框架核心筒結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

摘 要：為了有效防止地震對(duì)框架核心筒結(jié)構(gòu)的破壞，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)施工的時(shí)候，有必要加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)水平。本文將了解框架核心筒結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)原則的基礎(chǔ)上，提出核心筒結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)建議措施。

關(guān)鍵詞：框架核心筒；建筑結(jié)構(gòu)；抗震設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TU973.17 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-3362（2013）09-0102-01

1 建筑框架核心筒結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)原則

根據(jù)《工業(yè)與民用建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定，建筑框架核心筒結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)基本原則可總結(jié)為：

1.1 維持性原則

針對(duì)抗震水平性能降低的建筑核心筒結(jié)構(gòu)，這些建筑的核心筒結(jié)構(gòu)需要按照原來的設(shè)計(jì)規(guī)范要求，提升結(jié)構(gòu)的抗震安全系數(shù)，尤其是出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性能弱化的部位或承載力下降的部位，進(jìn)行維修加固。該原則可參考借鑒的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范有《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》，適用于按照抗震設(shè)計(jì)規(guī)范要求施工的建筑核心筒結(jié)構(gòu)，而該建筑核心筒結(jié)構(gòu)由于主客觀原因，抗震水平已經(jīng)下降，尤其是已經(jīng)超過40a使用年限的建筑核心筒結(jié)構(gòu)，需要盡量使其滿足現(xiàn)行的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

1.2 提升性原則

針對(duì)抗震水平性能是否降低的建筑核心筒結(jié)構(gòu)，這些建筑的核心筒結(jié)構(gòu)都低于現(xiàn)行的抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求。這種抗震設(shè)計(jì)不能繼續(xù)沿用之前的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，而是以現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，對(duì)存在結(jié)構(gòu)抗震水平差異的部位進(jìn)行加固，尤其是那些施工時(shí)沒有嚴(yán)格考慮抗震設(shè)防問題的建筑核心筒結(jié)構(gòu)。提升性抗震設(shè)計(jì)的難度更大，在加固之前，核心筒結(jié)構(gòu)已經(jīng)在一定荷載作用力之下，產(chǎn)生應(yīng)力壓縮或彎曲變形等，對(duì)其加固，并沒有卸除原有的荷載，而是新增加的承載能力，減緩荷載的壓縮影響，從而起到加固的效果。

2 建筑核心筒結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的建議措施

鑒于建筑核心筒結(jié)構(gòu)抗震涉及的基本原則，本文將重點(diǎn)對(duì)粘鋼加固、碳纖維片材加固、外粘型鋼加固三種方法展開分析，具體內(nèi)容如下：

2.1 粘鋼加固設(shè)計(jì)

粘鋼加固設(shè)計(jì)的基本原理是確定建筑核心筒結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土構(gòu)件表面的受拉部位，將一定規(guī)格的鋼板粘貼到該部位上，以便鋼板輔助承受原混凝土構(gòu)件的拉力和剪力，作為核心筒結(jié)構(gòu)受力鋼筋的一部分，這是提高核心筒結(jié)構(gòu)承載力的重要舉措。

2.1.1 粘鋼加固設(shè)計(jì)法的應(yīng)用形式

主要有4種：第1種是將鋼板粘貼在梁式或者板式建筑結(jié)構(gòu)的底部，以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)跨中正截面的抗彎水平和承載水平；第2種是將鋼板粘貼在梁式結(jié)構(gòu)的梁板上部，或者粘貼在中性軸以上部位，以增強(qiáng)制作部位的正截面抗彎水平和承載水平；第3種是將“U”型的鋼板作為錨固鋼板，粘貼在梁式核心筒結(jié)構(gòu)上，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)斜截面的抗剪水平和承載水平；第4種是將“U”型以搭接的形式，粘貼在結(jié)構(gòu)框架柱上，以環(huán)形約束結(jié)構(gòu)抗震加固部位，提高柱的延性水平。

2.1.2 粘鋼加固設(shè)計(jì)法的設(shè)計(jì)要求

清理鋼板與待加固部位結(jié)合面，保持其平整干凈，然后利用強(qiáng)度等級(jí)在C15以上的混凝土，并根據(jù)混凝土強(qiáng)度選擇合適錨固長(zhǎng)度的鋼板，以提高結(jié)合面混凝土的粘貼強(qiáng)度。通常情況下，選擇鋼板厚度越厚，其錨固長(zhǎng)度就越長(zhǎng)，容易對(duì)粘結(jié)效果產(chǎn)生不良影響，而選擇鋼板越薄，需要利用更多的膠量，但會(huì)影響鋼板防腐工作的進(jìn)行。筆者認(rèn)為粘鋼加固的鋼板有3種最佳的厚度，第1種是混凝土強(qiáng)度等級(jí)小于C20時(shí)，鋼板厚度為2～3mm；第2種是混凝土等級(jí)為C20～C25時(shí)，鋼板厚度為3～4mm；第3種是混凝土等級(jí)大于C25時(shí)，鋼板厚度為4～5mm。在滿足計(jì)算規(guī)定的同時(shí)，鋼板錨固長(zhǎng)度需要結(jié)合待加固核心筒結(jié)構(gòu)構(gòu)造要求確定，如果是受拉部位的錨固，其長(zhǎng)度至少為鋼板厚度的200倍，而且不能小于600mm；如果是受壓部位的錨固，錨固長(zhǎng)度至少為鋼板厚度的160倍，而且不能小于490mm。

2.2 碳纖維片材加固設(shè)計(jì)

碳纖維片材加固設(shè)計(jì)法，能夠有效避免界面粘結(jié)強(qiáng)度的強(qiáng)弱問題，提高加固構(gòu)件的抗彎、抗剪、抗扭、抗拉和承載水平。

2.2.1 碳纖維片材加固設(shè)計(jì)原理

以垂直的方向，將碳纖維的材料包裹在待加固的鋼筋混凝土構(gòu)件上，增強(qiáng)構(gòu)件的延性水平和承載水平，以及抗震耗能水平。碳纖維片材自重僅有2N，厚度僅有0.167mm，不會(huì)增加原來結(jié)構(gòu)的自重和截面面積，而且利用手工操作方式就能施工，適用于酸堿鹽等腐蝕環(huán)境，不需要后期維護(hù)，因此應(yīng)用范圍很廣。

2.2.2 碳纖維片材加固設(shè)計(jì)法的應(yīng)用形式

主要有4種類型：第1種是將碳纖維布粘貼在梁式或者板式建筑核心筒結(jié)構(gòu)構(gòu)件的底部，增強(qiáng)構(gòu)件跨中正截面的抗彎水平和承載水平；第2種是將碳纖維布粘貼在梁式建筑核心筒結(jié)構(gòu)構(gòu)件的梁板上部，或者構(gòu)件的中性軸以下，以增強(qiáng)支座正截面的抗彎水平或者承載水平；第3種是將“U”型碳纖維布作為縱向錨固鋼板，粘貼在梁式建筑核心筒結(jié)構(gòu)構(gòu)件上，以增強(qiáng)構(gòu)件斜截面的抗剪水平、承載水平；第4種是“U”型碳纖維布，采用環(huán)形搭接的方法，粘貼框架柱結(jié)構(gòu)抗震加固部位，旨在增強(qiáng)框架柱的延性。

2.2.3 碳纖維片材加固設(shè)計(jì)方法

由于碳纖維布具有較大的極限拉應(yīng)變，因此在加固之后，要控制鋼筋的拉應(yīng)力，盡量控制在鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的范圍之內(nèi)，同時(shí)保持外貼時(shí)的溫度，以及保證加固構(gòu)件混凝土強(qiáng)度在C15之上；在粘貼碳纖維之前，需要清除干凈結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面油污和剝落混凝土等，并保持粘貼碳纖維布與加固部位方向的一致，以及將多條密布粘貼防護(hù)材料與碳纖維布，使得碳纖維布與加固部位形成垂直軸向，提高防護(hù)材料與碳纖維布的粘結(jié)水平。

2.3 外粘型鋼加固設(shè)計(jì)

除了以上兩種建筑核心筒結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法，外粘型鋼加固法同樣具有一定的效果，其加固設(shè)計(jì)的部位主要是結(jié)構(gòu)構(gòu)件的表面或角部，將改性環(huán)氧樹脂膠粘劑灌注加固，以改善結(jié)構(gòu)的受力性能，適用于建筑核心筒結(jié)構(gòu)的梁、柱、墻、桁架、框架等部位的加固，要求搭配角鋼和綴板，全焊接鋼板，并用環(huán)氧樹脂填充不密實(shí)的蜂窩、孔洞和裂縫等，使得新舊結(jié)構(gòu)共同受力，但必須在膠漿初凝之前完成所有操作，方可保證粘結(jié)的緊固。

3 結(jié)語

本文以粘鋼加固、碳纖維片材加固、外粘型鋼加固作為建筑核心筒結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的研究點(diǎn)，通過研究，發(fā)現(xiàn)這些抗震設(shè)計(jì)方法具有明顯的實(shí)用性，但具體的應(yīng)用方法，還需要在實(shí)際工作中進(jìn)行不斷的總結(jié)，方可不斷提高這些方法的適用性水平。

參考文獻(xiàn)

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[2] 段瑾，劉東澤.框架核心筒結(jié)構(gòu)抗震性能分析研究[J].低溫建筑技術(shù)，2011（11）：39-41.

作者簡(jiǎn)介：趙波（1985-），男，助理工程師，主要從事的工作為混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。