多層混凝土框架結構抗震加固方法探討
2015-07-06
1 前言
多層磚混建筑是我國目前房屋建設的主要結構類型之一，其具有所用材料豐富易取、施工簡單、造價低等優(yōu)點。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)合理的抗震設計，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行的多層磚混建筑的抗震加固的項目將會越來越多。
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構的剛性房屋，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以上的外縱墻，空曠房間外縱墻窗臺下，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，樓板與磚墻錯動及樓板間開縫等等。
(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，墻體轉角處呈環(huán)狀水平裂縫。
3 常用構件加固方法的特點
3．1加固方法的特點
3．1．1增設鋼筋混凝土抗震墻(剪力墻和翼墻)
1)提高結構抗震承載力的幅度
當框架或填充墻框架抗震承載力相差較多或原有房屋扭轉效應較大時，增設剪力墻和翼墻是提高框架結構抗震能力及減少扭轉效應的有效方法。
2)對原結構剛度影響
增設的剪力墻和翼墻對樓層抗側剛度的增加及剛心的變化影響較大，因此增設的剪力墻和翼墻宣布置在豎向荷載較大處，應考慮結構的對稱，比較均勻的布置在建筑平面的各個區(qū)段內，避免過于集中，且豎向從底向上連續(xù)布置，增設后連續(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
施工過程關鍵應解決兩個問題：第一是墻與原有框架的連接，應確保新舊部位連接，以便傳遞剪力，第二是增設抗震墻后結構自重增加較大時的地基處理問題。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資料。新增翼墻和剪力墻的基礎應清理好基礎的地基，基礎的鋼筋應與附近的原柱基礎相連接，如發(fā)現(xiàn)原柱基礎因承載力不足而沉陷，應采取地基處理或加大基礎面積，然后施工剪力墻和翼墻的基礎。
4)經(jīng)濟適用性和技術可行性
該方法在施工技術上已相當成熟，只是所用的建筑與結構設計I混凝土和鋼筋量較大，施工工期長，造價相對單純的構件加固較高，且旖工過程對生活或生產影響大，加固后對建筑功能有影響。
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，來增大原混凝土構件截面面積，達到提高結構承載力，是一種傳統(tǒng)的加固方法，又稱鋼筋混凝土圍套加固。
1)提高結構抗震承載力的幅度
可以較大的提高構件的抗彎、抗壓、抗剪、抗拉等能力， 同時也可以用來修復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件的加固，如混凝土加固結構中的梁、板、柱和鋼結構中的柱、屋架以及磚墻、磚柱(增設磚或混凝土扶壁柱、混凝土圍套)等構件的加固。
2)對原結構剛度影響
采用加大截面加固法加固構件時，要充分考慮其對整體結構的影響，不能因提高構件承載力而盲目增大構件截面，應避免因加大截面局部剛度加大，引起整體結構其它部位的薄弱環(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件或桿件的外側，通過外包鋼與原有構件的共同作用，提高構件的承載力、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)提高結構抗震承載力的幅度
適用于使用上不允許增大構件截面尺寸，又要大幅提高其承載力的構件加固，一般適用于混凝土梁、柱、屋架以及磚窗間墻、磚柱等構件或構筑物的加固，特別是大型結構及大跨結構的加固。
2)對原結構剛度影響
鋼構套加固對結構構件的剛度增加較大，柱加固后的初始剛度可按式(2)計算：
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合面風化酥松層、嚴重油污層及碳化銹裂層，對缺陷應進行修補，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)氧樹脂灌漿黏結鋼；鋼構套表面的保護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；角鋼穿洞時應避免損傷原有鋼筋，角鋼直接通過樓板，在樓層1／3高度內，上下角鋼黏貼于柱角厚剖口焊接，或另設角鋼與上下角鋼焊接，施工后應用細實混凝土加膨脹劑堵塞樓板的空隙。
4)經(jīng)濟適用性和技術可行性
鋼構套加固用鋼量較大，加固維修費用較高。當采用化學灌漿外包鋼加固時，型鋼表面溫度不應超過60~C，當環(huán)境具有腐蝕性介質時，應采取防護措施。在我國目前施工技術已經(jīng)相當成熟。
3．2在構件加固中應注意的問題
對結構進行抗震加固涉及的因素很多，根據(jù)現(xiàn)有的研究成果，結合本文作者的切身體會，對在構件加固中應注意的主要問題初步歸納如下：
1)深入調查，全面掌握待加固結構的情況，總體方案上要么側重于提高承載力，要么側重于提高結構的變形能力，或者兩者兼?zhèn)?。也可改變結構體系，而不必進行梁、柱的普遍加固， 如增設抗震墻等。
2)抗震加固結構的受力特點與新建結構不同，加固結構屬于二次受力結構和二次組合結構，新舊兩部分存在應力、應變滯后的問題，因此原結構的截面應力、應變值始終高于新加部分的應力、應變值：新加部分和原結構整體工作時，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合面的作法?？拐鸺庸讨锌紤]到以上兩個因素是客觀存在的，采用折減系數(shù)0．85考慮其影響。試驗發(fā)現(xiàn)，卸載對加固結構承載力提高的影響與原結構在加固時的應力、應變水平關系很大，原結構應力、應變水平越低，加固部分的承載力就越能發(fā)揮出來。因此，加固前盡量對原結構卸載。
4 結束語
加固方法的選擇和加固方案的制定(指具體應該加固那根構件和其他處理)是緊密聯(lián)系的，為了達到預定的加固效果并考慮經(jīng)濟因素，應將加固方法與加固方案結合起來，以經(jīng)濟性和施工方便性為指標，通過試算來確定最終加固方案。本文對實際工程中使用頻率較高的幾種加固方法的特點從不同角度進行了總結，為加固方法的初步選擇提供了依據(jù)。
