砌體結(jié)構(gòu)抗震加固技術(shù)

河北省地震局唐山中心臺 趙建明

砌體結(jié)構(gòu)抗震加固技術(shù)

Techniques of seismic resistance reinforcement by using brickwork structure

河北省地震局唐山中心臺 趙建明

地震作為一種不可抗拒的自然現(xiàn)象，給人類的生命財產(chǎn)造成了重大的損失，尤其是近年來，全球范圍內(nèi)發(fā)生了許多較大地震，給建筑結(jié)構(gòu)抗震性能帶來了嚴(yán)峻的考驗。因此，加強(qiáng)房屋的抗震性能設(shè)計是非常有必要的，而對于既有的未考慮抗震設(shè)防或抗震設(shè)防級別較低的建筑物，則有必要進(jìn)行抗震加固。砌體結(jié)構(gòu)作為一種抗拉和抗剪強(qiáng)度較低的結(jié)構(gòu)形式，目前在我國大量存在著，因其本身的抗震性能較差，破壞形式多呈脆性，在歷次地震中破壞最為嚴(yán)重，且破壞程度最大。因此探究如何提高既有砌體結(jié)構(gòu)的抗震性能，如何對既有砌體結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固已成為一項艱巨的課題，有著極為重要的意義。

砌體結(jié)構(gòu)房屋震害特點

對砌體結(jié)構(gòu)在地震作用下的破壞特征進(jìn)行研究，找出砌體結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，有針對性的進(jìn)行加固與改造，這是抗震加固設(shè)計方案的基礎(chǔ)。砌體結(jié)構(gòu)的破壞特征可以分成兩類：一是磚砌墻體的抗剪強(qiáng)度不足，在震害發(fā)生時，砌筑墻體發(fā)生整體的水平移動，各構(gòu)件之間也存在較大的相對位移，由于墻體抗剪強(qiáng)度較低，導(dǎo)致檐口和支撐檁條的山墻處出現(xiàn)水平裂縫或斜裂縫，并伴有墻體的滑移或錯位，導(dǎo)致房屋破壞。二是豎向支撐構(gòu)件強(qiáng)度不足，包括墻體、獨立的磚柱、扶壁柱等構(gòu)件，在震害發(fā)生時，由于應(yīng)力集中，在門窗洞口的角端會產(chǎn)生斜裂縫；在縱墻交接處，由于馬牙砌筑交接面連接性能較差，會出現(xiàn)縱向的裂縫；在屋架下的支撐墻上，由于應(yīng)力集中，會出現(xiàn)八字形或豎向的裂縫。局部支撐強(qiáng)度的不足，使墻體沿屋蓋或樓蓋的支撐處產(chǎn)生斜裂縫，導(dǎo)致墻體的抗剪能力進(jìn)一步下降，因此震害發(fā)生時往往造成比較嚴(yán)重的后果。

砌體結(jié)構(gòu)加固技術(shù)

針對砌體結(jié)構(gòu)整體性差、脆性破壞較嚴(yán)重的特點，對未進(jìn)行抗震設(shè)防的建筑進(jìn)行加固的主要內(nèi)容是加強(qiáng)房屋的整體性，提高構(gòu)件的承載能力，以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗震能力，滿足“大震不倒”的設(shè)防要求。目前，我國常用的砌體結(jié)構(gòu)加固技術(shù)包括以下幾方面：

增設(shè)圈梁和構(gòu)造柱

在砌體結(jié)構(gòu)破壞中，房屋的整體性不滿足要求，是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)大面積破壞的主要原因，而構(gòu)造柱的設(shè)置，可以起到分割墻體的作用，提高墻體的抗剪能力和抗變形能力；圈梁的設(shè)置可以增加結(jié)構(gòu)的約束作用，提高整體性。增設(shè)圈梁和構(gòu)造柱的加固方式，雖然在墻體的抗剪強(qiáng)度方面提高不明顯，但是能夠有效的推遲墻體裂縫的出現(xiàn)，降低砌體結(jié)構(gòu)在地震發(fā)生時的破壞程度，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，防止發(fā)生倒塌性破壞。

墻體抗震加固

砌體結(jié)構(gòu)的另一個主要加固內(nèi)容就是提高構(gòu)件的承載能力，砌體結(jié)構(gòu)墻體加固方法較多，主要包括以下幾種方式：

（1）高強(qiáng)鋼絲網(wǎng)片抹壓聚合物砂漿加固法：加固前需要首先去除墻面原有的抹灰，清除浮灰，沿著垂直裂縫方向鋪設(shè)高強(qiáng)鋼絲網(wǎng)片，之后按照標(biāo)準(zhǔn)抹涂聚合物砂漿。該方法多適用于開裂不嚴(yán)重的門窗洞口上方。

（2）壓力灌漿配合鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層加固法：加固前首先去除破損墻體的抹灰，采用壓力灌漿設(shè)備，將裂縫修補專用膠或高強(qiáng)膨脹灌漿料注入到裂縫中，待膠體固化后，在墻

體外表面綁扎鋼筋網(wǎng)，鋼筋直徑為4mm～6mm，并與墻體連接，以提高墻體的抗剪承載力和抗變形能力。此方法多適用于裂縫較多但是裂縫寬度較小的墻體，如圖1所示，為某砌體結(jié)構(gòu)房屋墻體加固。

（3）鋼筋混凝土面層加固法：此加固方法與鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層加固法類似，可以單面或雙面加固，此方法適用于墻體開裂較嚴(yán)重，裂縫寬度一般在1mm以上，砂漿等級在M2.5以上。鋼筋網(wǎng)應(yīng)與原結(jié)構(gòu)進(jìn)行可靠連接，豎向鋼筋應(yīng)與樓板相連，沿豎向貫穿所有加固樓層。

（4）粘鋼加固法：指在砌筑墻體或磚柱的外側(cè)，以鋼板或型鋼包圍，以建筑結(jié)構(gòu)膠進(jìn)行粘結(jié)，同時在橫向采用連接綴板進(jìn)行連接的加固方法，如圖2所示，為某商場采用粘鋼加固技術(shù)對底層柱進(jìn)行加固。粘鋼加固法按照連接方式的不同，分為干式和濕式兩種，干式是直接用角鋼加固構(gòu)件的四周，無需保證結(jié)合面的有效連接；濕式是指采用水泥砂漿或建筑結(jié)構(gòu)膠連接鋼板和加固構(gòu)件，需保證連接的可靠性。試驗表明：采用鋼板粘貼于墻體表面，可以起到鋼筋混凝土圈梁的作用，而豎向粘貼的角鋼，可以起到鋼筋混凝土構(gòu)造柱的作用。采用粘鋼法加固的砌體結(jié)構(gòu)，抗剪承載力明顯提高，砌體結(jié)構(gòu)的整體性能有效提高。該方法適用于砌體截面尺寸受限，而又需要大幅度提高構(gòu)件承載力的情況。

（5）碳纖維布加固法：碳纖維布修復(fù)技術(shù)在上世紀(jì)90年代開始在美國和日本等發(fā)達(dá)國家興起，作為一種新型砌體結(jié)構(gòu)加固技術(shù)，該技術(shù)克服了粘鋼加固技術(shù)粘結(jié)膠和鋼板接觸面容易銹蝕的缺點，能夠保證加固墻體的耐久性。碳纖維加固技術(shù)以其優(yōu)越的材料性能，良好的耐久性等優(yōu)點，在土木工程加固中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，如圖3所示，為采用碳纖維布加固的梁和樓板。碳纖維布加固技術(shù)適用面廣，施工方便，但是在加固工程中需要注意，墻體四角端處的錨固問題，以及碳纖維布與加固墻體之間的有效連接問題。

圖1 砌體結(jié)構(gòu)房屋墻體加固

圖2 粘鋼加固技術(shù)

圖3 碳纖維布加固梁和樓板

新型加固技術(shù)

加強(qiáng)建筑物抗震性能包括兩個方面的內(nèi)容，一方面是提高建筑物的整體性和承載力，以抵抗地震能量。另一方面是通過隔震或消能裝置，降低地震能量的輸入，以減輕建筑物的破壞程度。目前，新型的隔震和消能減震技術(shù)得到了越來越多的認(rèn)可，該技術(shù)是指在上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)之間設(shè)置某種隔震消能裝置，以減小地震能量的傳輸，從而減小上部結(jié)構(gòu)振動。該技術(shù)主要適用于體型規(guī)則的低層和多層建筑，因此適用于砌體結(jié)構(gòu)加固。目前在美國和新西蘭均有此技術(shù)加固砌體結(jié)構(gòu)的工程實例。

地震給人類的生命財產(chǎn)造成了巨大的損失，尤其是建筑物的破壞與倒塌，嚴(yán)重威脅著人類的生命安全，因此對不滿足抗震設(shè)防要求的砌體結(jié)構(gòu)房屋進(jìn)行抗震加固，是減輕地震災(zāi)害的有效措施。對既有砌體結(jié)構(gòu)的加固無論是采用傳統(tǒng)的加固方法還是新型的隔震消能技術(shù)，都能夠有效的提高房屋整體性能，降低砌體房屋的破壞程度。因此要做好既有砌體結(jié)構(gòu)房屋的抗震加固工作，必須加快對新技術(shù)、新材料的研發(fā)，從而保護(hù)震時人民群眾生命安全。