新增抗震設(shè)防地區(qū)已建砌體房屋鋼混加固技術(shù)研究

干唯健,謝祥雄,唐文宣

(湖南科技學(xué)院 土木與環(huán)境工程學(xué)院,湖南 永州 425199)

1 研究背景

砌體結(jié)構(gòu)極易在地震中被破壞,1976年的唐山大地震中有90%的砌體結(jié)構(gòu)房屋倒塌[1]；2008年汶川地震中超過(guò)70%的砌體結(jié)構(gòu)房屋倒塌[2-3]；2010年玉樹(shù)地震導(dǎo)致玉樹(shù)縣90%以上砌體結(jié)構(gòu)平房損毀倒塌[4]。為了保證砌體房屋的使用安全,避免地震可能造成的損害,我國(guó)在2015年發(fā)布的第五代《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》中取消了無(wú)抗震設(shè)防地區(qū)。

新增抗震設(shè)防地區(qū)一方面要考慮新建建筑進(jìn)行抗震設(shè)計(jì),另一方面,對(duì)已投入使用但未進(jìn)行抗震設(shè)防的已建建筑,尤其是易被地震破壞的砌體結(jié)構(gòu)房屋也要進(jìn)行加固。由于加固對(duì)象為正在使用中的已建成砌體結(jié)構(gòu)房屋,基數(shù)大分布范圍廣,全部加固則面臨造價(jià)高,施工周期長(zhǎng),施工作業(yè)不方便的問(wèn)題[5-6],所以有必要根據(jù)砌體房屋特點(diǎn),研究施工快捷且成本低,簡(jiǎn)單易行的加固方法。

2 基于托換理念的鋼混支撐加固設(shè)計(jì)

托換技術(shù)通過(guò)改造承重結(jié)構(gòu)改變受力體系,使建筑的傳力途徑發(fā)生變化,提升結(jié)構(gòu)的安全可靠度[7]。梁柱托換技術(shù)可以將磚墻承重的砌體結(jié)構(gòu)改造成梁柱承重的框架結(jié)構(gòu),從而實(shí)現(xiàn)提高已有砌體結(jié)構(gòu)房屋抗震能力的目標(biāo)?？紤]到托換技術(shù)的特性及對(duì)支撐、加固的要求,可以用鋼材為主要材料,將模板與承重構(gòu)件相結(jié)合,通過(guò)鋼板骨架,在施工時(shí)充當(dāng)承載構(gòu)件,頂替部分腳手架作用,在混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度前充當(dāng)臨時(shí)承重構(gòu)件。當(dāng)混凝土澆筑完畢后,鋼骨架與混凝土一起承重,由鋼板承受彎矩、扭矩,混凝土承受壓力,完成結(jié)構(gòu)承重體系的轉(zhuǎn)變,提升結(jié)構(gòu)抗震能力,保證結(jié)構(gòu)安全。

3 技術(shù)方案

圖1 鋼混支撐托換結(jié)構(gòu)示意圖

使用一種用于托換承重墻的鋼骨架體系,并將混凝土填充于模板構(gòu)成的骨架中,將建筑由墻體承重托換為由鋼混框架柱和梁聯(lián)接組成的框架承重結(jié)構(gòu),構(gòu)件組成如圖1所示,其中構(gòu)件包括：①框架梁；②框架頂梁；③角底柱；④角中柱；⑤邊底柱；⑥邊中柱；⑦底柱；⑧中柱；⑨墊板以及灌漿孔蓋板,內(nèi)部連接柱子的連接板和底連接板,M24高強(qiáng)螺栓,填充骨架的混凝土。

框架梁用于充當(dāng)除頂層以外粱的框架?？蚣茼斄鹤鳛殇摽蚣芑炷亮怀休d屋頂板重量。角底柱用于連接底層轉(zhuǎn)角處的粱,并與基礎(chǔ)相連。角中柱用于連接除底層外其他樓層轉(zhuǎn)角處的粱。邊底柱如于連接底層三根梁相交處的粱,并與基礎(chǔ)相連。邊中柱用于連接除底層外三根梁相交處的位置。底柱用于連接底層四根梁相交處的粱,并與基礎(chǔ)相連。中柱用于連接除底層外四根梁相交處的位置。

柱構(gòu)件通過(guò)墊板和螺栓與基礎(chǔ)相連,梁與柱通過(guò)螺栓相連,梁鋼板上端頂緊樓面下方；梁、柱鋼板部分同時(shí)作為澆筑模具,包括用于澆筑梁的容納空間,容納空間的寬和高分別與梁的寬和高相等,混凝土澆筑孔設(shè)置于鋼板中間并將所述梁澆筑模具的容納空間的上方與外界聯(lián)通。然后澆筑混凝土,形成鋼混支撐框架結(jié)構(gòu),一層澆筑完畢后,蓋上蓋板,再進(jìn)行第二層搭接,上層柱與下層梁柱交接處通過(guò)連接板相連。

4 工程應(yīng)用

湖南省永州市冷水灘區(qū)某砌體辦公樓,建于2000年,建筑長(zhǎng)142.5m,寬7.2m,層數(shù)為2層,高7.35m,總建筑面積為3500m2,設(shè)計(jì)時(shí)未考慮抗震設(shè)防。由于建筑原設(shè)計(jì)布局與使用功能安排無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)有業(yè)務(wù)需求,故需要進(jìn)行大規(guī)模改造,同時(shí)進(jìn)行抗震加固。拆除原建筑所有樓梯間,一樓增設(shè)了外部走廊、裝飾柱、3個(gè)樓梯間、2個(gè)衛(wèi)生間,并拆除了兩個(gè)辦公室,將其空間合并入大廳；拆除二樓3個(gè)辦公室合并入大會(huì)議室擴(kuò)大,拆除4個(gè)辦公室改造為2個(gè)小會(huì)議室。

施工時(shí)先破開(kāi)地面,挖出墻下粱周?chē)馏w,綁扎基礎(chǔ)鋼筋籠,將⑨墊板焊接于鋼筋籠頂部,澆筑基礎(chǔ)混凝土至墊板底部標(biāo)高處；然后在一樓安放梁、柱位置周邊搭設(shè)腳手架,拆除柱子所在位置的墻體與樓板,將底層柱鋼板放在被拆除墻體位置,通過(guò)螺栓將底層柱與墊板連接,再將基礎(chǔ)澆筑完畢。拆除粱所在位置的樓板,將框架梁通過(guò)螺栓與柱相連,隨后通過(guò)柱上方開(kāi)口澆筑混凝土至連接板下方標(biāo)高處,在上層柱所在位置附近搭設(shè)腳手架,拆除上層柱所在位置的墻體與樓板,將連接板下端放在下層柱上方內(nèi)側(cè),連接板上端放在上層柱下方內(nèi)側(cè),通過(guò)螺栓將連接板與上下層柱相連。通過(guò)上層柱開(kāi)口與下層粱上灌漿孔澆筑混凝土,當(dāng)混凝土充滿(mǎn)框架梁后,在混凝土初凝前,將灌漿孔蓋板蓋住灌漿孔。一層澆筑完畢后再進(jìn)行第二層搭接,先安裝腳手架,待二層梁柱鋼板安裝好后,拆除一層承重墻和一層腳手架,然后繼續(xù)向上層施工,直至整棟建筑完成梁柱托換。為了避免混凝土振搗不到位的問(wèn)題,使用流動(dòng)性好的干混自密實(shí)混凝土,不需要泵送就可以讓混凝土飽滿(mǎn)地填充鋼板骨架,現(xiàn)場(chǎng)施工難度小,速度快。

5 結(jié)論

在新增抗震設(shè)防地區(qū)使用鋼混骨架進(jìn)行砌體結(jié)構(gòu)房屋加固,梁柱鋼板將施工支撐與結(jié)構(gòu)承重相結(jié)合,施工時(shí)充當(dāng)模板和腳手架的作用,施工結(jié)束時(shí)和混凝土共同承擔(dān)荷載。施工方便,造價(jià)低,工期短,具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力,值得在新增抗震設(shè)防地區(qū)已建砌體房屋加固市場(chǎng)推廣,有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

[1]李國(guó)強(qiáng),李杰,陳素文,等.建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)[M],北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2014．

[2]李英民,韓軍,劉立平,等.“5.12”汶川地震砌體結(jié)構(gòu)房屋震害調(diào)查與分析[J].西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2009,41(5)：606-611．

[3]王威,周穎,梁興文,等.砌體結(jié)構(gòu)在2008汶川大地震中的震害經(jīng)驗(yàn)[J].地震工程與工程振動(dòng),2010,30(1)：60-68．

[4]邵楠.青海玉樹(shù)地震建筑震害淺析[J].工程抗震與加固改造,2011,33(4)：136-140．

[5]張權(quán).隔震技術(shù)在砌體結(jié)構(gòu)抗震加固中的運(yùn)用[J].江西建材,2017(17)：45-46．

[6]賈茹,文華,樊敏全.新農(nóng)村建設(shè)中砌體結(jié)構(gòu)房屋抗震加固措施研究現(xiàn)狀分析[J].江西建材,2016(04)：125,130．

[7]張愛(ài)彬.托換技術(shù)砌體結(jié)構(gòu)加固改造設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì),2015(01)：44-46.