是我们结构工程师所要考虑的首要问题。
现有结构的加固问题,一方面是因这些建筑的功能发生改变或部分改变引起的;另一方面是由于新的设计规范提高了抗震设计要求导致的。但在我国许多地区,特别是一些县、镇农村,其本身的设计就没有达到抗震设防要求,而且数目巨大。目前全国约有4亿m2的各类建筑和一批工程设施、构筑物、设备不符合抗震要求。除去有些老旧房屋或抗震能力极差的房屋可纳入城市规划,逐步改造或拆除外,估计尚有3亿m2的各类建筑和一批工程设施、构筑物和设备需要进行抗震加固,提高抗震能力。
1.房屋抗震加固的程序
首先,应根据原设计图纸、工程现状和当前载荷要求,按GB50023-95《建筑抗震鉴定标准》对已有建筑进行抗震鉴定,查清现有建筑不满足现行规范的方面。一般而言,对现有房屋的鉴定主要基于两方面:一是整体结构是否满足抗震要求。主要指整个建筑的设防烈度、结构总体方案是否满足现行规范要求。二是单个构件能否满足抗震要求。单个构件的检测可利用超声仪、回弹仪、裂缝显微镜、原位轴压仪、万向取芯机、点荷仪、拔出仪、经纬仪、水准仪等仪器检测建筑构件强度、缺陷,评定建筑物性能。依据鉴定结果制定合理的加固方案。同时,应保证其满足现行《建筑抗震设计规范》的要求。并以提高建筑的综合抗震能力,作为衡量抗震加固的标志。其次,对已确定的加固方案,做进一步的细化,绘制施工图纸,并对施工工艺、施工方法、施工用料、施工注意事项等提出具体的要求。尽量避免损伤原构件,以防止加固过程中对原有结构造成新的破坏。
2.房屋抗震加固的方法及注意事项
2.1加大截面尺寸或增设抗震构件
采用加大截面尺寸或增设抗震构件既能提高构件的承载力,又能加大构件或结构的刚度。当检验原有结构无法满足抗震刚度要求或单个构件不满足承载力要求时,常采用这一方法。对砌体结构而言,很多结构是由于无构造柱或未设圈梁导致不满足抗震要求的。我国的许多砖混结构都采用了外加构造柱及圈梁,内增设钢筋拉杆的方法对原有房屋进行加固。采用这一方法,关键是要保证新加固部分与原有建筑有可靠的连接。新加的构造柱与圈梁及钢拉杆必须连接成整体。因此施工过程中,新旧建筑的可靠连接尤为重要。
若房屋的整体抗地震力不足,此时应特别注意增设的抗震墙、柱等竖向构件应有可靠的基础,且其基础的沉降应与原有建筑保持同一变形,以防止不均匀沉降。加固所用材料的强度等级应比原构件材料的强度等级提高一级。采用该方法对房屋进行加固时,还应考虑结构刚度增大而导致的结构地震作用效应的增大。该加固法的缺点是施工工期长,会减小建筑空间,增大结构自重。
2.2外包钢、粘接钢加固法
该法是用结构胶把钢板粘贴在构件外部,通过后粘钢板和原构件的共同作用,以提高结构承载力的一种加固方法。
工艺流程:混凝土及钢板表面处理—卸荷—粘结剂配制—涂胶—粘贴并固定加压—固化—卸支撑检验—防腐粉刷。
这种加固方法的优点是加固后几乎不改变构件的外形和使用空间,却能提高结构构件的承载力和正常使用阶段的性能。施工简单、快速,对生产和生活影响较小,加固后72h后即可投入使用。
该方法对胶粘剂的要求较高,对于普通的粘钢胶,当采用粘接钢板加固混凝土结构时, 其长期使用结构温度不应高于600℃。且使用时应注意对钢构套表面涂刷防锈漆,或采用水泥砂浆面层保护。对处于特殊环境的混凝土结构,当采用该方法加固时,应采用耐环境因素作用的胶粘剂。
当被加固构件的表面有防火要求时,应按现行国家标准GB50016《建筑防火设计规范》规定的耐火极限和耐火等级要求,对胶粘剂和钢板进行防护。
2.3碳纤维布加固法
碳纤维布作为一种新型的加固材料,能够粘贴于任意形状的构件表面并对原有结构尺寸无影响,具有轻质高强、耐腐蚀、易操作、施工周期短、适应性强等优点,为工程界提供了一种易行、高效、耐久的抗震加固手段。
对比碳纤维布加固法与粘接钢加固法,可以看到:
(1)碳纤维的抗拉强度是钢材的10倍左右,碳纤维布的特性是抗拉强度很高,但既不能抗压、抗剪,也不能直接提供刚度。所以若补充同样的抗弯能力,构件粘钢加固的挠度、裂缝宽度小于粘碳纤维加固的挠度、裂缝宽度。
(2)采用粘钢法加固,钢板上可以焊接锚筋,也可钻孔设植筋锚固,所以锚固方式较粘碳纤维灵活。
(3)碳纤维轻、薄,施工简便,同样工程量,施工工期约是粘钢的40%。
(4)碳纤维和钢材相比,属惰性材料,不锈蚀,也不易被有害介质腐蚀,在恶劣环境下耐久性好。碳纤维粘贴时,遇构件转角,为减小应力集中,应将转角打磨或修补为圆弧半径不小于20mm的导角。与粘钢法一样,采用该方法加固混凝土结构时,其长期使用结构温度不应高于60℃。
2.4耗能减震法
耗能减震技术是在结构物某些部位设置耗能装置,通过耗能装置产生摩擦、弯曲弹塑性滞回变形等来耗散或吸收地震输入结构中的能量,以减少主体结构地震反应,从而避免结构产生破坏或倒塌。耗能减震技术作为建筑抗震的新技术,能有效吸收地震能量,降低建筑物振动反应,达到建筑物的抗震目的。
耗能减震技术主要用于大型公共建筑的加固,该加固方法的关键是耗能减震装置的选择及布置。目前,耗能减震装置的种类很多,有摩擦性耗能器、钢弹塑性耗能器、铅积压阻尼器、粘弹性阻尼器和粘滞阻尼器等,应用较多的是粘滞阻尼器。
耗能减震中的耗能部件应沿结构的两个主轴力方向分别设置,耗能部件宜设置在层间变形较大的位置。耗能器与斜支撑、填充墙、梁或节点的连接,应符合钢构件连接或钢与钢筋混凝土构件连接的构造要求,并能承担耗能器施加给连接节点的最大作用力。对与耗能部件相连接的结构构件,应计入耗能部件传递的附加内力,并将其传递到基础。
为防止因加固造成新的薄弱环节,应对设置消能支撑处节点进行加固,提高该处节点抗剪能力,改善节点的抗震性能。耗能器及连接构件应根据需要进行防火处理。
2.5拆除加修补法
所谓拆除加修补法就是对刚度过大或刚度分布不均的已有建筑,拆除一些不合理的抗侧力构件,增补合适的抗侧力构件,适当提高主要抗侧力构件的安全储备,并采取提高结构延性的措施,达到抵御地震的目的。
高层建筑的结构主要由水平荷载控制。一方面,应有足够的水平刚度,保证在地震作用下的变形小于规范的限值;另一方面,如高层建筑的水平刚度过大,自振周期变小,地震作用加大,对结构并不利。因此,对于高层建筑,应充分考虑结构的现状,采用提高综合抗震能力的优化原则,尽量减少因加固而增加的自重以充分利用地基基础现有的承载力。采用拆除法时应注意对原有建筑基础的复核,避免地基的不均匀沉降。
3.结语
相对于新建工程而言,抗震加固工程要复杂得多,抗震加固设计没有现成的、商品化的计算程序,甚至有些加固设计尚停留在半经验、半理论的阶段。抗震加固设计必须在“吃透” 原有工程设计的基础上并紧密结合工程现状及加固施工的水平进行,因此,抗震加固工作任重而道远,需我们科技工作者不断的探索和总结,以保证房屋结构的抗震安全。
【参考文献】
[1]田杰,刘志刚.我国建筑抗震加固的回顾与建议[J].工程抗震与加固改造,2006(06).
[2]任晓崧,许奇.拆除策略在已建高层建筑抗震加固中的应用[J].工业建筑,2005(07).
[3]张敬书,潘宝玉.现行抗震加固方法及发展趋势[J].工程抗震与加固改造,2005(01).
【关键词】抗震加固;方法;措施
目前如何对现有不满足抗震要求的房屋进行抗震加固,保证结构安全,让今后的地震给我们造成的损失降到最小。使现有房屋做到“小震不坏、中震可修、大震不倒” 是我们结构工程师所要考虑的首要问题。
现有结构的加固问题,一方面是因这些建筑的功能发生改变或部分改变引起的;另一方面是由于新的设计规范提高了抗震设计要求导致的。但在我国许多地区,特别是一些县、镇农村,其本身的设计就没有达到抗震设防要求,而且数目巨大。目前全国约有4亿m2的各类建筑和一批工程设施、构筑物、设备不符合抗震要求。除去有些老旧房屋或抗震能力极差的房屋可纳入城市规划,逐步改造或拆除外,估计尚有3亿m2的各类建筑和一批工程设施、构筑物和设备需要进行抗震加固,提高抗震能力。
1.房屋抗震加固的程序
首先,应根据原设计图纸、工程现状和当前载荷要求,按GB50023-95《建筑抗震鉴定标准》对已有建筑进行抗震鉴定,查清现有建筑不满足现行规范的方面。一般而言,对现有房屋的鉴定主要基于两方面:一是整体结构是否满足抗震要求。主要指整个建筑的设防烈度、结构总体方案是否满足现行规范要求。二是单个构件能否满足抗震要求。单个构件的检测可利用超声仪、回弹仪、裂缝显微镜、原位轴压仪、万向取芯机、点荷仪、拔出仪、经纬仪、水准仪等仪器检测建筑构件强度、缺陷,评定建筑物性能。依据鉴定结果制定合理的加固方案。同时,应保证其满足现行《建筑抗震设计规范》的要求。并以提高建筑的综合抗震能力,作为衡量抗震加固的标志。其次,对已确定的加固方案,做进一步的细化,绘制施工图纸,并对施工工艺、施工方法、施工用料、施工注意事项等提出具体的要求。尽量避免损伤原构件,以防止加固过程中对原有结构造成新的破坏。
2.房屋抗震加固的方法及注意事项
2.1加大截面尺寸或增设抗震构件
采用加大截面尺寸或增设抗震构件既能提高构件的承载力,又能加大构件或结构的刚度。当检验原有结构无法满足抗震刚度要求或单个构件不满足承载力要求时,常采用这一方法。对砌体结构而言,很多结构是由于无构造柱或未设圈梁导致不满足抗震要求的。我国的许多砖混结构都采用了外加构造柱及圈梁,内增设钢筋拉杆的方法对原有房屋进行加固。采用这一方法,关键是要保证新加固部分与原有建筑有可靠的连接。新加的构造柱与圈梁及钢拉杆必须连接成整体。因此施工过程中,新旧建筑的可靠连接尤为重要。
若房屋的整体抗地震力不足,此时应特别注意增设的抗震墙、柱等竖向构件应有可靠的基础,且其基础的沉降应与原有建筑保持同一变形,以防止不均匀沉降。加固所用材料的强度等级应比原构件材料的强度等级提高一级。采用该方法对房屋进行加固时,还应考虑结构刚度增大而导致的结构地震作用效应的增大。该加固法的缺点是施工工期长,会减小建筑空间,增大结构自重。
2.2外包钢、粘接钢加固法
该法是用结构胶把钢板粘贴在构件外部,通过后粘钢板和原构件的共同作用,以提高结构承载力的一种加固方法。
工艺流程:混凝土及钢板表面处理—卸荷—粘结剂配制—涂胶—粘贴并固定加压—固化—卸支撑检验—防腐粉刷。
这种加固方法的优点是加固后几乎不改变构件的外形和使用空间,却能提高结构构件的承载力和正常使用阶段的性能。施工简单、快速,对生产和生活影响较小,加固后72h后即可投入使用。
该方法对胶粘剂的要求较高,对于普通的粘钢胶,当采用粘接钢板加固混凝土结构时, 其长期使用结构温度不应高于600℃。且使用时应注意对钢构套表面涂刷防锈漆,或采用水泥砂浆面层保护。对处于特殊环境的混凝土结构,当采用该方法加固时,应采用耐环境因素作用的胶粘剂。
当被加固构件的表面有防火要求时,应按现行国家标准GB50016《建筑防火设计规范》规定的耐火极限和耐火等级要求,对胶粘剂和钢板进行防护。
2.3碳纤维布加固法
碳纤维布作为一种新型的加固材料,能够粘贴于任意形状的构件表面并对原有结构尺寸无影响,具有轻质高强、耐腐蚀、易操作、施工周期短、适应性强等优点,为工程界提供了一种易行、高效、耐久的抗震加固手段。
对比碳纤维布加固法与粘接钢加固法,可以看到:
(1)碳纤维的抗拉强度是钢材的10倍左右,碳纤维布的特性是抗拉强度很高,但既不能抗压、抗剪,也不能直接提供刚度。所以若补充同样的抗弯能力,构件粘钢加固的挠度、裂缝宽度小于粘碳纤维加固的挠度、裂缝宽度。
(2)采用粘钢法加固,钢板上可以焊接锚筋,也可钻孔设植筋锚固,所以锚固方式较粘碳纤维灵活。
(3)碳纤维轻、薄,施工简便,同样工程量,施工工期约是粘钢的40%。
(4)碳纤维和钢材相比,属惰性材料,不锈蚀,也不易被有害介质腐蚀,在恶劣环境下耐久性好。碳纤维粘贴时,遇构件转角,为减小应力集中,应将转角打磨或修补为圆弧半径不小于20mm的导角。与粘钢法一样,采用该方法加固混凝土结构时,其长期使用结构温度不应高于60℃。
2.4耗能减震法
耗能减震技术是在结构物某些部位设置耗能装置,通过耗能装置产生摩擦、弯曲弹塑性滞回变形等来耗散或吸收地震输入结构中的能量,以减少主体结构地震反应,从而避免结构产生破坏或倒塌。耗能减震技术作为建筑抗震的新技术,能有效吸收地震能量,降低建筑物振动反应,达到建筑物的抗震目的。
耗能减震技术主要用于大型公共建筑的加固,该加固方法的关键是耗能减震装置的选择及布置。目前,耗能减震装置的种类很多,有摩擦性耗能器、钢弹塑性耗能器、铅积压阻尼器、粘弹性阻尼器和粘滞阻尼器等,应用较多的是粘滞阻尼器。
耗能减震中的耗能部件应沿结构的两个主轴力方向分别设置,耗能部件宜设置在层间变形较大的位置。耗能器与斜支撑、填充墙、梁或节点的连接,应符合钢构件连接或钢与钢筋混凝土构件连接的构造要求,并能承担耗能器施加给连接节点的最大作用力。对与耗能部件相连接的结构构件,应计入耗能部件传递的附加内力,并将其传递到基础。
为防止因加固造成新的薄弱环节,应对设置消能支撑处节点进行加固,提高该处节点抗剪能力,改善节点的抗震性能。耗能器及连接构件应根据需要进行防火处理。
2.5拆除加修补法
所谓拆除加修补法就是对刚度过大或刚度分布不均的已有建筑,拆除一些不合理的抗侧力构件,增补合适的抗侧力构件,适当提高主要抗侧力构件的安全储备,并采取提高结构延性的措施,达到抵御地震的目的。
高层建筑的结构主要由水平荷载控制。一方面,应有足够的水平刚度,保证在地震作用下的变形小于规范的限值;另一方面,如高层建筑的水平刚度过大,自振周期变小,地震作用加大,对结构并不利。因此,对于高层建筑,应充分考虑结构的现状,采用提高综合抗震能力的优化原则,尽量减少因加固而增加的自重以充分利用地基基础现有的承载力。采用拆除法时应注意对原有建筑基础的复核,避免地基的不均匀沉降。
3.结语
相对于新建工程而言,抗震加固工程要复杂得多,抗震加固设计没有现成的、商品化的计算程序,甚至有些加固设计尚停留在半经验、半理论的阶段。抗震加固设计必须在“吃透” 原有工程设计的基础上并紧密结合工程现状及加固施工的水平进行,因此,抗震加固工作任重而道远,需我们科技工作者不断的探索和总结,以保证房屋结构的抗震安全。
【参考文献】
[1]田杰,刘志刚.我国建筑抗震加固的回顾与建议[J].工程抗震与加固改造,2006(06).
[2]任晓崧,许奇.拆除策略在已建高层建筑抗震加固中的应用[J].工业建筑,2005(07).
[3]张敬书,潘宝玉.现行抗震加固方法及发展趋势[J].工程抗震与加固改造,2005(01).