談混凝土結(jié)構(gòu)抗震加固方案

張 娥

(首都師范大學基建處，北京 100048)

談混凝土結(jié)構(gòu)抗震加固方案

張 娥

(首都師范大學基建處，北京 100048)

結(jié)合抗震加固工程實踐，對抗震加固工程領域存在的主要問題進行了闡述，探討了抗震加固工程的設計原則、常用加固方案及選擇要點，并以教學樓抗震加固工程為例進行介紹，為相關工程提供參考。

混凝土結(jié)構(gòu)，抗震加固，設計原則，加固方案

1 概述

目前建筑工程抗震加固的要求已擴大到6度設防區(qū)，與GB 50011 抗震設計規(guī)范配套的鑒定與加固的技術標準已被實施，結(jié)構(gòu)抗震能力的綜合分析研發(fā)被突出強調(diào)。

為確保我校師生員工的生命安全及響應上級主管部門對“校安工程”的工作部署，2008年8月開始由本人負責組織對我校校舍進行了全面的抗震排查鑒定，并根據(jù)鑒定結(jié)果采取了更新、加固改造及維修等措施。因此，結(jié)合我校抗震加固工程實踐，本人對多層混凝土結(jié)構(gòu)的抗震加固設計原則、設計方案等進行了系統(tǒng)分析，以供相關工程參考。

2 抗震加固工程存在的主要問題及設計原則

考察了兄弟院校的抗震加固工程實例，發(fā)現(xiàn)當前抗震加固工程存在的主要問題有：1)工程造價的限制。學校加固工程資金來源多為財政專項，基本控制在400元/m2～500元/m2以內(nèi)，限制了加固方案的選擇；2)加固設計所需的原始數(shù)據(jù)可靠性差。原設計資料遺失的現(xiàn)象較多，現(xiàn)場補測難以做到全面、細致；3)施工技術水平的制約。加固施工單位大多資質(zhì)較低，技術水平不高；4)施工工期較短。校舍加固施工一般要求在暑期完成，工期較短，且施工過程中變更洽商較多等。

抗震加固結(jié)構(gòu)的受力特點不同于新建結(jié)構(gòu)，屬于二次組合結(jié)構(gòu)，新舊結(jié)構(gòu)之間存在應力、應變滯后的現(xiàn)象，故設計時需遵循以下原則：1)應根據(jù)專業(yè)鑒定結(jié)論經(jīng)綜合分析后確定加固方案，側(cè)重改善構(gòu)件的受力狀況、提高結(jié)構(gòu)的綜合抗震能力；2)加固方案應消除或減少抗震不利因素，避免局部加強導致結(jié)構(gòu)剛度或強度突變；3)新增構(gòu)件與原構(gòu)件之間連接應可靠、協(xié)同工作，新增的豎向構(gòu)件的基礎應可靠；4)加固所用材料類型與原結(jié)構(gòu)相同時，其強度等級不應低于原材料的實際強度等級。

3 常用抗震加固方案及選擇要點

3.1 常用抗震加固方案及其特點

隨著我國經(jīng)濟和科技水平的發(fā)展，抗震加固領域出現(xiàn)了一批新技術、新工藝、新材料。目前混凝土結(jié)構(gòu)抗震加固方案有傳統(tǒng)抗震加固法和新型抗震加固法兩大類，各種加固方案的特點如下：

1)傳統(tǒng)抗震加固方案。

加大截面法，即外包混凝土加固法，通過在原混凝土構(gòu)件外，疊澆新的鋼筋混凝土，以提高構(gòu)件承載力和結(jié)構(gòu)剛度、改善延性，加固后能保證結(jié)構(gòu)的整體性能。此法加固效果可靠，質(zhì)量穩(wěn)定，適應面廣；但由于是濕作業(yè)，具有工作量大、養(yǎng)護時間長、占用空間及加固后建筑物的凈空有一定的減小等缺點。

外包鋼加固法，常采用濕式外包鋼加固法，即在型鋼與原有構(gòu)件之間采用乳膠水泥或環(huán)氧樹脂化學灌漿等方法，使外包鋼與原有構(gòu)件粘結(jié)成整體共同工作。此法適用面廣、施工周期相對較短，且可顯著提高構(gòu)件的承載力和抗震性能。但加固費用較高，多用于需大幅度提高抗震承載力的鋼筋混凝土梁與柱的加固。

粘鋼加固法，用粘結(jié)劑將薄鋼板粘貼在被加固混凝土構(gòu)件的表面，使鋼板與混凝土協(xié)同工作，以提高構(gòu)件承載力、抗裂性、延性的一種加固方法。此法對構(gòu)件的外觀、建筑使用空間影響較小，且施工快、對鋼材的利用率高，加固成本低等，得到了廣泛應用。

粘碳纖維加固法，采用粘結(jié)劑將碳纖維片材粘貼于被加固構(gòu)件的表面，從而達到提高構(gòu)件承載力、改善抗震性能的目的。碳纖維布質(zhì)輕薄，基本不改變原構(gòu)件截面尺寸，且對原構(gòu)件承受的荷載增加有限，因此極適合于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的加固。

2)新型抗震加固方案。

改變結(jié)構(gòu)受力體系法，通過增加抗側(cè)力構(gòu)件如抗震墻、鋼支撐等，改變地震作用下結(jié)構(gòu)的受力體系，將地震作用的絕大部分轉(zhuǎn)由新增抗側(cè)力構(gòu)件承擔。此法加固效果明顯，僅需對增設抗側(cè)力構(gòu)件區(qū)域進行施工，但需進行加固后結(jié)構(gòu)的整體抗震計算，避免加固后出現(xiàn)新的薄弱層，保證新舊構(gòu)件的可靠連接、協(xié)同工作。

效能減震加固法，通過減震的途徑對既有建筑進行加固，即在既有抗側(cè)力構(gòu)件中設置消能部件，通過消能部件的局部變形提供附加阻尼以耗散或吸收地震能量，減少主體結(jié)構(gòu)地震反應。耗能減震結(jié)構(gòu)體系因安全可靠、經(jīng)濟合理而得到了廣泛應用。目前效能減震裝置應用較多的是粘滯阻尼器。

隔震加固法，通過隔震的途徑對既有建筑進行加固，即在既有建筑的上部結(jié)構(gòu)與基礎之間及上部結(jié)構(gòu)層間設置隔震層，將地震變形集中到隔震層，以隔離地震能量阻止其向上傳遞，從而減小結(jié)構(gòu)的地震反應。當前常采用基礎隔震法。隔震加固技術具有投資少、速度快、節(jié)能環(huán)保的特點，但需綜合考慮結(jié)構(gòu)合理性、造價、施工周期等因素，較適用于裝修檔次較高、場地條件好且基礎穩(wěn)定性較好的建筑等。

3.2 加固方案的選擇要點

建筑加固方案的優(yōu)劣不僅影響加固成本、施工難易、對生產(chǎn)生活的影響等，更重要的是影響加固的效果和質(zhì)量，這就涉及到方案的優(yōu)選。

選擇加固方案時應處理好以下幾點：

1)強化抗震加固的概念設計理念，確定建筑的設防目標，弄清使既有結(jié)構(gòu)總體抗震能力達到設防要求的關鍵措施，消除原結(jié)構(gòu)存在的不規(guī)則、不合理等抗震不利因素。

2)抗震加固不同于工程事故處理，強調(diào)整體加固，避免構(gòu)件加固。結(jié)合使用功能、環(huán)境影響、投資控制、施工對生產(chǎn)生活的影響等要求，選擇合理的加固方案。

3)保證加固措施的有效性，保證加固構(gòu)件與原結(jié)構(gòu)可靠連接、協(xié)同工作，避免加固后出現(xiàn)新的薄弱層。同時便于施工，且盡可能減少對原結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損壞。

4)充分利用地基基礎的現(xiàn)有承載力，盡可能減少地基基礎加固的工作量。主要原因有兩點：

a.地基基礎加固的難度較大。

b.根據(jù)統(tǒng)計分析，地震造成的地基震害，如液化、不均勻土層的差異沉降等，一般尚未導致建筑的坍塌或喪失使用價值。因此采取提高上部結(jié)構(gòu)抵抗不均勻沉降能力的措施，即可減輕結(jié)構(gòu)的震害。

5)設計文件中應對選用加固材料要求作明確說明，不宜選用強度等級過高的材料，因過高的強度并不能真正發(fā)揮作用。

4 案例分析

4.1 工程概況

我校北二區(qū)教學樓工程建于20世紀80年代，總建筑面積為13 185 m2，6層鋼筋混凝土無梁樓蓋板柱和鋼筋混凝土框架組成的混合結(jié)構(gòu)。

4.2 鑒定結(jié)論

查閱原始資料，發(fā)現(xiàn)原結(jié)構(gòu)設計缺少必要的抗震構(gòu)造措施，多項內(nèi)容明顯不符合現(xiàn)行規(guī)范要求。經(jīng)專業(yè)檢測中心鑒定：原建筑未發(fā)現(xiàn)明顯由于地基不均勻沉降產(chǎn)生的有害裂縫，外觀狀況良好；混凝土強度偏低，個別柱僅達到C18；配筋率偏低、主筋級別及直徑不滿足現(xiàn)行設計規(guī)范要求；框架抗震墻間屋蓋長寬比超出規(guī)范要求等等，表明該建筑不符合我國現(xiàn)行抗震規(guī)范設計要求，需進行加固處理。

4.3 加固方案

按使用功能不變、后續(xù)使用年限30年為目標，對該建筑進行了抗震加固設計。據(jù)原竣工圖紙、鑒定報告、結(jié)構(gòu)實際狀況，經(jīng)計算、方案比選及經(jīng)濟分析，最終確定如下加固方案：對配筋不足的混凝土梁采用粘貼碳纖維布加固法，梁底粘貼與梁同寬的碳纖維布、梁側(cè)粘貼U形碳纖維箍；對軸壓比超限的混凝土柱采用增大截面加固法；對框架部分增設鋼筋混凝土抗震墻、增設樓面疊合層對樓板、梯板進行加固處理。

5 結(jié)語

由于抗震加固是提高既有建筑結(jié)構(gòu)抗震性能的一項重要技術措施，因此得到了各界的高度重視。近年來相關技術標準也被更新實施，使得此項工作的實施更科學、安全、經(jīng)濟合理?？拐鸺庸探Y(jié)構(gòu)的受力特點不同于新建結(jié)構(gòu)，設計時需搞清使結(jié)構(gòu)總體抗震能力達到設防要求的關鍵措施,消除原結(jié)構(gòu)存在的不規(guī)則、不合理等抗震不利因素，并保證新舊結(jié)構(gòu)可靠連接、協(xié)同工作，避免加固后出現(xiàn)新的薄弱部位。

[1] GB 50023—2009，建筑抗震鑒定標準[S].

[2] JGJ 116—2009，建筑抗震加固技術規(guī)程[S].

[3] GB 50367—2006，混凝土結(jié)構(gòu)加固設計規(guī)范[S].

[4] DB 11/T689—2009，建筑抗震鑒定與加固技術規(guī)程[S].

[5] 程紹革，史鐵花，戴國瑩.現(xiàn)有建筑抗震加固的基本規(guī)定[J].建筑結(jié)構(gòu)，2011，41(2)：33-35.

Simple analysis of seismic strengthening scheme of concrete structures

Zhang E

(CapitalConstructionDepartmentofCapitalNormalUniversity,Beijing100048,China)

Combined seismic strengthening engineering practice, the paper expounds the main problems in the field of seismic strengthening engineering, and discusses the design principle, and common seismic strengthening scheme and characteristics, the selection of reinforcement scheme. Taking teaching building seismic strengthening project as an example, this paper provides reference for relevant engineering.

concrete structures, strengthening, design principle, strengthening scheme

2015-06-26

張 娥(1980- )，女，工程師

1009-6825(2015)25-0057-03

TU352

A