對(duì)砌體結(jié)構(gòu)建筑的抗震鑒定及加固方法探討

張鑰

【摘 要】本文對(duì)影響砌體房屋抗震性能的因素進(jìn)行了分析，并提出了對(duì)砌體結(jié)構(gòu)房屋的抗震加固方法。

【關(guān)鍵詞】建筑結(jié)構(gòu)；抗震；加固

我國(guó)是世界上遭受地震災(zāi)害最嚴(yán)重的國(guó)家之一，由于受太平洋板塊、亞歐大陸板塊和印度洋板塊的擠壓，地震斷裂帶縱深發(fā)育水平很高，導(dǎo)致我國(guó)地震活動(dòng)頻度高、強(qiáng)度大。大陸Ⅵ～Ⅸ度地震區(qū)占國(guó)土面積的80%以上，并且地震區(qū)中很大一部分為抗震設(shè)防相對(duì)較薄弱的村鎮(zhèn)地區(qū)。歷次震害表明，砌體結(jié)構(gòu)建筑物的樓層數(shù)越高其所受的震害就越嚴(yán)重。

1.影響砌體房屋抗震性能的因素分析

1.1砌體房屋縱墻的影響

隨著住宅商品化和住宅功能要求的提高，使得一些多層砌體住宅房屋的客廳增大，個(gè)別的設(shè)計(jì)方案和實(shí)際工程在客廳的外縱墻沒(méi)有設(shè)置，形成構(gòu)造柱、圈梁與陽(yáng)臺(tái)門相連，使得外縱墻的開(kāi)洞率大于55%。眾所周知，多層砌體房屋的抗震性能主要依靠砌體墻，而地震作用在水平方向是兩個(gè)方向的，房屋的縱向相對(duì)于橫向弱得多，在地震作用下縱向則率先開(kāi)裂和破壞。由于是縱向墻體又是橫向墻體的支承，所以縱向墻體的開(kāi)裂和破壞則會(huì)削弱對(duì)橫向墻體的支撐作用，對(duì)多層砌體房屋的整體抗震能力產(chǎn)生非常不利的影響。

在實(shí)際的多層砌體住宅房屋中，還有縱向陽(yáng)臺(tái)門和窗的中間砌筑240mm×240mm的砌體墻垛。這個(gè)方案雖然較陽(yáng)臺(tái)全部為開(kāi)洞要好一些，但是該砌體墻垛的高寬比遠(yuǎn)大于4，在地震作用下為彎曲破壞，由于砌體墻垛的抗彎能力很差，所以該墻垛對(duì)房屋的整體抗震能力幾乎沒(méi)有什么貢獻(xiàn)。

提高多層砌體住宅房屋的縱向抗震能力，應(yīng)滿足以下兩個(gè)方面的要求：

（1）多層砌體住宅房屋至少有一道通長(zhǎng)且基本貫通的內(nèi)縱墻，門洞的寬度不宜大于1.5m；所謂基本貫通，就是不宜有大于720mm的錯(cuò)位。

（2）外縱墻的開(kāi)洞率應(yīng)進(jìn)行控制。在僅有一道內(nèi)縱墻的情況下，6度和7度時(shí)外縱墻的開(kāi)洞率不宜和不應(yīng)超過(guò)55%；8度時(shí)不宜超過(guò)50%。

1.2 砌體墻段的局部尺寸

《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》明確規(guī)定：“局部尺寸不能滿足時(shí)應(yīng)采取局部加強(qiáng)措施彌補(bǔ)?！边@里有兩個(gè)問(wèn)題值得討論：

1.2.1局部尺寸不足的量化

從局部尺寸的限值是為了在地震作用下該軸線的墻段各個(gè)擊破即個(gè)別墻率先開(kāi)裂和破壞的概念出發(fā)，局部尺寸不足者不宜小于[GB50011—2001建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范]給出的限值0.8；其墻段的寬度可以從墻體外邊緣算起。

1.2.2采取加強(qiáng)措施

（1）加大墻邊處構(gòu)造柱的截面和配筋。

（2）對(duì)局部尺寸不足的墻段采用水平配筋砌體等。

1.3 砌體房屋的層數(shù)及高度

現(xiàn)行建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB5001l-2001）對(duì)多層砌體房屋的總高度和總層數(shù)有了強(qiáng)制性規(guī)定。在設(shè)計(jì)中房屋總高度及總層數(shù)應(yīng)同時(shí)滿足限值，因?yàn)闃巧w重量占房屋總重的一半左右，房屋總高度相同，多一層樓蓋就意味著增加半層樓的側(cè)向地震作用，同時(shí)加大對(duì)底部的傾覆力矩。在中、強(qiáng)地震作用下，因傾覆力矩過(guò)大，使得底部墻體產(chǎn)生過(guò)大的壓力或剪而被破壞，故此減輕自重、減少層數(shù)、降低層高是削弱地震影響的有效途徑之一。

1.4墻體的高寬比

由于砌體墻的破壞形態(tài)與墻體的高寬比有關(guān)。當(dāng)砌體墻的高寬比小于1.0時(shí)，墻體形成剪切破壞的x形裂縫；當(dāng)砌體墻的高寬比不小于1.0且不大于4.0時(shí)，墻體為剪彎破壞；當(dāng)砌體墻的高寬比大于4.0時(shí)，為彎曲破壞。在墻體中部增設(shè)構(gòu)造柱后，其墻體的破壞形態(tài)按構(gòu)造柱和圈梁（或鋼筋混凝土帶）包圍的兩個(gè)子墻體呈現(xiàn)出不同高寬比的破壞形態(tài)。若砌體墻沿高度方向的中部也設(shè)置鋼筋混凝土帶，則按構(gòu)造柱和圈梁（或鋼筋混凝土帶）包圍的四個(gè)子墻體呈現(xiàn)出不同高寬比的破壞形態(tài)。因此，在應(yīng)用新的GB50011-2001建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范橫墻較少關(guān)于“在橫墻內(nèi)的柱距不宜大于層高”時(shí)，也要注意不要造成構(gòu)造柱和圈梁所包圍墻體的高寬比大于1.0。當(dāng)出現(xiàn)構(gòu)造柱和圈梁所包圍墻體的高寬比大于1.0時(shí)，宜在墻體高度的中部增設(shè)60mm高的鋼筋混凝土帶，配筋可采用3Φ6。另外，對(duì)于橫墻較少的多層砌體住宅房屋的方案設(shè)計(jì)申，一般宜控制一層內(nèi)大于4.2m的房間占該層總面積不超過(guò)60%，否則不會(huì)在橫墻較少的多層砌體住宅房屋的抗震驗(yàn)算中通過(guò)，則必然增加方案的修改工作量。

2.砌體結(jié)構(gòu)房屋的抗震加固

上部結(jié)構(gòu)根據(jù)實(shí)際工程概況分析加固原因和目的，進(jìn)而確定結(jié)構(gòu)的抗震加固方法。對(duì)抗震承載力不足或開(kāi)裂受損的房屋而言，宜采取面層或板墻加固、拆除重砌、增設(shè)砌體或鋼筋混凝土抗震墻、裂縫灌漿加固等措施。對(duì)于整體性差的砌體結(jié)構(gòu)，采用增設(shè)構(gòu)造柱、圈梁、鋼拉桿或錨桿等措施加強(qiáng)縱橫墻及其與樓屋蓋的連接；也可采取增設(shè)托梁、預(yù)制樓屋蓋增設(shè)疊合層等方法加強(qiáng)樓屋蓋，從而提高結(jié)構(gòu)的整體性。局部薄弱部位，如無(wú)拉結(jié)筋的填充墻、“女兒墻”、懸挑構(gòu)件、平面不規(guī)則處等，采取有關(guān)拉結(jié)、增強(qiáng)承載力、拆除或平面切割等措施。以上的加固措施均屬于傳統(tǒng)加固方法，其基本原理是提高砌體結(jié)構(gòu)的抗震承載力或整體性，主要措施是增大材料強(qiáng)度、加大構(gòu)件截面、增設(shè)新構(gòu)件等。

2.1適用于砌體結(jié)構(gòu)的直接加固方法

（1）鋼筋混凝土外加層加固法——屬于復(fù)合截面加固法。其優(yōu)點(diǎn)是施工工藝簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)，加固后的承載力提高明顯，技術(shù)經(jīng)驗(yàn)比較成熟；常用于加固柱、帶壁墻，但其現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)施工時(shí)間長(zhǎng)，加固后建筑結(jié)構(gòu)的凈空有所減小。

（2）鋼筋水泥砂漿外加層加固法——屬于復(fù)合截面法。其原理是把欲加固墻體表面粉刷層剔除，在墻體兩側(cè)附設(shè)Φ4mm～Φ8mm的鋼筋網(wǎng)片，然后抹水泥砂漿面層，常用于砌體墻加固及鋼筋混凝土外加層加固帶壁柱墻時(shí)兩側(cè)穿墻箍筋的封閉。

（3）增設(shè)扶壁柱加固法——屬于加大截面加固法。其優(yōu)點(diǎn)與鋼筋混凝土外加層加固法相近，但承載力提高有限，不易滿足結(jié)構(gòu)的抗震要求，一般僅用于非抗震設(shè)防地區(qū)。

2.2 適用于砌體結(jié)構(gòu)的間接加固方法

（1）包鋼加固——也稱粘結(jié)外包型鋼加固法，以環(huán)氧樹(shù)脂化學(xué)灌漿等方法粘結(jié)時(shí)，稱之為濕式包鋼加固。這種措施受力可靠，施工簡(jiǎn)便，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)量小，但用鋼量較大，加固費(fèi)用高，防護(hù)措施要求較高，適用于使用上不允許顯著增大原構(gòu)件截面尺寸，但又要求大幅度提高結(jié)構(gòu)承載能力的加固。

（2）預(yù)應(yīng)力撐桿加固法——其優(yōu)點(diǎn)是最大幅度地提高砌體柱的承載能力，適用于加固高應(yīng)力、高應(yīng)變狀態(tài)的砌體結(jié)構(gòu)；缺點(diǎn)是不能在600℃以上的高溫環(huán)境中使用。

2.3 砌體結(jié)構(gòu)構(gòu)造性加固與修補(bǔ)

（1）增設(shè)圈梁——這種措施可用于既有砌體結(jié)構(gòu)的圈梁設(shè)置不符合抗震要求、縱橫墻交接處有明顯缺陷及房屋整體性較差等工況。

（2）增設(shè)梁墊——該措施可用于大梁下磚砌體被局部壓碎或大梁下墻體局部產(chǎn)生豎向裂縫等工況。

（3）砌體局部拆砌——當(dāng)房屋發(fā)生局部破裂，且未影響承重及結(jié)構(gòu)性安全時(shí)，將破裂墻體局部拆除，并采用高一級(jí)強(qiáng)度的（下轉(zhuǎn)第341頁(yè)）（上接第238頁(yè)）砂漿及整磚砌筑。

（4）砌體裂縫修補(bǔ)——可根據(jù)砌體構(gòu)件的受力狀態(tài)和裂縫特征及其產(chǎn)生原因，針對(duì)性地進(jìn)行裂縫修補(bǔ)或加固。常采用水泥砂漿填縫修補(bǔ)、配筋水泥砂漿填縫修補(bǔ)、灌漿修復(fù)等措施。

3.抗震加固新技術(shù)

3.1減震隔震

隨著減震技術(shù)的發(fā)展，以及對(duì)歷次強(qiáng)烈地震中建筑結(jié)構(gòu)破壞形式的總結(jié)，我們可通過(guò)分析地震作用效應(yīng)，采用減震隔震技術(shù)，減小既有砌體房屋在強(qiáng)震中所承受的地震作用。目前在既有建筑結(jié)構(gòu)中常用的減震技術(shù)主要有基礎(chǔ)隔震技術(shù)、消能減震技術(shù)以及調(diào)諧減震技術(shù)等被動(dòng)減震方法。

3.2 抗震加固與節(jié)能改造一體化

當(dāng)今世界資源越來(lái)越短缺，地震頻發(fā)，針對(duì)抗震加固和節(jié)能改造這兩項(xiàng)工程，許多學(xué)者提出了抗震加固與節(jié)能改造一體化，并對(duì)其技術(shù)進(jìn)行了深入的研究。一體化技術(shù)可以提高既有結(jié)構(gòu)承載能力、改善既有結(jié)構(gòu)的抗震性能，與傳統(tǒng)抗震加固技術(shù)相比，一體化技術(shù)改造后結(jié)構(gòu)的承載能力更高、抗震性能更好，能使既有建筑耗能能力有所降低，節(jié)約能源，實(shí)現(xiàn)了抗震加固與節(jié)能改造有機(jī)結(jié)合，避免二次作業(yè)，設(shè)計(jì)施工一體化，降低運(yùn)營(yíng)成本。目前，?；⒅楸厣皾{是抗震加固與節(jié)能改造一體化技術(shù)中最常用的無(wú)機(jī)材料。

【參考文獻(xiàn)】

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