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建筑物抗震加固技術(shù)淺述
導(dǎo)讀：震前進(jìn)行了抗震加固的工程經(jīng)受了考驗(yàn),震后完好,而附近未加固的建筑則遭到嚴(yán)重破壞。通過(guò)在原有結(jié)構(gòu)構(gòu)件以外增設(shè)構(gòu)件能夠有效提高結(jié)構(gòu)抗震承載力、變形性能和整體性,對(duì)某些承載力、變形不足的構(gòu)件進(jìn)行補(bǔ)償。大量試驗(yàn)和工程經(jīng)驗(yàn)表明：隔震一般可使結(jié)構(gòu)的水平地震加速度反應(yīng)降低60%左右，從而消除或有效地減輕結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)的地震損壞。目前,作為一種較為成熟有效的減震技術(shù),隔震技術(shù)已經(jīng)列入了規(guī)范,在新建工程中推廣使用。
關(guān)鍵詞：抗震加固，增設(shè)構(gòu)件，外包加固，隔震，減震
建筑物的抗震是實(shí)現(xiàn)安全目標(biāo)的重要措施和手段,但總一些建筑因種種原因在進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工時(shí)未進(jìn)行抗震處理,或雖進(jìn)行抗震處理但達(dá)不到現(xiàn)行規(guī)范的要求，這就需要對(duì)這些建筑物進(jìn)行抗震鑒定,并采取加固措施。許多工程實(shí)例表明;震前進(jìn)行了抗震加固的工程經(jīng)受了考驗(yàn),震后完好,而附近未加固的建筑則遭到嚴(yán)重破壞。這說(shuō)明證明了抗震加固是改善、提高既有建筑抗震能力的有效措施。
1.哪些建筑物需要進(jìn)行抗震加固呢?
1.1建筑物使用功能改變
這類(lèi)建筑均是按照當(dāng)時(shí)的抗震規(guī)范設(shè)計(jì)和建造，有些已經(jīng)不能滿足目前的規(guī)范要求，即使可以滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，但是因?yàn)槭褂霉δ艿母淖�，抗震能力達(dá)不到新的使用功能，不得不進(jìn)行加固。
1.2建筑物設(shè)計(jì)方案本身就不合理
建筑物的破壞隨建筑平立面布置、結(jié)構(gòu)形式的不同和抗震措施的多少而有差別。房屋平面形狀復(fù)雜、立面設(shè)計(jì)不規(guī)則、質(zhì)量剛度分布不均勻,則地震時(shí)較容易引起扭轉(zhuǎn)或變形,從而加重房屋的震害。同時(shí)房屋的高度及高寬比超過(guò)規(guī)范要求時(shí),也易產(chǎn)生平面彎曲破壞。
1.3建筑物在施工過(guò)程中質(zhì)量不符合要求
在砌體結(jié)構(gòu)中，磚砌體質(zhì)量低劣是導(dǎo)致砌體結(jié)構(gòu)破壞的主要原因。有些在施工中為了方便,往往將縱橫墻分開(kāi)砌筑,且構(gòu)造柱與砌體之間沒(méi)有很好的連接,使縱橫墻不能有效地連成整體。在框架結(jié)構(gòu)中，填充墻沒(méi)有在框架柱中預(yù)埋的拉結(jié)鋼筋;框架梁柱節(jié)點(diǎn)受力狀態(tài)十分復(fù)雜,同時(shí)由于梁柱交叉,在梁高核心區(qū)鋼筋縱橫交錯(cuò),使箍筋綁扎十分困難,混凝土澆筑質(zhì)量也難以得到保證。這些施工隱患，對(duì)房屋的抗震非常的不利。
1.4地基失效
當(dāng)建筑物地基內(nèi)含飽和砂層、粉土層時(shí),在強(qiáng)烈地面運(yùn)動(dòng)影響下,土中孔隙水壓力急劇升高,致使地基土發(fā)生液化,地基承載力下降,甚至完全喪失,從而導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)的破壞。
2.目前工程中主要采用抗震加固方法有以下幾種
2.1 增設(shè)構(gòu)件加固法
通過(guò)在原有結(jié)構(gòu)構(gòu)件以外增設(shè)構(gòu)件能夠有效提高結(jié)構(gòu)抗震承載力、變形性能和整體性,對(duì)某些承載力、變形不足的構(gòu)件進(jìn)行補(bǔ)償。在采用增設(shè)構(gòu)件進(jìn)行抗震加固設(shè)計(jì)時(shí),必須要考慮增設(shè)構(gòu)件對(duì)結(jié)構(gòu)整體計(jì)算和抗震性能的影響。
2.1.1增設(shè)墻體加固法。磚混結(jié)構(gòu)中,當(dāng)抗震橫墻間距超過(guò)規(guī)定值或墻體抗震承載力嚴(yán)重不足時(shí),可采用增設(shè)磚抗震墻或鋼筋混凝土抗震墻的方法,來(lái)彌補(bǔ)原有結(jié)構(gòu)抗震能力的不足;在抗震變形較大的框架結(jié)構(gòu)中,增設(shè)鋼筋混凝土抗震墻,使框架結(jié)構(gòu)變成具有多道抗震防線、側(cè)向變形較小的框剪結(jié)構(gòu),框架承受的地震力大大減小,從而達(dá)到不加固或少加固框架而大幅度提高結(jié)構(gòu)抗震性能的目的,這種方法已經(jīng)成為框架結(jié)構(gòu)加固的最主要方法之一。但這種方法必須進(jìn)行加固后結(jié)構(gòu)的整體抗震計(jì)算,而且在新加抗震墻下要增設(shè)基礎(chǔ),施工周期較長(zhǎng),對(duì)被加固房屋的使用有較大影響。
2.1.2 增設(shè)構(gòu)造柱、圈梁加固法。外加鋼筋混凝土構(gòu)造柱,是指在已建成的磚混結(jié)構(gòu)房屋墻體的某些部位的外側(cè)或內(nèi)側(cè)設(shè)置鋼筋混凝土柱,與墻體組合起來(lái),共同承擔(dān)地震力。國(guó)內(nèi)外宏觀震害經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)研究表明,采用外加鋼筋混凝土構(gòu)造柱可以提高結(jié)構(gòu)的抗變形能力和抗剪強(qiáng)度,大大減輕結(jié)構(gòu)震害。如果圈梁設(shè)置不足,也可采用鋼筋混凝土外加圈梁或板底鋼筋混凝土夾內(nèi)墻圈梁進(jìn)行加固。論文發(fā)表。
2.1.3 增設(shè)拉桿加固法。鋼拉桿可以代替內(nèi)墻上的圈梁與外墻圈梁配合使用,也可以單獨(dú)使用,作為縱橫墻的拉結(jié)措施防止縱墻外閃倒塌,還可以保證外加鋼筋混凝土柱與磚墻共同工作,約束墻體,提高墻體的整體性。
2.1.4增設(shè)柱子加固法。在梁的跨中增設(shè)支柱等構(gòu)件,可以較大幅度的提高被加固構(gòu)件的承載力,減小了構(gòu)件變形,從而也增大了既有構(gòu)件的抗震能力。
2.2 外包加固法
指在結(jié)構(gòu)構(gòu)件外面增設(shè)加強(qiáng)層,以提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震能力、變形性能和整體性。這種加固方法是一種常用的抗震加固方法,某些方法能大幅度提高結(jié)構(gòu)的抗震能力,一般做法有:
2.2.1 鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層加固法。論文發(fā)表。對(duì)于一些未經(jīng)抗震設(shè)計(jì)的多層磚房,僅靠外加圈梁、拉桿及構(gòu)造柱還不能達(dá)到抗震要求。試驗(yàn)研究表明,鋼筋網(wǎng)砂漿面層可大幅度提高原有墻體的抗側(cè)力剛度與受剪承載力。在受力時(shí)水泥砂漿面層首先開(kāi)裂,然后是磚砌體,最后是鋼筋達(dá)到屈服,它們之間達(dá)到極限承載力的時(shí)間間隔與加固的水泥砂漿與鋼筋數(shù)量等有關(guān)。
2.2.2 粘鋼加固法。該法是一種適應(yīng)面廣、施工方便、在較少增加剛度的條件下能大幅度提高構(gòu)件抗震性能的一種發(fā)展勢(shì)頭良好的加固方法。論文發(fā)表。這種方法使現(xiàn)有結(jié)構(gòu)系統(tǒng)幾乎沒(méi)有改變 ,同時(shí)合理的設(shè)計(jì) ,規(guī)范地實(shí)施這一工作將能保證在設(shè)計(jì)荷載范圍內(nèi)結(jié)構(gòu)的整體聯(lián)合作用 ,粘在混凝土梁受拉表面的鋼板能提高抗彎能力 ,同時(shí)也能提高抗彎剛度并相應(yīng)地減少撓度和開(kāi)裂。但是該方法可能會(huì)因鋼板自重較大 ,或因結(jié)構(gòu)物外形復(fù)雜而存在一定的難度;且施工時(shí)必須在結(jié)構(gòu)構(gòu)件上鉆孔 ,埋設(shè)一定數(shù)量的錨栓 ,增加了構(gòu)件的損傷;外鋼板還需要定期作防銹蝕處理 ,并且也不適宜用于有腐蝕介質(zhì)環(huán)境。
2.2.3 外包鋼加固法。該法是以型鋼(一般為角鋼)外包于構(gòu)件四角的加固方法 ,適用于使用上不允許過(guò)大增加原構(gòu)件截面尺寸 ,卻又要求大幅度地提高截面承載能力的混凝土結(jié)構(gòu)加固。外包鋼加固分干式和濕式兩種情況。濕式外包鋼加固 ,外包型鋼與構(gòu)件之間是采用乳膠水泥粘貼或環(huán)氧樹(shù)脂化學(xué)灌漿等方法粘結(jié) ,以期型鋼架與原構(gòu)件能整體工作共同受力;干式外包鋼加固 ,型鋼與原構(gòu)件之間無(wú)任何粘結(jié) ,不能確保結(jié)合面剪應(yīng)力和彎曲拉應(yīng)力的有效傳遞 ,外包鋼架與原構(gòu)件不能保證整體工作 ,與濕式外包鋼相比 ,干式外包鋼施工更為簡(jiǎn)便 ,但承載能力提高不如濕式外包鋼有效�？拐鸺庸讨幸话悴捎脻穹�,它適用于加固鋼筋混凝土梁、柱及磚柱等。具有施工方便,能有效提高構(gòu)件抗震性能的優(yōu)點(diǎn),但使用時(shí)應(yīng)注意對(duì)鋼構(gòu)套表面涂刷防銹漆,或采用水泥砂漿面層保護(hù)。
2.2.4碳纖維加固法。該法是一項(xiàng)新的應(yīng)用外粘高性能復(fù)合材料的加固方法,它采用采用高性能粘結(jié)劑將碳纖維布粘貼在建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面,使兩者共同工作,提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的(抗彎、抗剪) 承載能力,從而達(dá)到對(duì)建筑物進(jìn)行加固、補(bǔ)強(qiáng)的目的。由于碳纖維織物具有高強(qiáng)度、高彈性模量、耐腐蝕、耐久性能好、施工簡(jiǎn)捷、沒(méi)有濕作業(yè)、不需大型施工機(jī)具、適用面廣 ,可廣泛實(shí)用于各種結(jié)構(gòu)類(lèi)型、各種結(jié)構(gòu)形狀、各種結(jié)構(gòu)部位的加固修補(bǔ) ,且不改變結(jié)構(gòu)形狀及不影響結(jié)構(gòu)外觀 ,這是目前任何一種結(jié)構(gòu)加固方法所不可比擬的。但該法也存在使用時(shí)間不長(zhǎng),使用經(jīng)驗(yàn)不多,費(fèi)用較高的缺點(diǎn),而且也由于粘結(jié)劑的原因,使用環(huán)境溫度不能大于60 ℃。
2.3 增強(qiáng)自身整體性加固法
該法用于加強(qiáng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件本身,恢復(fù)或提高構(gòu)件的承載力和抗震能力,一般不做為單獨(dú)的抗震加固方法使用。
2.3.1 壓力灌注水泥漿加固法。對(duì)已開(kāi)裂的墻體，可采用壓力灌漿修補(bǔ)，對(duì)砌筑砂漿飽滿度差或砌筑砂漿強(qiáng)度等級(jí)偏低的墻體，可用滿墻灌漿加固，也可以用來(lái)提高砌筑砂漿強(qiáng)度等級(jí)≤M1 以下磚墻的抗震承載力。
2.3.2壓力灌注環(huán)氧樹(shù)脂漿加固法。當(dāng)鋼筋混凝土構(gòu)件出現(xiàn)裂縫時(shí)，可灌注環(huán)氧樹(shù)脂漿補(bǔ)強(qiáng)。
3.減小地震作用的加固方法
上邊所說(shuō)的都是增大結(jié)構(gòu)抗震能力的加固方法，另外，還有減小地震作用的加固方法。這種方法似乎并沒(méi)有加固結(jié)構(gòu),但實(shí)際上在任何情況下,減小地震作用就意味著結(jié)構(gòu)抗震安全度的提高,就意味著結(jié)構(gòu)得到了加固。
3.1 隔震加固法
大量試驗(yàn)和工程經(jīng)驗(yàn)表明：隔震一般可使結(jié)構(gòu)的水平地震加速度反應(yīng)降低60%左右，從而消除或有效地減輕結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)的地震損壞。在地震作用下,隔震墊在水平向發(fā)生較大變形,吸收并消耗較多的地震能量,從而使上部結(jié)構(gòu)周期加長(zhǎng),傳遞給上部結(jié)構(gòu)的地面水平地震加速度大大減小,從而減小了上部結(jié)構(gòu)承受的地震力。目前,作為一種較為成熟有效的減震技術(shù),隔震技術(shù)已經(jīng)列入了規(guī)范,在新建工程中推廣使用。
3.2 消能減震加固法
消能減震是采用設(shè)置消能器來(lái)控制預(yù)期的結(jié)構(gòu)變形,增大結(jié)構(gòu)阻尼,同時(shí)減少結(jié)構(gòu)的水平和豎向地震作用,從而使主體結(jié)構(gòu)在罕遇地震下不發(fā)生嚴(yán)重破壞,該法適用范圍較廣。用該法進(jìn)行抗震加固,收到了良好效果。
建筑物的抗震加固的方法很多，各有利弊，加固方法的選擇應(yīng)根據(jù)抗震鑒定的結(jié)果，結(jié)合結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，綜合考慮加固效果、施工簡(jiǎn)便性及經(jīng)濟(jì)性等因素決定。
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