鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震加固

胡萬達(dá)

1 引言

為適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)發(fā)展的需求，促進(jìn)資源盤活，提高綜合效益，確保機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備安全、穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行，一批鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的工廠、倉庫被改造為IDC機(jī)房。由于這些框架結(jié)構(gòu)原本是按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類設(shè)計(jì)或建造年代比較久遠(yuǎn)，抗震性能不滿足現(xiàn)有規(guī)范對(duì)IDC機(jī)房的要求，所以需要對(duì)原框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震加固，提升結(jié)構(gòu)的抗震性能。因此，研究鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震加固的方法具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震加固原則

通過對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)構(gòu)件、結(jié)構(gòu)受力途徑的優(yōu)化和改善，從而提升建筑物抗震性能，減少地震發(fā)生時(shí)受到的損壞。再對(duì)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震加固時(shí)，應(yīng)遵循以下原則：

（1）整體原則：在制定建筑物的抗震加固方案時(shí)，應(yīng)從建筑物的整體考慮，避免出現(xiàn)局部構(gòu)件的抗震性能增強(qiáng)，而結(jié)構(gòu)的整體抗震性能卻下降。

（2）體系加固原則：在進(jìn)行抗震加固時(shí)，個(gè)別構(gòu)件加固后引起的剛度變化，可能會(huì)對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)體系造成一定的影響。因此，不僅要考慮單獨(dú)構(gòu)件的抗震性能加固，還要同時(shí)考慮結(jié)構(gòu)體系的整體抗震性能加固。

（3）經(jīng)濟(jì)原則：在對(duì)建筑進(jìn)行抗震加固時(shí)，應(yīng)綜合考慮其經(jīng)濟(jì)效果，盡量不損傷原結(jié)構(gòu)，并保留具有利用價(jià)值的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，盡量減少對(duì)建筑構(gòu)件的更換或者拆除。

此外，還應(yīng)提前委托有檢測(cè)鑒定資質(zhì)的單位，對(duì)房屋結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全性評(píng)定和抗震鑒定。加固改造設(shè)計(jì)必須符合現(xiàn)行國(guó)家、行業(yè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的要求。加固改造施工單位應(yīng)具有特種專業(yè)（結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)）承包資質(zhì)。

3 鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震加固方法

3.1 加大截面法

采取加大鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面面積，可以有效的提升建筑物內(nèi)墻體的承載力和抗震性能。（如圖1）可廣泛用于框架結(jié)構(gòu)的梁、柱構(gòu)件加固；近年來，混凝土鉆孔設(shè)備的不斷改良，再加上高性能結(jié)構(gòu)膠的出現(xiàn)，可以在梁柱節(jié)點(diǎn)的核芯區(qū)增加1-2道封閉箍筋，增強(qiáng)了原有梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)的抗震性能，提升了加大截面法抗震加固的效果。

3.2 外包鋼法

外包鋼法是指將型鋼包裹在鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的構(gòu)件四周，從而達(dá)到提升構(gòu)件抗震性能的目的。一般情況，適用于受限于建筑現(xiàn)狀或者施工環(huán)境，無法采用加大截面法的方式進(jìn)行抗震加固的情況。外包鋼法分為分干式和濕式兩種形式。濕式外包法相對(duì)受力可靠，施工簡(jiǎn)便且工作量較小，缺點(diǎn)是用鋼量較大，要注意現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境溫度不宜超過60℃，同時(shí)對(duì)可能存在的化學(xué)腐蝕介質(zhì)要做好相應(yīng)的防護(hù)措施。

圖1 加大截面法（柱示意圖）

（1）當(dāng)用外包鋼加固梁時(shí)，將角鋼貼在梁的陽角外側(cè)，同時(shí)角鋼應(yīng)穿過梁板的型鋼綴板，采用焊接的方式，與梁底鋼綴板進(jìn)行加固。同時(shí)，角鋼的兩端應(yīng)與柱進(jìn)行連接（如圖2所示）。

圖2 外包鋼加固梁示意圖

（2）當(dāng)外包鋼加固柱時(shí)，將角鋼貼在柱的四角外側(cè)，在角鋼和樓板交接位置，角鋼穿過樓板，并對(duì)其進(jìn)行焊接加固。在進(jìn)行柱的包鋼加固時(shí)，要注意頂層和底層的角鋼，應(yīng)與相對(duì)應(yīng)的連接部位進(jìn)行加固處理（如圖3）。

圖3 外包鋼加固柱示意圖

3.3 增設(shè)抗震墻或翼墻

通過在框架結(jié)構(gòu)的適當(dāng)部位，設(shè)置剪力墻，改變了原來的框架結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體系，成為新的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。這樣不僅提升了結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，地震發(fā)生時(shí)減少了結(jié)構(gòu)的水平位移，而且由于剪力墻可以承擔(dān)較大部分的地震作用，減輕了原框架結(jié)構(gòu)中梁、柱的受力。

當(dāng)增設(shè)鋼筋混凝土抗震墻或翼墻時(shí)（如圖4），應(yīng)符合下列要求：

（1）抗震墻在進(jìn)行設(shè)置時(shí)，應(yīng)盡量處于框架的軸線位置；一般情況下，會(huì)在柱的兩側(cè)，對(duì)稱性的設(shè)置翼墻。

（2）在建筑中設(shè)置抗震墻后，建筑的結(jié)構(gòu)整體可以按照框架-剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震性能的對(duì)比分析，翼墻與柱形成的構(gòu)件可按整體偏心受壓構(gòu)件計(jì)算。

（3）施工注意事項(xiàng)：①在進(jìn)行施工時(shí)，應(yīng)對(duì)建筑物原本的梁柱進(jìn)行鑿毛處理。②在進(jìn)行混凝土澆筑之前，首先應(yīng)對(duì)其進(jìn)行澆水，確保施工過程中混凝土處于濕潤(rùn)狀態(tài)。為了避免混凝土出現(xiàn)裂縫等問題，施工完成后，還應(yīng)加強(qiáng)相關(guān)的養(yǎng)護(hù)工作。

圖4 增設(shè)抗震墻或翼墻示意圖

3.4 碳纖維加固法

由于碳纖維材料的抗拉強(qiáng)度強(qiáng)，是同等截面鋼材的7～10倍，彈性模量更是比鋼筋高出數(shù)倍，因此，通過將碳纖維材料粘貼在結(jié)構(gòu)構(gòu)件的表面，可以大大提升結(jié)構(gòu)的抗震性能。此種加固方法的優(yōu)點(diǎn)是：抗震加固性能能夠得到明顯的提升，自身重量輕，密度只有鋼材的1/10，既不會(huì)增加建筑結(jié)構(gòu)的截面面積，也不會(huì)增加荷載。缺點(diǎn)是成本較高，且對(duì)施工工藝要求比較高。

在進(jìn)行施工時(shí)，首先應(yīng)對(duì)混凝土表面進(jìn)行清潔、打磨和修補(bǔ)處理，然后將調(diào)配好的粘結(jié)劑，均勻的涂抹在混凝土表面。最后在進(jìn)行碳纖維片材粘貼時(shí)，注意混凝土表面應(yīng)保持干燥，溫度不低于零下10℃。常見的碳纖維片材加固方式還有以下幾個(gè)方面：

（1）梁、板構(gòu)件的受彎承載力的加固：施工時(shí)，在相對(duì)應(yīng)的受拉區(qū)域粘貼碳纖維片材，并注意兩者的方向保持一致。

（2）梁、柱構(gòu)件的受剪加固：施工時(shí)，常采用封閉式的粘貼或者側(cè)面粘貼的方式進(jìn)行，同時(shí)應(yīng)注意纖維方向與構(gòu)件軸向的夾角為90°。

（3）柱的抗震加固：封閉式粘貼的方法施工，注意纖維方向與柱軸向的夾角為90°。

3.5 消能減震法

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震加固的方法也越來越科學(xué)化。近年來，消能減震技術(shù)不斷被應(yīng)用到各種鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)當(dāng)中。

通過在建筑物的結(jié)構(gòu)中放置一定數(shù)量的消能設(shè)備，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，消能裝置會(huì)增加結(jié)構(gòu)體系的阻尼系數(shù)，減少地震對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞作用。如果發(fā)生的地震較高時(shí)，進(jìn)入彈塑性狀態(tài)的消能裝置，可以消耗地震的作用力，從而提升了建筑物的抗震性能。常見的消能設(shè)備裝置有：屈服阻尼器、摩擦阻尼器、粘彈性阻尼器和粘性流體阻尼器等。

與傳統(tǒng)的加固技術(shù)相比，消能減震法主要優(yōu)勢(shì)有：

（1）現(xiàn)場(chǎng)施工過程中，可以做到無濕作業(yè)，原建筑的正常功能使用不受影響。

（2）既能提升建筑的抗震性能，又不改變建筑的外貌。

（3）改善結(jié)構(gòu)抗震性能效果明顯，可滿足各種抗震設(shè)防類別的要求。

（4）施工成本低、施工周期短。

3.6 隔震加固法

在建筑物內(nèi)設(shè)置隔震層，當(dāng)發(fā)生地震時(shí)，將地震產(chǎn)生的作用力集中到隔震層上，從而減少地震對(duì)原結(jié)構(gòu)的破壞。常見的隔震方法有：橡膠墊隔震、滾珠或滾軸隔震、擺動(dòng)隔震、彈簧隔震等。目前，這種方法在國(guó)外應(yīng)用較為廣泛，例如美國(guó)加利福尼亞的奧克蘭市政大廳，該建筑在1989年的大地震中，受到了嚴(yán)重?fù)p壞，在進(jìn)行抗震加固時(shí)，采用了基礎(chǔ)部位增設(shè)隔震裝置的抗震加固方法。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，結(jié)構(gòu)加固也得到了迅速發(fā)展，變得多種多樣。通過對(duì)原鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震加固處理，來滿足現(xiàn)有規(guī)范對(duì)IDC機(jī)房的抗震性能要求。對(duì)從事IDC改造的工作者來說，必須提升自身的專業(yè)能力，通過科學(xué)的結(jié)構(gòu)加固手段，合理的對(duì)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震加固處理，提升建筑物的抗震性能，推動(dòng)IDC行業(yè)的安全穩(wěn)定發(fā)展。

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