多層混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震加固方法探討
2015-07-06
1 前言
多層磚混建筑是我國目前房屋建設(shè)的主要結(jié)構(gòu)類型之一，其具有所用材料豐富易取、施工簡單、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。自50年代至70年代我國建造的多層磚混建筑的數(shù)量最多，分布最廣。而這些建筑由于歷史原因，多數(shù)未經(jīng)合理的抗震設(shè)計(jì)，其抗震性能較差，在歷次的破壞性地震中，也遭受了不同程度的毀壞，因此配合舊有建筑物的改造進(jìn)行的多層磚混建筑的抗震加固的項(xiàng)目將會(huì)越來越多。
2 多層磚混建筑的震害
多層磚混建筑是指磚墻作為主要承重結(jié)構(gòu)的剛性房屋，其樓蓋和屋面為現(xiàn)澆或裝配式鋼筋混凝土梁、板。其震害主要發(fā)生在以下部位：
(1)墻體主要震害為斜向裂縫、X向裂縫、水平裂縫及垂直裂縫，一般出現(xiàn)在樓梯間頂層休息平臺(tái)以上的外縱墻，空曠房間外縱墻窗臺(tái)下，屋面板及樓板底面，門窗洞口上部，頂層圈粱下，山墻、地基不均勻沉降處的墻體等地方。
(2)樓蓋及屋蓋主要震害為屋蓋隔熱層蓋板散亂、塌落；樓板、屋面板與墻體的水平裂，樓板與磚墻錯(cuò)動(dòng)及樓板間開縫等等。
(3)出屋面小屋主要是四周墻體出現(xiàn)單向斜裂縫或x裂縫，墻體轉(zhuǎn)角處呈環(huán)狀水平裂縫。
3 常用構(gòu)件加固方法的特點(diǎn)
3．1加固方法的特點(diǎn)
3．1．1增設(shè)鋼筋混凝土抗震墻(剪力墻和翼墻)
1)提高結(jié)構(gòu)抗震承載力的幅度
當(dāng)框架或填充墻框架抗震承載力相差較多或原有房屋扭轉(zhuǎn)效應(yīng)較大時(shí)，增設(shè)剪力墻和翼墻是提高框架結(jié)構(gòu)抗震能力及減少扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的有效方法。
2)對(duì)原結(jié)構(gòu)剛度影響
增設(shè)的剪力墻和翼墻對(duì)樓層抗側(cè)剛度的增加及剛心的變化影響較大，因此增設(shè)的剪力墻和翼墻宣布置在豎向荷載較大處，應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)的對(duì)稱，比較均勻的布置在建筑平面的各個(gè)區(qū)段內(nèi)，避免過于集中，且豎向從底向上連續(xù)布置，增設(shè)后連續(xù)2層剛度相差不超過70％，連續(xù)3層相差不超過50％
3)施工方便性
施工過程關(guān)鍵應(yīng)解決兩個(gè)問題：第一是墻與原有框架的連接，應(yīng)確保新舊部位連接，以便傳遞剪力，第二是增設(shè)抗震墻后結(jié)構(gòu)自重增加較大時(shí)的地基處理問題。墻與框架的連接通常有以下方法：錨筋連接、鋼筋混凝土圍套連接和脹管螺栓連接，具體的施工做法見有關(guān)資料。新增翼墻和剪力墻的基礎(chǔ)應(yīng)清理好基礎(chǔ)的地基，基礎(chǔ)的鋼筋應(yīng)與附近的原柱基礎(chǔ)相連接，如發(fā)現(xiàn)原柱基礎(chǔ)因承載力不足而沉陷，應(yīng)采取地基處理或加大基礎(chǔ)面積，然后施工剪力墻和翼墻的基礎(chǔ)。
4)經(jīng)濟(jì)適用性和技術(shù)可行性
該方法在施工技術(shù)上已相當(dāng)成熟，只是所用的建筑與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)I混凝土和鋼筋量較大，施工工期長，造價(jià)相對(duì)單純的構(gòu)件加固較高，且旖工過程對(duì)生活或生產(chǎn)影響大，加固后對(duì)建筑功能有影響。
3．1．2加大截面加固法
加大截面法就是采用同種材料一鋼筋混凝土，來增大原混凝土構(gòu)件截面面積，達(dá)到提高結(jié)構(gòu)承載力，是一種傳統(tǒng)的加固方法，又稱鋼筋混凝土圍套加固。
1)提高結(jié)構(gòu)抗震承載力的幅度
可以較大的提高構(gòu)件的抗彎、抗壓、抗剪、抗拉等能力， 同時(shí)也可以用來修復(fù)已損傷的混凝土截面，提高其耐久性。該方法可以廣泛地用于各種構(gòu)件的加固，如混凝土加固結(jié)構(gòu)中的梁、板、柱和鋼結(jié)構(gòu)中的柱、屋架以及磚墻、磚柱(增設(shè)磚或混凝土扶壁柱、混凝土圍套)等構(gòu)件的加固。
2)對(duì)原結(jié)構(gòu)剛度影響
采用加大截面加固法加固構(gòu)件時(shí)，要充分考慮其對(duì)整體結(jié)構(gòu)的影響，不能因提高構(gòu)件承載力而盲目增大構(gòu)件截面，應(yīng)避免因加大截面局部剛度加大，引起整體結(jié)構(gòu)其它部位的薄弱環(huán)節(jié)或薄弱層出現(xiàn)，反而留下不安全隱患。
3．1．3外包鋼加固法
外包鋼加固法是把型鋼或鋼板等材料包在被加固構(gòu)件或桿件的外側(cè)，通過外包鋼與原有構(gòu)件的共同作用，提高構(gòu)件的承載力、增大延性和剛度的一種加固法。外包鋼加固一般視外包鋼與被加固構(gòu)件的連接情況分為濕式外包鋼法和干式外包鋼法2種，抗震加固是指濕式外包鋼法。
1)提高結(jié)構(gòu)抗震承載力的幅度
適用于使用上不允許增大構(gòu)件截面尺寸，又要大幅提高其承載力的構(gòu)件加固，一般適用于混凝土梁、柱、屋架以及磚窗間墻、磚柱等構(gòu)件或構(gòu)筑物的加固，特別是大型結(jié)構(gòu)及大跨結(jié)構(gòu)的加固。
2)對(duì)原結(jié)構(gòu)剛度影響
鋼構(gòu)套加固對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的剛度增加較大，柱加固后的初始剛度可按式(2)計(jì)算：
式中，K為加固后的初始剛度；K0為原柱截面的彎曲剛度； 為角鋼的彈性模量；a為外包角鋼對(duì)柱截面形心的慣性矩。
3)施工方便性
梁柱混凝土表面先鑿去結(jié)合面風(fēng)化酥松層、嚴(yán)重油污層及碳化銹裂層，對(duì)缺陷應(yīng)進(jìn)行修補(bǔ)，再將角部摩成小圓角，鋼絲刷刷毛并用壓縮空氣吹凈清洗；角鋼及扁鋼綴板結(jié)合面先除銹再打磨出金屬光澤并用丙醇、二甲苯等洗滌劑擦凈；施工可采用乳膠水泥黏貼鋼或環(huán)氧樹脂灌漿黏結(jié)鋼；鋼構(gòu)套表面的保護(hù)可直接在鋼材表面涂刷防銹漆，也可在框架外圍抹20mm厚的M15水泥砂漿面層或噴射1：2的水泥砂漿；角鋼穿洞時(shí)應(yīng)避免損傷原有鋼筋，角鋼直接通過樓板，在樓層1／3高度內(nèi)，上下角鋼黏貼于柱角厚剖口焊接，或另設(shè)角鋼與上下角鋼焊接，施工后應(yīng)用細(xì)實(shí)混凝土加膨脹劑堵塞樓板的空隙。
4)經(jīng)濟(jì)適用性和技術(shù)可行性
鋼構(gòu)套加固用鋼量較大，加固維修費(fèi)用較高。當(dāng)采用化學(xué)灌漿外包鋼加固時(shí)，型鋼表面溫度不應(yīng)超過60~C，當(dāng)環(huán)境具有腐蝕性介質(zhì)時(shí)，應(yīng)采取防護(hù)措施。在我國目前施工技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟。
3．2在構(gòu)件加固中應(yīng)注意的問題
對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震加固涉及的因素很多，根據(jù)現(xiàn)有的研究成果，結(jié)合本文作者的切身體會(huì)，對(duì)在構(gòu)件加固中應(yīng)注意的主要問題初步歸納如下：
1)深入調(diào)查，全面掌握待加固結(jié)構(gòu)的情況，總體方案上要么側(cè)重于提高承載力，要么側(cè)重于提高結(jié)構(gòu)的變形能力，或者兩者兼?zhèn)?。也可改變結(jié)構(gòu)體系，而不必進(jìn)行梁、柱的普遍加固， 如增設(shè)抗震墻等。
2)抗震加固結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)與新建結(jié)構(gòu)不同，加固結(jié)構(gòu)屬于二次受力結(jié)構(gòu)和二次組合結(jié)構(gòu)，新舊兩部分存在應(yīng)力、應(yīng)變滯后的問題，因此原結(jié)構(gòu)的截面應(yīng)力、應(yīng)變值始終高于新加部分的應(yīng)力、應(yīng)變值：新加部分和原結(jié)構(gòu)整體工作時(shí)，最易發(fā)生剪切破壞，因此兩部分共同受力是否良好取決于結(jié)合面的作法。抗震加固中考慮到以上兩個(gè)因素是客觀存在的，采用折減系數(shù)0．85考慮其影響。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，卸載對(duì)加固結(jié)構(gòu)承載力提高的影響與原結(jié)構(gòu)在加固時(shí)的應(yīng)力、應(yīng)變水平關(guān)系很大，原結(jié)構(gòu)應(yīng)力、應(yīng)變水平越低，加固部分的承載力就越能發(fā)揮出來。因此，加固前盡量對(duì)原結(jié)構(gòu)卸載。
4 結(jié)束語
加固方法的選擇和加固方案的制定(指具體應(yīng)該加固那根構(gòu)件和其他處理)是緊密聯(lián)系的，為了達(dá)到預(yù)定的加固效果并考慮經(jīng)濟(jì)因素，應(yīng)將加固方法與加固方案結(jié)合起來，以經(jīng)濟(jì)性和施工方便性為指標(biāo)，通過試算來確定最終加固方案。本文對(duì)實(shí)際工程中使用頻率較高的幾種加固方法的特點(diǎn)從不同角度進(jìn)行了總結(jié)，為加固方法的初步選擇提供了依據(jù)。
