砌體房屋抗震加固及其性能研究

肖龍先，屈鐵軍，王獻(xiàn)云，安 棟

（北方工業(yè)大學(xué) 建筑工程學(xué)院，北京 100144）

地震是一種不可抗拒的自然現(xiàn)象，嚴(yán)重地影響著人們的生活和各類生產(chǎn)活動(dòng)。因?yàn)槠鲶w結(jié)構(gòu)材料屬脆性材料，強(qiáng)度較低、變異較大，結(jié)構(gòu)的整體性和抗震性能較差，地震發(fā)生時(shí)，砌體結(jié)構(gòu)的房屋容易被破壞。另外，在地基產(chǎn)生不均勻沉降或有溫度變形作用時(shí)，極易產(chǎn)生各種裂縫，在長(zhǎng)期的使用過程中會(huì)產(chǎn)生程度不同的損傷或破壞，更增加了砌體房屋破壞的嚴(yán)重性。[1]目前砌體結(jié)構(gòu)在我國(guó)房屋建筑中應(yīng)用廣泛，尤其是在廣大村鎮(zhèn)房屋建筑中占很大比重，而我國(guó)又是一個(gè)多地震的國(guó)家，歷次震害表明，多層砌體結(jié)構(gòu)房屋受地震的破壞最為嚴(yán)重。為此，除在砌體房屋的設(shè)計(jì)和施工中采取必要的措施防止開裂外，如何提高磚砌墻體的抗剪強(qiáng)度和抗裂性能，及如何對(duì)已開裂的墻體進(jìn)行加固修復(fù)，是當(dāng)前砌體結(jié)構(gòu)房屋中急待解決的問題之一。本文就基于目前對(duì)砌體結(jié)構(gòu)加固的發(fā)展及其研究現(xiàn)狀，對(duì)一些加固方法進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，從而讓我們對(duì)砌體結(jié)構(gòu)的抗震加固有一些了解和認(rèn)識(shí)。

一、砌體結(jié)構(gòu)房屋抗震加固原則

1.砌體房屋結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的強(qiáng)弱是判斷其抗震性能好壞的重要依據(jù)，滿足結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性是砌體結(jié)構(gòu)房屋抗震加固的基本原則；

2.加固時(shí)應(yīng)在原有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行加固，加固后的砌體房屋結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化，不影響原有房屋的結(jié)構(gòu)；

3.加固后的房屋應(yīng)該保證局部剛度不會(huì)發(fā)生突變，并且質(zhì)量分布均衡；

4.加固后砌體結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的抗震能力要比加固前強(qiáng)，可以達(dá)到預(yù)定的抗震能力。[2]

二、砌體結(jié)構(gòu)加固技術(shù)和方法

抗震結(jié)構(gòu)的加固一般包括民用建筑、公共建筑、工業(yè)建筑、構(gòu)筑物和城市基礎(chǔ)設(shè)施等。進(jìn)行房屋抗震加固的目的是增強(qiáng)建筑物的整體性，使其抵御地震破壞的性能提高。一般做法是加構(gòu)造柱、圈梁、加鋼筋網(wǎng)墻、對(duì)墻面進(jìn)行處理、設(shè)圓鋼拉桿、外包柱等。[3]磚墻體承載力和抗震構(gòu)造措施是磚混結(jié)構(gòu)加固的重要內(nèi)容，墻體是磚混結(jié)構(gòu)受力的主要受力構(gòu)件，其質(zhì)量好壞決定了整個(gè)建筑物抗震性能的好與壞。圈梁和構(gòu)造柱為磚混結(jié)構(gòu)的主要抗震措施。構(gòu)造柱與現(xiàn)澆圈梁及內(nèi)墻拉桿結(jié)成整體，形成外包框架，是加強(qiáng)房屋整體抗震性能的有效措施。[4]

1.增設(shè)圈梁加固：增設(shè)圈梁主要起到連接的作用，屬于構(gòu)造配筋。增設(shè)的圈梁樓、屋蓋的同一標(biāo)高平面內(nèi)閉合，在陽臺(tái)、樓梯間、窗戶附近應(yīng)拐彎通過在變形縫兩側(cè)閉合。圈梁宜連續(xù)地設(shè)在同水平面上，以避免建筑物質(zhì)量分布不均和局部剛度發(fā)生突變，并沿縱橫墻應(yīng)形成封閉狀。[1]當(dāng)圈梁被門窗洞口截?cái)鄷r(shí)，應(yīng)在洞口上部增設(shè)相同截面的附加圈梁。附加圈梁與圈梁的搭接長(zhǎng)度不應(yīng)小于其中垂直間距的二倍，且不得小于1m。[2]增設(shè)圈梁加固可以使樓板和墻的整體性和穩(wěn)定性加強(qiáng)，地震時(shí)圈梁可以箍住樓蓋，提高樓蓋剛度。并且，對(duì)于地基不均勻沉降引起的變形也有一定的抵抗能力。

2.增設(shè)梁墊加固：當(dāng)大梁下磚砌體被局部壓碎或大梁下墻體出現(xiàn)局部豎直裂縫時(shí)，可增設(shè)梁墊進(jìn)行加固。加固時(shí)需要剔除部分磚塊，可用等級(jí)稍強(qiáng)的水泥砂漿代替。增設(shè)梁墊的目的是增加梁對(duì)墻體的作用面積，減小梁下面磚塊的應(yīng)力，以避免由于磚塊應(yīng)力不夠?qū)е聣核槎茐恼鎵w。[5]單純的增設(shè)梁墊對(duì)房屋增強(qiáng)抗震強(qiáng)度的作用不是很大，墻體的整體性并沒有得到提高，應(yīng)當(dāng)同時(shí)加固墻體整體性連接，如增設(shè)圈梁、外包鋼筋網(wǎng)片等。

3.無粘結(jié)外包型鋼加固法：該法屬于傳統(tǒng)加固方法，其優(yōu)點(diǎn)是施工簡(jiǎn)便、現(xiàn)場(chǎng)工作量和濕作業(yè)少，受力較為可靠，適用于不允許增大原構(gòu)件截面尺寸，卻又要求大幅度提高截面承力的砌體柱的加固，其缺點(diǎn)為加固費(fèi)用較高，并需采用類似鋼結(jié)構(gòu)的防護(hù)措施。[6]外包所采用的型鋼需要型鋼廠配設(shè)，且施工時(shí)對(duì)施工人員的專業(yè)技術(shù)要求較高。外包后的墻體在截面尺寸上改變不大，整體性、強(qiáng)度、剛度都得到有效的提高，但是外觀的美感降低，對(duì)于有外觀美感要求的裝飾房屋還需要進(jìn)行裝飾。[7]

4.外加鋼筋混泥土柱加固法：設(shè)置外加柱可以增加房屋抗傾覆能力，對(duì)局部易損墻段的承載力有顯著提高。設(shè)置外加柱時(shí)應(yīng)當(dāng)適當(dāng)選擇位置，一般設(shè)置在房屋外墻的四角轉(zhuǎn)角處、樓梯間與外墻交接處外側(cè)、內(nèi)外墻的交接處外側(cè)及外墻墻垛處等建筑物需加強(qiáng)的部位。外加柱應(yīng)該全長(zhǎng)貫通，并不得錯(cuò)位。當(dāng)建筑物有變形縫或抗震縫時(shí)，應(yīng)在縫的兩側(cè)分別設(shè)置外加柱不得合為一根設(shè)置。[2]外加柱的混泥土強(qiáng)度應(yīng)不小于C20，柱的截面尺寸和配筋率也有一定的要求。

5.砌體局部拆砌：當(dāng)房屋局部破裂但在查清其破裂原因后尚未影響承重及安全時(shí)，可將破裂墻體局部拆除，并按配合比提高砂漿強(qiáng)度一級(jí)用整磚填砌。墻體的修補(bǔ)可采用以下做法：鑿去墻體抹灰層，用清水沖洗墻面，以沖掉墻面灰塵。設(shè)置脹錨螺栓，焊接豎向固定鋼筋，綁扎橫向鋼筋及斜向鋼筋。用強(qiáng)度較高的礦渣水泥、中砂，按比例拌制砂漿，分層分段抹灰。[1]

6.砌體裂縫修補(bǔ)：在進(jìn)行裂縫修補(bǔ)前，應(yīng)根據(jù)砌體構(gòu)件的受力狀態(tài)和裂縫的特征等因素，確定造成砌體裂縫的原因，以便有針對(duì)性地進(jìn)行裂縫修補(bǔ)或采用相應(yīng)的加固措施。修補(bǔ)時(shí)可采用壓力灌漿修補(bǔ)，滿墻灌漿可以加固砌筑砂漿飽滿度差或砌筑砂漿強(qiáng)度偏低的墻體。對(duì)于抗震加固效果而言，層間隔震加固和增設(shè)構(gòu)造柱、圈梁、鋼拉桿的抗震效果較好。[4]

據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界上130次巨大的地震，其中95%以上的人員傷亡，是由抗震能力不足的建筑物倒塌造成的。因此抗震加固對(duì)于減輕地震時(shí)生命財(cái)產(chǎn)的損失是非常重要的。[1]抗震加固是減輕地震災(zāi)害的重要措施，但在現(xiàn)實(shí)中對(duì)已有的建筑物卻缺乏必要的加固措施。一方面，目前還有大量不滿足抗震設(shè)防要求的建筑物，必須積極推進(jìn)抗震加固工作；另一方面，從保護(hù)生態(tài)環(huán)境的高度來說，也應(yīng)盡量不拆除現(xiàn)存的這些不滿足抗震能力要求的建筑，而采用抗震加固技術(shù)，即使不面對(duì)地震，營(yíng)造可持續(xù)發(fā)展的社會(huì)環(huán)境也是極其重要的。[7]由于高科技的快速發(fā)展，在加固工程中越來越多的高科技產(chǎn)品及方法將得到應(yīng)用?？拐鸺庸淌且豁?xiàng)有著社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益的重要措施。

[1]谷軍明，繆昇，盧諒，楊海名.對(duì)砌體結(jié)構(gòu)抗震加固探討[Z].昆明理工大學(xué)，2004.

[2]薛素鐸，趙均，高向宇.建筑抗震設(shè)計(jì)[M].北京：科學(xué)出版社，2007.

[3]任振甲.既有磚混結(jié)構(gòu)房屋抗震加固做法與分析[J].華中建筑，1998，（01）.

[4]唐佩韋.關(guān)于抗麓加固的若干設(shè)想[J].北京建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，1994，（9）.

[5]張震，宋紅.民用建筑房屋接層改造鑒定及抗震加固設(shè)計(jì)探討[J].遼寧建材，2002，（3）.

[6]張立人.建筑結(jié)構(gòu)檢測(cè)鑒定與加固[M].武漢理工大學(xué)出版社，2003，（9）.

[7]全學(xué)友，劉春茂，趙國(guó).對(duì)砌體結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)建議[Z].重慶建筑大學(xué)建工學(xué)院，2000.