砌体结构抗震加固设计（共9篇）
砌体结构抗震加固设计 篇1
2008年5月四川汶川大地震发生后,给我们最大的启示是:安全重于一切,只有在确保安全前提下,才能谈适用和经济!我们国家的建筑方针应该是“安全、适用、经济”。亦即是安全第一,适用和经济并举。
砌体结构房屋的破坏通常是由于剪切和连接出现问题引起的。由于它的材料性质和砌筑方式,决定了其在抵御水平地震作用时的脆弱和缺乏延性,以致造成国内外历次地震中,砌体结构房屋损坏甚至倒塌最为严重。
四川省汶川县发生里氏8.0级特大地震,除极震区外,人口相对密集的绵阳市、德阳市和都江堰市等地亦不例外。倒塌和破坏严重的房屋均以砌体结构为主。
我院于2009年三月承接了江西省南昌市某单位二层办公楼要求增加一层的设计任务,该办公楼原为某小学教学楼,横墙较少的单面走廊式砌体房屋。
江西省建科岩土工程有限公司提供的“岩勘报告”,该楼基础持力层为粉质粘土②,层厚4.10～4.70 m,承载力特征值fak=170 kPa,地下潜水存在于粉质粘土②下的细砂层中,稳定水位6.00～6.30 m,如图1。
现有二层建筑采用条形基础,埋深1.8 m,持力层为粉质粘土②,经复核计算,加为三层后,现有基础进行适当处理后仍能满足安全要求。
该楼建于20世纪80年代后期,当时南昌属于抗震不需设防区,所以设计中没有考虑抗震设防和构造要求。原结构平面布置如图2。
经多次现场踏勘和对部分条形基础进行实地开挖观察。发现施工质量很差,甚至用红石替代大放脚,基础中还发现有石棉瓦等杂物。砌体砖缝砌筑不饱满……,又没有竣工和质量监督等验收报告。经“江西赣昌工程质量检测中心”2009年三月进行抽样检测,砌体砂浆强度等级原设计要求为M2.5,而实测仅有M0.8～M1.5,并发现有些部位灰缝过厚,达20 mm,有些部份砌筑不饱满,甚至有空洞等不良情况,存在安全隐患。
根据6度抗震设防要求,及原建筑施工质量较差等情况,对房屋的不同部位,采取了不同的加固措施。
1 房屋端部
房屋作为一个整体结构,各部位之间相互依赖,相互作用,但在房屋纵向的两端,墙体依靠较少,易出现边端效应,造成应力集中,导致端部墙体的破坏。
现有建筑横向承重外墙长9.0 m,均未设构造柱。按照“建筑抗震设计规范(2008年版)”7.3.2条要求,用外加构造柱GZ3,进行加固处理,如图3。
2 楼梯间
楼梯间是地震时人群的主要疏散通道,但楼梯间墙体缺少与各层楼板的侧向支撑,在地震时其受力比较复杂,容易造成破坏。
为此,按照“建筑抗震设计规范(2008年版)”,在楼梯间四角及楼梯梁两端对应的墙体处增加设置构造柱的要求,在现有未设构造柱的墙体中均采用外加构造柱GZ3进行加固,如图4。
同时,突出屋顶的楼梯间,新增构造柱均伸到顶部,并与顶部圈梁连接,构成地震时应急疏散的安全岛。
3 转角处墙体加固
房屋转角处墙体由于刚度较大,地震时又将受到两个水平方向的地震作用,且应力集中,导致转角处墙体容易破坏。现有建筑在转角处原均未设构造柱,为此,增设外加L形构造柱,如图5以加强砌体结构整体性。
4 内外墙交接处
经现场踏勘,并根据“工程质量检测报告”,原建筑施工质量很差,砌体强度较低,灰缝不饱满,不少部分承重内、外墙连接处均未设构造柱。为此采取增加外加构造柱方法予以加固如图6。
5 承重墙加固
如前所述,原有砌体施工质量很差,灰缝不饱满,砂浆强度等级M0.8～M1.5,抗剪强度明显不足,在地震力反复作用下,承重墙体的破坏主要由于抗剪强度不足,易产生斜向裂缝。为此,采用增设钢筋网砂浆面层(双面)进行加固,砂浆强度等级M10,钢筋网φ6@150,每隔1 000 mm用φ6钢筋拉接,如图7。
1-钢筋网φ6@150;2-φ6拉结筋
6 主梁XL1、XL2加固
《砌体结构设计规范》(GB 50003—2001)规定:主梁跨度大于6.0 m时宜加壁柱。但原建筑仅有构造柱GZ1,而无壁柱,而且砌体结构施工质量很差,砖和砂浆强度等级均未达到现行规范的基本要求,为安全见,采用HW型300×300×10×15钢柱进行加固,钢柱与构造柱和基础均用植筋φ12予以锚住。如图8。
7 结论
本文仅就建筑结构抗震加固有关问题进行阐述。其他如基础等问题限于编幅未予论述。总之,新、老建筑必须接受四川汶川大地震的教训,遵照“安全、适用、经济”原则,按现行建筑抗震设计规范要求,认真进行抗震设计或加固处理,确保人民生命和财产安全。
参考文献
[1] 建筑抗震设计规范,GB 50011-2001(2008版)
[2] 黄世敏,等编著.建筑震害与设计对策.北京:中国计划出版社,2009
[3] 吕西林.建筑结构加固设计.北京:科学出版社,2001
砌体结构抗震加固设计 篇2
抗震加固工程
编制单位：
可行性研究报告
目录
一、工程概况
二、编制依据
三、加固方案
一、本工程为部队修理所、幼儿园抗震加固工程。该工程始建于20世纪80～90年代，抗震鉴定类别属于B类。
幼儿园为单层砖混结构，局部二层，基础为砖砌条形基础，屋盖为预制板，建筑面积约834m2。通过河北省建筑工程质量检测中心提供的检测鉴定报告得知该建筑砂浆强度不满足规范最低要求，影响结构承载力；砖柱及中厅大梁端部受损严重，影响结构安全；预制板拼接裂缝普遍存在。
修理所（家属院）为单层砖混结构，基础为砖砌条形基础，建筑面积约295m2。屋盖形式为硬山搁檩铺木望板，大空间房屋设置木屋架，屋面为彩钢板。通过河北省建筑工程质量检测中心提供的检测鉴定报告得知该建筑砂浆强度不满足规范最低要求，影响结构承载力；抗震构造柱和圈梁不符合规范规定，影响结构抗震性能；山尖墙之间未设置竖向剪刀撑。
修理所（饭堂）为单层砖混结构，基础为砖砌条形基础，建筑面积约208m2，西侧屋盖形式为木屋架搭檩条，屋面为彩钢板，屋架之间未设置竖向支撑。东侧厨房为混凝土现浇板屋顶，墙顶未设置圈梁。通过河北省建筑工程质量检测中心提供的检测鉴定报告得知该建筑砂浆强度不满足规范最低要求，影响结构承载力；抗震构造柱和圈梁不符合规范规定，影响结构抗震性能；山墙竖向通长裂缝较大，影响结构安全。
修理所（活动中心）为单层砖混结构，基础为毛石条形基础，建筑面积约470m2，屋盖形式为硬山搁檩铺木望板，大空间房屋 设置木屋架，屋面为彩钢板。通过河北省建筑工程质量检测中心提供的检测鉴定报告得知该建筑砂浆强度不满足规范最低要求，影响结构承载力；抗震构造柱和圈梁不符合规范规定，影响结构抗震性能；山墙竖向裂缝，影响结构安全。
修理所（宿舍）为单层砖混结构，基础为毛石条形基础，建筑面积约710m2，屋盖形式为硬山搁檩铺木望板，大空间房屋设置木屋架，屋面为彩钢板。通过河北省建筑工程质量检测中心提供的检测鉴定报告得知该建筑砂浆强度不满足规范最低要求，影响结构承载力；抗震构造柱和圈梁不符合规范规定，影响结构抗震性能；山墙竖向裂缝，影响结构安全。
二、设计依据
1.《混凝土结构加固设计规范》
三、加固方案
1.钢筋网砂浆面层加固墙体技术
1)施工工序：剔凿-打磨-涂刷加固型界面剂-成孔-穿拉结筋-铺设钢筋网-抹水泥砂浆-养护
2)首先凿除构件表面的粉刷层至基层，构件表面必须打磨平整，用压缩空气吹净后，表面无杂物和尘土。如墙体表面凹凸度较大，需人工进行剔凿至大致平整，如原有墙体表面有裂缝，应进行灌胶或封闭处理。用滚桶刷在基层表面均匀涂抹加固界面剂一道。待其表面指触干燥时即进行下一步工序施工。3)加固特点及适用范围
钢筋网砂浆面层加固,是在面层砂浆中置设一道钢筋网，达到提高墙体承载力和变形性能（延性）的一种加固方法。4)设计构造
(1)砂浆强度等级为M10，采用水泥砂浆，厚度为35mm。(2)钢筋网宜采用绑扎钢筋网，规格为6@300X300，双向。其质量必须符合相应产品标准。
(3)钢筋网与墙体的固定，单面加面层的钢筋网应采用6@300的L型植筋，双面加固时采用S形6钢筋以钻孔穿墙对拉，间距宜为600mm,并且成梅花状布置，穿墙孔内灌注结构胶。(4)竖向钢筋应连续贯通穿过楼板，为避免钻孔太密，造成楼板过大损伤，在楼板处可采用集中配筋方式穿过，钢筋穿混凝土板处，开洞大小为60mm*60mm方洞。钢筋插入孔洞后，采用结构胶填实。钢筋规格为12@600,上下搭接各500mm，端部焊6横 筋两道，以便与钢筋网扎结。(注：楼板钻孔时不得打断空心板板肋，间距可根据实际情况适当调整)(5)门窗洞口处，用U型或L型钢筋在距洞边50~100mm范围内穿过或锚固。
(6)钢筋网砂浆面层室外部分宜深入地下，埋深为500mm.(7)钢筋网砂浆面层内应配置水平及竖向配筋加强带，采用10钢筋。5)施工要点
(1)钢筋网在墙面的固定应平整牢固，与墙面净距宜大于5mm，网外表保护层厚度为10mm(2)墙体或楼板钻孔时不得伤及原有钢筋，贯通墙体后楼板的钢筋插入孔洞后，应采用结构胶填实。2.墙体裂缝处理
1）所有墙体采用加固时，须先对有裂缝的墙体采用重力灌浆法补强加固。
2）施工要点如下：（1）清理裂缝：形成灌浆通路。（2）表面封缝：用1：2水泥砂浆（内加促凝剂）将墙面裂缝封闭，形成灌浆空间。(3)设置灌浆口：在灌浆入口处凿去半块砖，埋设灌浆口。（4）冲洗裂缝：用灰水比为1：10的纯水泥浆冲洗并检查裂缝内浆液流动情况。（5）灌浆：在灌浆口灌入I、II类水泥基灌浆料，灌满并养护一定时间后，拆除灌浆口再继续对补强处局部养
3.将梁松散混凝土凿除至坚实混凝土界面，采用加固专用砂浆进行修补，表面采用粘贴碳纤维加固，提高承载力。
四、造价分析
三、加固方案
1.高延性纤维混凝土加固墙体
1）高延性混凝土面层加固砖墙施工顺序 基层处理
铲除原墙面抹灰层，清理灰缝，用钢丝刷刷净残灰，吹净表面灰粉，用水浇透墙面，最后在墙面刷水泥素浆一道。墙体存在裂缝时，应对裂缝进行压力灌浆处理；原墙存在损坏或松动的砖块，应进行替换或局部修补，最后用水浇透墙面,刷水泥素浆一道。2）压抹高延性混凝土面层
设置标志，保证面层厚度一致。压抹高延性混凝土面层前，应沿墙面往返浇水湿润，并待墙面稍干后再进行压抹。高延性混凝土面层应深入地下，埋深和具体要求见加固砖墙构造详图。3）养护
砌体结构抗震加固设计 篇3
我国是一个地震多发国家, 在四川汶川地震中, 砌体结构房屋遭受了不同程度的破坏, 墙体倒塌严重, 预制楼板普遍塌落, 造成极大的财产损失和人员伤亡。为完善城市功能, 切实改善民生, 北京市政府决定“十二五”时期对1980年 (含) 以前建成的老旧房屋进行抗震鉴定, 对不达标的老旧房屋进行结构抗震加固改造。房屋抗震鉴定部门对老旧房屋进行了全面排查鉴定。排查结果显示, 北京市老旧住宅多为砌体结构房屋, 砂浆强度偏低, 房屋抗震能力和延性较差, 材料抗拉、抗弯、抗剪能力较低, 结构自身质量大、刚度大, 吸收地震能量较多, 在强烈地震作用下易开裂、倒塌, 破坏率较高。针对上述砌体结构的受力情况, 并以抗震鉴定结果为依据对多层住宅砌体结构房屋进行了相关的加固改造设计, 以达到抗震设防标准[1,2]。
通过汶川地震的震害分析, 并结合北京市相关抗震鉴定报告, 进行了大量的现场考察、设计和研究工作, 在此基础上总结和确定了统一可行的抗震加固方法, 为今后砌体结构抗震加固提供了参考。
2 多层砌体结构震害分析
由于强烈地震作用下, 使多层砌体结构产生自身无法承受的地震惯性力而遭受破坏。多层砌体结构, 从墙体开裂到房屋倒塌, 主要是剪切破坏, 又因房屋两端距刚度中心较远, 房屋两端及转角处破坏严重。
2.1 剪切破坏
多层砌体结构在地震水平力沿房屋横向作用时, 水平地震作用将通过楼盖传给横墙, 横墙主要受剪切破坏, 当某一横墙所受的剪力超过砌体本身的抗剪承载力时, 会产生斜裂缝, 经地震往复作用下两个方向的斜裂缝形成交叉裂缝, 进而滑移、错位, 交叉裂缝两侧的三角楔块散落, 直至墙体丧失承受竖向荷载的能力而倒塌;当楼盖刚度较差、横墙间距较大时, 横向水平地震剪力不能通过楼盖传给横墙, 引起纵墙平面外受弯、受剪, 纵墙窗洞口处或楼层处出现沿砌体灰缝的水平灰缝。
当地震水平力沿房屋纵向作用时, 水平地震力将通过楼盖传给纵墙, 如果窗间墙很宽, 纵墙仍以剪切破坏为主, 如果窗间墙很窄, 纵墙将可能压弯破坏。内外墙连接处刚度较其他部位大, 因而地震作用较为剧烈, 而此处在连接构造上又是薄弱部位, 尤其在施工中常常内外墙分别砌筑, 以直接或马牙槎连接, 又无拉结措施形成大片悬臂墙体, 造成地震时外墙外闪与倒塌现象。
2.2 房屋两端及转角处破坏严重
山墙刚度大, 承担的地震作用多, 而山墙的一侧无约束, 因此加剧了山墙的破坏;房屋两端距刚度中心较远, 在地震过程中, 当房屋的刚度中心和质量中心不重合时, 房屋将发生扭转, 这时两端结构的剪应力较中部大, 因而房屋两端的震害比中部重;房屋转角处受到两个方向地震作用的影响, 变形和应力都较复杂, 因此转角处的震害比其余部分重。
3 本工程结构检测结论
本次加固工程位于北京市东大桥路, 房屋建于20世纪60年代, 结构检测结论如下。
1) 经现场检查, 该工程为地上5层, 结构体系砌体结构, 未设置构造柱、圈梁, 未进行过抗震加固。
2) 经现场检查, 未发现地基基础不均匀沉降引起的墙体裂缝。
3) 采用回弹法检测该工程承重墙体烧结普通砖强度, 1~5层实测强度推定结果符合MU10强度等级要求。
4) 采用回弹法检测该工程承重墙体混合砂浆强度, 1~2层砌筑砂浆实测强度推定结果为M5, 3~5层砌筑砂浆实测强度推定结果为M2.5。
5) 经现场检查, 未发现主体结构出现明显的变形及损伤现象。
6) 建筑综合抗震能力不满足鉴定要求, 必须采取加固或其他相应措施。
4 多层砌体结构抗震加固设计研究
根据上述砌体结构的震害分析与结构的检测结论, 总结出砌体结构加固重点应增加砌体变形能力, 使其有较高的抗剪强度, 在砌体出现较大变形时, 墙体仍有一定的抵抗水平力的能力, 以保证整体房屋不倒塌。
考虑原有建筑要在正常使用条件下进行加固和改造, 本文着重介绍本工程抗震加固的计算方法, 及砌体结构的抗震加固方法[3,4]。
4.1 抗震加固计算方法
根据《建筑抗震鉴定标准》 (GB50023—2009) 规定, 20世纪70年代及以前建造经耐久性鉴定可继续使用的现有住宅, 其后续使用年限不应少于30年, 简称A类住宅。
本工程现有结构体系、楼 (屋) 盖整体性连接、圈梁布置和构造及宜引起局部倒塌的结构构件不符合第一级鉴定要求的房屋, 采用楼层综合抗震能力指数方法进行二级鉴定。楼层综合抗震能力指数应按式 (1) 、式 (2) 计算:
式中, βc i为第i楼层的纵向或横向墙体综合抗震能力指数;φ1, φ2为加固前体系影响系数、局部影响系数;βi为第i楼层纵向或横向墙体平均抗震能力指数;Ai为第i楼层纵向或横向抗震墙在层高1/2处净截面面积的总面积, 其中不包括高宽比大于4的墙段截面面积;Abi为第i楼层建筑平面面积;λ为烈度影响系数;ξo i为第i楼层纵向或横向抗震墙的基准面积率。
加固后的楼层综合抗震能力指数, 应按公式 (3) 验算:
式中, βs为加固后楼层或墙段的综合抗震能力指数;η为加固加强系数;β0为楼层或墙段原有的抗震能力指数;φ3, φ4分别为房屋加固后体系影响系数和局部影响系数。
采用楼层综合抗震能力指数进行结构抗震验算时, 体系影响系数和局部影响系数应根据房屋加固后的状态取值, 加固后楼层综合抗震能力指数应大于1.0, 并应防止出现新的综合抗震能力指数突变的楼层。
4.2 外加圈梁-钢筋混凝土柱加固
在原有多层砌体结构的适当位置加设钢筋混凝土构造柱和圈梁, 以增强内外墙的整体连接性, 提高墙体的抗震承载力, 防止房屋在地震中倒塌。新增圈梁、构造柱与墙体可靠连接, 形成了一个共同作用的整体。墙体在水平地震反复作用下, 出现交叉裂缝, 被主裂缝划分为4块墙体。新增构造柱和圈梁后, 构造柱和圈梁组成的弱边框将阻止两侧三角形块体外移、脱落, 从而防止墙体的倒塌, 在地震反复作用下, 构造柱、圈梁与墙体共同作用, 耗散地震能量, 大大提高墙体
的整体性和变形能力, 对防止墙体的突然倒塌具有显著效果。
外加构造柱应在内外墙交接处、房屋四角、楼梯间和不规则平面的对应转角处设置, 应由底层设起, 并应沿房屋全高贯通, 不得错位, 并用圈梁和钢拉杆将其拉紧, 从而使砌体结构墙体的抗剪强度、变形能力和整体性得以加强。增设的构造柱、圈梁应与墙体可靠连接 (见图1、图2) [5], 圈梁在楼、屋盖平面内应闭合, 在阳台、楼梯间等圈梁标高变换处, 圈梁应有局部加强措施。
4.3 钢筋混凝土单面板墙加固
本工程在外加圈梁-钢筋混凝土构造柱加固计算后, 仍不能达到抗震计算要求, 在此基础上又增加了外墙单面板墙加固。现浇钢筋混凝土单面板墙加固, 是在砌体墙一侧增设现浇钢筋混凝土组合层, 形成“砌体—混凝土”组合墙体, 从而达到大幅度提高墙体承载能力和变形性能, 对墙体平面内及平面外的抗弯强度、抗剪强度及延性均得到较大提高。
本工程单面钢筋混凝土板墙混凝土强度等级为C25, 厚度为80mm。钢筋网水平钢筋采用φ8mm@150mm, 竖向钢筋采用φ10mm@150mm, 单面板墙加固时采用L型锚筋φ8mm@600mm双向、梅花型布置, 锚筋采用结构胶植入原有砌体墙体内 (见图3) 。板墙底部设有基础, 板墙基础埋深宜与原有基础相同, 且应与原基础可靠连接。
5 结语
1) 通过对多层砌体结构的震害分析, 提出砌体结构的抗震加固重点应放在加强构件间的连接和整体性方面, 提高结构墙体的延性、抗震能力。
2) 结合北京市老旧小区住宅的相关抗震鉴定报告, 进行了大量的现场考察、设计和研究工作, 在此基础上总结和确定了统一可行的抗震加固方法, 为今后砌体结构抗震加固提供参考。
3) 多层砌体结构房屋的抗震加固是提高现有房屋抗震能力最有效的途径。本文所列加固节点详图施工方便、经济实用, 与原结构可靠连接, 在本工程中得到了广泛的应用, 并取得了较好的效果, 具有针对性强的工程实际意义。
摘要：通过汶川地震的震害分析, 提出砌体结构的抗震加固重点应放在加强构件间的连接和整体性方面, 提高结构墙体的延性、抗震能力。并结合北京市老旧小区多层砌体结构住宅抗震鉴定报告, 进行了大量的现场考察、设计和研究工作, 在此基础上总结和确定了统一可行的抗震加固方法, 为今后砌体结构抗震加固提供了参考。
关键词：多层住宅,砌体结构,抗震加固
参考文献
[1]GB50011—2010建筑抗震设计规范[S].
[2]GB50023—2009建筑抗震鉴定标准[S].
[3]GB50702—2011砌体结构加固设计规范[S].
[4]JGJ116—2009建筑抗震加固技术规程[S].
砌体结构抗震加固设计 篇4
砌体结构的加固方法
砌体结构经可靠性鉴定确认需要加固时，应根据鉴定结论和委托方提出的要求，进行加固设计。
加固方案设计的范围，可按整栋建筑物或其中某独立区段确定，也可按指定的结构、构件或链接确定，但均应考虑该结构的整体牢固性(也称整体稳固性)，并应综合考虑节约能源与环境保护的要求。
直接加固
钢筋混凝土外加层加固法
该法属于复合截面加固法的一种。其优点是施工工艺简单、适应性强，砌体加固后承载力有较大提高，并具有成熟的设计和施工经验;适用于柱、带壁墙的加固;其缺点是现场施工的湿作业时间长，对生产和生活有一定的影响，且加固后的建筑物净空有一定的减校
钢筋水泥砂浆外加层加固法
钢筋水泥砂浆外加层加固法是指把需加固的砖墙表面除去粉刷层后，在砖墙两面附设φ4~8mm的钢筋网片，然后抹水泥沙浆面层的加固方法。
该法属于复合截面加固法的一种。其优点与钢筋混凝土外加层加固法相近，但提高承载力不如前者;适用于砌体墙的加固，有时也用于钢筋混凝土外加层加固带壁柱墙时两侧穿墙箍筋的封闭。
间接加固
无粘结外包型钢加固法
用水泥沙浆将角钢粘贴于受荷砖柱的四周，并用卡具卡紧，随即用缀板与角钢焊接连成整体，去掉卡具，粉刷水泥浆以保护角钢。
该法属于传统加固方法，其优点是施工简便、现场工作量和湿作业少，受力较为可靠;适用于不允许增大原构件截面尺寸，却又要求大幅度提高截面承载力的砌体柱的加固;其缺点为加固费用较高，并需采用类似钢结构的防护措施。
预应力撑杆加固法
该法能较大幅度地提高砌体柱的承载能力，且加固效果可靠;适用于加固处理高应力、高应变状态的砌体结构的加固;其缺点是不能用于温度在600℃以上的环境中。
砌体结构的施工规范
砌体工程是指普通黏土砖，承重黏土空心砖，蒸压灰砂砖，粉煤灰砖，各种中小型砌块和石材的砌筑。目前我国正进行墙体改革，为节约农田要不用，少用普通黏土砖，进一步推广应用各种空心砌块。
工艺流程
拌制砂浆，砂浆配合比应采用重量比，并由试验室确定，水泥计量精度为±2%，砂，掺合料为±5%。
应用机械搅拌，投料顺序为砂水泥掺合料水，搅拌时间不少于2min。
砂浆应随拌随用，水泥砂浆须在搅成后3h和4h内使用完，不允许使用过夜砂浆。每250m3砌体，留置二组试块(一组6块)。
组砌方法
里外咬槎，上下层错缝，采用“三一”砌砖法(即一铲灰，一块砖，一挤揉)，严禁用水冲浆灌缝的方法。基础大放脚的撂底尺寸及收退方法必须符合设计图纸规定，如一层一退，里外均应砌丁砖;如二层一退，第一层为条砖，第二层砌丁砖。
砌体结构抗震加固性能分析 篇5
我国经济建设稳步发展,建筑业业进入了发展的黄金时期。但是,由于自然灾害(地震、水灾、风灾)、功能提升(增层、扩建等)以及设计施工过程中的错误失误等原因,许多建筑需要进行加固改造。建筑物的加固改造又分为整体加固和局部加固。整体加固就是增强整体结构的强度和刚度,保证安全。局部加固就是对薄弱环节进行增强改造,比如粘贴钢板、粘贴纤维布等。局部加固会造成结构内力重分布,改变其动力特性。设计人员往往没有引起重视,因此有必要对这方面的内容进行研究,以指导设计和施工。
本文以某学校教学楼为例,对局部加固效果进行分析,探讨加固构件对其他构件抗震性能的影响,为类似工程和研究提供借鉴。
1工程概况
某教学楼建于上个世纪就是年代,为多层砖混结构,分为两部分,一部分四层,附属部分一层。结构布置图如图1所示,①~⑤轴为附属结构,⑤~輦輮訛轴为主体结构,现对该结构对抗震加固进行设计。
2单片外纵墙加固对抗震能力的影响
假定Q1~Q4墙体强度为M0.8,才用计算分析软件PKPM进行计算,发现竖向承载力不能满足强度要求,因此需要对该片墙体进行加固,并对加固后的效果进行分析计算,加固用的墙片厚度非别为20mm、30mm、40mm。
原理相同,所以仅对Q1进行分析,结构抗力作为抗震能力的指标,将加固前后的抗力效应进行对比分析,结果如表1所示。
从表1中可以看出加固Q1后对同X轴各墙体和凸出部分拐角位置墙体的抗震能力影响较大,而对横墙和内纵墙的抗震能力影响很小。以加固后Q3、QE、QH的抗震能力变化为例,其随加固面层厚度的变化规律如图2所示。
从图2可知,加固层厚度越大,抗震性能越好。主要是由于增大了截面面积,其刚度和强度都有了较大的提升,具体数据如表2所示。
根据本文的分析,加固后未加固的构件抗震性能有如下特点:
①对与加固墙体同X轴外纵墙、凸出部位拐角处外纵墙的抗震能力影响较大;②对与加固墙体同X轴且相连的窗间墙的抗震能力影响一致;③对与加固墙体同X轴的纵横墙交接处外纵墙的抗震能力影响一致;④对凸出部位拐角处外纵墙的抗震能力影响一致;⑤对该建筑横墙的抗震能力均无影响,对内纵墙的抗震能力影响一致且较小;⑥加固单片外纵墙对其他未加固纵墙抗震能力的提高程度从大到小依次为与加固墙体同X轴的纵横墙交接处的外纵墙、与加固墙体同轴且相连的外纵墙、凸出部位拐角处外纵墙;⑦未加固纵墙的抗震能力均随着加固面层厚度的增大而增大。
3双片外纵墙加固对抗震能力的影响
进行了单片加固分析后,发现了一些规律,本节对双片加固进行分析,同样,砂浆强度设为M0.8,砌体强度为MU10,才有计算软件PKPM进行分析后,得出数据如图3所示。
将图3结果与图1结果对比,可以发现,加固后的抗力变化规律是相同的,随着厚度增加,抗震性能提升越明显,双片加固效果是单片加固的两倍,所以加固对抗力的影响可以进行简单的叠加。
4结论
我国建筑业发展迅猛,但是由于人为因素(设计、施工过程中的错误),自然因素(各种自然灾害或者年久失修)以及功能改变(增层扩建)等原因,许多建筑需要进行加固改造。加固层厚度越大,抗震性能越好。主要是由于增大了截面面积,其刚度和强度都有了较大的提升,采用双片加固是单片加固的叠加。单个构件加固对未加固构件也会有增强作用,所以,当现场条件不具备加固时,可以考虑加固其他构件,达到提高抗震性能的要求。
参考文献
[1]王永维.我国建筑物鉴定与加固改造技术现状与展望[C].第五届全国建筑物鉴定与加固改造学术讨论会,全国建筑物鉴定与加固标准技术委员会,汕头,2000.
[2]张益多,刘荣桂.混凝土结构加固技术研究及应用综述[J].江苏大学学报,2003(6):2-6.
砌体结构抗震加固设计 篇6
关键词：多层砌体结构,加固,抗震
我们要结合国情现状,深入研究分析多层砌体结构房屋抗震加固技术,汲取教训,总结经验,不断提高抗震性能,提高房屋层数,满足社会需求。
1 地震灾害砌体结构受损原因简析
房屋空间大、自重大、墙体抗拉和抗剪力很低、场地地基与房屋自斟周期相近引发更大的共振、构造不合理;施工不规范、地震级数过高等因素。究其主要原因就是设计不合理,施工不规范,砌筑质量差。
2 应对策略
2.1 加强砌体约束构件的设置
加强边缘约束和配筋是改善砌体结构的脆性的主要措施。把边缘约束构件设置在承重墙体中的做法,可以极大地提高多层砌体结构房屋抗震的性能,一般可以抗击八级以下地震不会倒塌。在实施中应注意以下几个方面。
(1)构造柱截面面积不宜过大和配筋数量不可过多。且必须是在墙后浇构造柱混凝土之前,这样才能加强构造柱与墙体结合的紧密度,共同承担压力。在水平地震作用初期,不会受什么损害。但是,当墙体开裂后,随着柱内应力由小增大,直到裂缝在贯通墙体时,墙体就会破碎,但一般不至于倒塌,这就是“裂而不到”的预期目标。假如柱截面过大和配筋过多,大多数的地震力就会先作用在刚度较大混凝土上,这就会使构造柱比墙体先被破坏,也就无法取到约束墙体的功效。
(2)设置构造柱应保持砌体的刚性性质。因为,墙体在地震作用下,首先都是沿者45度主拉应力的方向开裂,并逐步延伸,形成对角交叉型的裂缝;高宽比较大的墙段,水平裂缝段则容易出现在墙体中段。所以,应保证构造柱的间距适中,杜绝过大,已达到加大对墙段砌体的约束作用,纵墙内每开间必须均设,横墙内间距要小于两倍层高。
(3)楼盖圈梁在多层结构中很难准确计算,它的作用是多方面的,如增强拉接,提高结构的整体性,抵御地基的不均匀沉降,加强楼板与墙体的连接等。而构造柱的作用也是如此,它在加强墙体之间的连接方面是明显的,但它的约束作用一般要在墙体开裂以后才能发挥,这是构造柱的特点之一。
2.2 加强配筋砌体。
在现代城市中的高层建筑中应用比较广泛,需要注意如下几个方面。
(1)在每一层都要设置楼层圈梁,截面适当加大。
(2)在每一个墙体交接处均应该设置构造柱。
(3)构造柱的间距必须控制在4米以内。
(4)在叫宽大的洞口两侧必须设构造柱。
(5)这些都是用组合砌体的原理设计的。但是,这样的弊端是构造柱的数量会增多,故此,必须严格控制构造柱的截面不能过大。
2.3 注重对房屋的重要部位
(1)加强楼梯间的构造柱设置。
(2)房屋门窗边的墙体必须尺寸长度合理。
(3)用边框对过大尺寸的门洞进行加强处理。
(4)在房屋角部设置构造柱的配筋。
3 一些建议
3.1 合理设计,保证施工质量
一栋房屋设计得如何,在很大程度上决定了房屋的抗震性能,特别是对于多层砌体结构的房屋来说,显得尤为重要。因为,在设计中的一点点错误,很可能会带来巨大的安全隐患,造成无法挽回的损伤。所以,对房屋进行科学规划和合理设计,是提高多层砌体结构房屋抗震性的前提。
3.2 联系实际,加大调研力度
“没有调查就没有发言权”。作为建筑业的从业人员,在工作是都应该树立“安全至上、质量第一”的意识,要站在对人民生命安全和财产负责的高度认识加固抗震技术研究的重要性和必要性。我们每一个建设者要把建筑工作当成自己赖以生存的事业去做。在工作中,应密切联系实际,加大对多层砌体结构房屋的调研力度,对震害中的房屋进行尽可能详尽地分析,以寻求破解顽固症结的良方。
3.3 设立基金,鼓励改良创新
一项工作的发展,关键是靠投入。笔者认为国家有关职能部门可以成立一些奖励基金,奖励那些在建筑物抗震方面取得重大成绩的人。号召人们对已有的多层砌结构进行不断地探究,创新思路,切实提高多层砌体结构房屋的抗震能力。针对部分地区房屋存在超越规范规定房屋层数的具体情况,应对该类房屋制定更为严格的细部构造措施和要求,或制定相应的地方标准,以指导工程实践。例如对于8度区的空心砖砌体房屋放宽规范限制,可以盖到7层,但对其开间大小、平面布置、构造柱及圈梁的设置、楼屋面结构形式等都做出了相应的严格规定,并考虑整体弯矩的影响。
3.4 维护房屋周围安全,杜绝出现危害性震荡
如在砌体房屋周围的范围给以具体界定,不能出现重大破坏性的作业。政府职能部门应对地区场地进行合理的区划,避免场地土发生强烈的异常情况,以免对房屋造成损坏。有关部门应指导监督抗震设计工作。
3.5 在建筑物基础部位安装隔震器与阻尼器。
对于近震中发震概率比较小的地区,房屋主要受水平地震作用,减小上部建筑物的地震反应。例如叠层橡胶隔震支座及滑移隔震支座等的研究与应用。此种隔震技术的应用能起到事半功倍的效果;对于近震中地区,则结合当前墙体改革的需要,从节约能源、变废为宝、增强墙体抗震性能出发,研究新结构、新材料、新工艺、新技术,以满足我国城镇建设可持续发展的要求。当前出现的配筋约束砌体在强度、整体性、耗能性能等方面均优于传统的砌体结构,应推广使用。
3.6 将抗震规范基本要求中指导性的条文细化;例如对多层房屋平面形状的局部外伸或内收尺寸进行量化,便于抗震和设计部门操作。要采取必要的措施考虑竖向地震的影响
由于我国现在正处在墙体材料改革的时期,不同的地区都会有一些适合本地材料,但我们的总体思想“小震无碍,中震可修,大震不倒”是不变的,无论哪种材料,都要采取相应的抗震构造措施来保证工程的安全性,保证国家、人民的财产不受到损失。
参考文献
碳纤维布加固砖砌体结构抗震研究 篇7
关键词：碳纤维布,砖砌体结构,剪力折减系数,抗剪承载力,抗震加固
0 引言
砌体结构是人类最早兴建的建筑工程结构,在我国城乡建筑中有着广泛的应用。与混凝土结构相比,砌体结构抗抗震性能也较差,从宏观震害和试验研究中发现,地震作用下墙体的开裂和倒塌,主要是由于墙体的抗剪强度不足所致,通过对砌体结构进行加固,增强其抗剪能力,是提高砌体结构抗震性能的有效途径。砌体结构现有的加固方法主要有[1]:(1)水泥灌浆加固法;(2)扩大砌体截面法;(3)外包钢加固法;(4)纤维增强复合材料(FRP)加固法等。由于FRP加固法有着施工便捷、耐腐蚀、施工质量易保证、附加体积小,不影响建筑外观的独特优势,在混凝土结构加固中已有广泛应用,并有了相应的技术规程,但在砌体结构中,最近几年才开始引起人们的特别关注,已做了一些探索性研究,但应用并不多。英、美、日等国在20世纪80年代中后期开始进行FRP砌体结构加固的研究,结果表明纤维材料加固砌体结构的效果是比较明显的,但是有关计算方法和理论仍需完善,研究成果也尚未广泛地应用于工程加固实践之中;我国此项研究开始于1996年,并取得了一定成果,如赵彤等[2]开展了碳纤维布加固砖砌体结构的抗剪、抗震性能研究,采用了桁架模型分析碳纤维加固砖砌体的受剪机理,并在此基础上提出了相应抗剪承载力计算公式;彭少民等[3]开展了碳纤维布加固带窗洞砌体结构试验研究等,但迄今有文献公开发表成果的仅武汉理工大学、天津大学、上海交通大学和郑州工业大学等为数不多的几个单位,总的来说,我国用纤维材料加固砌体结构尚处于初始试验研究和应用阶段。
在FRP材料中,碳纤维增强复合材料(CFRP)是迄今为止应用于土木工程领域最早、技术最成熟,也是用量最大的一种高性能纤维复合材料,本文针对碳纤维布加固的砖砌体结构进行抗剪、抗震研究。首先阐明地震作用下碳纤维布加固后砖墙的破坏机理,建立碳纤维布加固砖砌体结构的力学计算模型,进而提出了“X”形加固后墙体的极限抗剪承载力简化计算公式,通过引入碳纤维布剪力折减系数,使得公式计算结果与试验结果吻合较好。最后,本文借助ANSYS软件,对碳纤维布加固的墙体进行了有限元分析,结果表明碳纤维布可以有效提高墙体的抗剪和抗震能力,计算结果与文献结果基本一致;通过对四种不同碳纤维布加固方式的对比研究,得出较为理想的加固方式,供工程设计参考。
1 碳纤维布加固砖砌体结构原理与抗剪承载力计算
1.1 未加固的砖砌体在地震荷载作用下的破坏机理
在地震荷载作用下,砖砌体受力方式为竖向受压及水平承受周期荷载,大量的试验研究和实际地震资料表明,此时未加固的砖砌体多表现为因主拉应力引起的剪切型脆性破坏破坏,墙体的开裂荷载接近或达到极限荷载。墙体的破坏通常由墙体两对角范围内承受较大的剪复合应力的砂浆开始,一般先出现墙趾水平砂浆裂缝,同时可伴有局部砖块被压碎的现象,然后出现阶梯形裂缝向墙体的中部和两对角发展或贯通,这个过程伴有墙体水平裂缝的出现,在地震力继续作用下,墙体两端的三角块体将被挤出脱落,最终导致墙体破坏。
1.2 碳纤维布加固后砖砌体在地震荷载作用下的破坏机理
1.2.1 碳纤维布加固方式
碳纤维布加固方式直接影响加固效果,研究表明,如图1所示的“X”形布置碳纤维布的加固方式比较理想[4,5],可明显提高砖砌体的抗剪承载力,从而大大改善砌体的抗震性能。
1.2.2 破坏机理
墙体水平加载初期,墙体未裂的情况下,碳纤维布的应变很小,和墙体之间协调变形。继续加载时,墙体中的主拉应力逐渐超过砌体的抗拉强度,在某一个或几个最危险的截面出现裂缝,此时位于裂缝两侧碳纤维布可以有效阻止裂缝的发展。在反复荷载作用下,墙体最终形成“X”形阶梯缝,碳纤维布发挥拉杆的作用参与整个受力体系并阻止裂缝发展,使得砌体的能够承受更多次的循环荷载,在整个加载过程中,所消耗的能量有所提高。理论上,只有当碳纤维布拉断时墙体的才会完全破坏,但实际中墙体破坏主要是碳纤维布的部分剥离及砌体的压碎导致的,此时碳纤维布往往是完好的。
1.3 碳纤维布加固砖砌体受剪承载力计算公式
CFRP抗震加固砖墙的抗剪强度可以用桁架模型[2]计算,在用碳纤维布加固砖砌体时,碳纤维布的作用相当于桁架模型中的拉杆、压杆作用,但试验证实压杆作用并不明显[5],为简化计算只考虑碳纤维布承受拉力。此时,碳纤维布加固墙体的剪力等于相同条件下的未加固墙体的剪力和碳纤维布拉杆机制所承担的剪力之和,计算简图如图2所示。
通过平衡条件,可得单向碳纤维布加固墙体中碳纤维布所承受剪力Vcf的计算公式:
式中:Ecf为碳纤维布的弹性模量;tcf为碳纤维布的计算厚度;bcf为碳纤维布的宽度;n为碳纤维布的粘贴层数;ε(x)为碳纤维布在不同位置上的应变;θ为碳纤维布与水平线的夹角;αcf为碳纤维布的剪力影响系,它与砖强度、碳纤维布粘贴质量(粘结剂饱满程度)以及是否锚固等因素有关。
为了简化计算,本文采用常量应变ε代替式(1)中的ε(x)进行计算,即得到简化的碳纤维布加固墙体中碳纤维布所承受的剪力的计算公式:
根据本文的理论分析和式(1)、式(2),得碳纤维布加固砖砌体所承受的剪力公式:
式中:V0为加固后墙体达到极限受剪承载力时素墙体承受的剪力,可以通过理论计算[6]得到。
对比试验发现,受碳纤维布作用的影响,加固后墙体的极限受剪承载力Vu与无筋墙体的极限受剪承载力Vu,w并不是同时达到的,而是有一定滞后(如图3),由于V0计算不便,可以考虑用Vu,w代替V0,同时引入碳纤维布剪力折减系数cf来加以修正,这样,碳纤维加固后墙体的极限抗剪承载力的计算公式也可以表达为:
φcf的取值影响因素较多,主要是受碳纤维布的粘贴质量、碳纤维布与被加固砌体之间有无锚固,是否发生剥离、原无筋砌体中砖和砂浆的强度、CFRP纤维布的加固量等因素的影响,要全面分析φcf影响因素,尚需大量的试验数据。本文在对文献[4]中的试验资料进行研究的基础上,采用拟合方法给出如下参考公式:φcf=-0.884η+1.051,其中η=纤维加固量/墙体侧面积,则加固后墙体的极限抗剪承载力的计算公式可表示为:
1.4 CFRP加固砖砌体受剪承载力计算结果与分析
以文献[4]中的试验资料作为算例,计算加固试件受剪承载力。相关参数取值为Ecf=2.35×105 MPa,Acf=bcftcf=22.2 mm2,cosθ=0.651 1,αcf取值需要大量试验数据来确定,本文计算暂取为1.0。根据规范[6]计算得到加固试件中V0=170.6 kN,试验数据中Vu,w=200 kN,分别采用公式3和5进行计算,结果见表1。从计算结果可以看出,按照本文推导的公式5进行加固墙体的极限抗剪承载力计算时,计算值与试验值的吻合度较公式3更好,且计算值低于试验值,计算偏于安全,可以满足工程设计的要求。
kN
2 碳纤维布加固砖砌体结构有限元分析
2.1 算例介绍
为进一步了解碳纤维布加固后墙体受力特性,研究不同加固方式对墙片抗剪性能的影响,本文通过ANSYS模拟如图4所示的5个墙片。W-1、W-2的试验数据来源于文献[4]中的试验模型,W-3至W-5仅加固方式不同。墙片高宽比为1.07,砌块采用蒸压粉煤灰砖MU20,砂浆为水泥砂浆M7.5,底梁、构造柱混凝土设计强度等级为C20,墙体施加正应力值取为0.5MPa。碳纤维布加固方式见表2。
2.2 有限元模型的建立
砖砌体由砂浆和砖砌块两者不同材料组成,同时拉压性质也不相同,准确模拟有一定难度,为简化起见,本文将其视为匀质弹塑性材料,采用ANSYS提供的Solid65实体单元,根据文献[4,7,8],计算得砌体的材料参数见表3。根据文献[8],砖砌体受压的应力-应变关系式取,采用ANSYS提供的MISO本构模型模拟上述关系。碳纤维布采用壳单元Shell41,整个有限元分析过程中碳纤维布始终处于弹性阶段,其厚度为0.011 mm,弹性模量取2.35×10 5MPa,泊松比取0.3。
本文首先将砌体和碳纤维布单独建模,然后把相近位置的碳纤维布结点和砌体结点自由度耦合的方式模拟两者之间的粘接,试件的边界条件是墙底固定约束。以W-2为例,模型耦合和约束情况如图5所示。荷载共两种,一是竖向均布荷载σ0=0.5 MPa,二是墙顶低周水平反复荷载,如图6所示。
本文以结点力迭代收敛为控制条件,本文取结点力的相对误差小于0.05作为迭代收敛条件[9]。在很大的迭代次数(105)下,若迭代结果仍不收敛或不满足最大位移条件,就认为墙片已破坏,并把前一级计算荷载作为加固墙片的破坏荷载。
2.3 计算结果与分析
(1)W-1的裂缝开展如图7所示。从图中可以看出:底部首先产生水平裂缝,与文献试验现象基本一致;继续加载时,墙体中部出现交叉裂缝,与受力分析结果一致。
(2)W-2中碳纤维布的拉应力云图如图8所示,最大拉应力出现在端部,这也是试验中碳纤维布端部经常剥离的原因,所以需做好其端部的锚固工作,以确保CFRP与墙体间共同工作,达到补强的目的。有限元分析结果显示碳纤维布的压应变值较小,拉应变值较大,且碳纤维布的应力与墙片的主拉应力方向一致,说明碳纤维布起到拉杆的作用。
(3)W-1、W-2计算结果与试验结果对比见表4,可以看出:“X”型碳纤维布双面加固后墙片的变形能力得到了很大的提高,延性增大。ANSYS计算的极限位移值偏小是因为收敛准则控制较严格,而计算的极限荷载较试验值偏大是因为有限元模拟时未考虑CFRP剥离的影响,认为墙体和CFRP的完全协调变形。
(4)5个墙片有限元分析结果汇总见表5,可以看出:4种加固方式均有一定的补强效果,其中W-3的极限荷载提高最多,加固效果最好,W-5的加固效果最差。W-2、W-4的极限荷载提高相差不大,但是W-4的极限位移提高较W-2大,可见构造柱对抗剪承载力的提高不大,但对墙片的变形能力有很好的改善。
3 结语
本文通过对碳纤维布加固砖砌体的抗震性能研究,得出如下结论和建议:
(1)碳纤维布通过发挥桁架机构的拉杆机制并限制墙体裂缝的发生和开展,可以有效提高砖砌体的抗剪强度和抗震性能,是一种极具发展潜力、值得广泛推广的加固技术。
(2)本文推导的碳纤维布加固砖砌体的极限抗剪承载力计算公式的计算结果与试验值吻合较好,计算偏于安全,能满足工程计算的要求,可供工程计算人员参考使用。
(3)有限元分析结果基本验证了文献中的试验结果,比较各种加固形式,W-3加固形式效果最好,建议工程设计中采用。有限元分析还指出,碳纤维布端部收拉力较大,需做好锚固工作。
CFRP片材维护加固工程结构是一项新技术,在砌体加固方面仍有很多问题需要进行一步的研究和证实,该技术有着广阔的发展空间,尤其对于大量采用砌体结构型式的历史文化建筑而言,更具有其独特的优势,碳纤维布加固砌体技术将在未来得到广泛的应用。
参考文献
[1]赵彤,谢剑.碳纤维布补强加固混凝土结构新技术[M].天津:天津大学出版社,2001.
[2]赵彤,张晨军,谢剑.碳纤维布用于砖砌体抗震加固的试验研究[J].地震工程与工程震动,2001,(6):89-95.
[3]彭少民,张祥顺,管克俭,等.碳纤维布加固带窗洞砌体结构试验研究[J].河南科学,2002,20(6):26-28
[4]张祥顺,谷倩,彭少民.CFRP对砖墙抗震加固对比试验研究与计算分析[J].世界地震工程,2003,19(1):77-82.
[5]赵彤,张晨军,谢剑,等.碳纤维布加固开裂砖墙的试验研究[J].特种结构,2002,19(1):58-62.
[6]GB50011-2001,建筑抗震设计规范[S].
[7]GB50003-2001,砌体结构设计规范[S].
[8]施楚贤.砌体结构理论与设计[M].北京:中国建筑工业出版社,1992:54-56.
砌体结构抗震加固设计 篇8
近年来我国地震灾害发生十分频繁, 地震属于自然灾害, 具有不可预见性, 而且具有强大的破坏性。由于我国在相关建筑设计规范中对于房屋建筑的抗震性能有明确的要求, 因此在实际房屋建筑过程中, 需要有效地提高结构的抗震性能, 做好房屋建筑抗震性能的预测和鉴定工作, 并对达不到抗震要求的房屋结构实施加固处理, 从而有效地确保人们的生命和财产安全。
1砌体结构房屋的震害特点
在砌体结构房屋建筑中, 各种砌体作为主要承重构件, 但由于砌块自身抗剪能力和延性较弱, 一旦有强大外力作用下则会发生变形。特别是地震发生时, 砌体结构房屋的承重构件会发生严重的开裂和变形, 从而导致建筑受到严重破坏, 甚至发生整体倒塌的现象。 在汶川地震发生时, 由于很大部分房屋多为砌体结构, 地震发生后针对房屋受到破坏的情况表明, 房屋裂缝多发生在窗下, 以X型贯穿于整个墙段。在房屋的内外墙交接处也受到严重的破坏, 外纵墙倒塌严重。墙体转角处容易发生破坏, 从而引发倒塌事故。由于采用的是装配式或是整体式的楼屋盖, 在地震中破坏十分严重, 部分墙体及楼梯间也发生一定程度的破坏。
2砌体结构房屋的安全鉴定方法
为了能够更好地对房屋建筑结构的状态进行掌握, 合理评估砌体结构房屋的抗震性能和安全性能, 则需要做好砌体结构房屋的安全鉴定工作。同时在评估过程中针对发现的问题, 并提出合理性的改进建议。目前我国砌体结构安全抗震鉴定过程中使用的规范和标准较多, 同时还要使用到多种仪器, 在具体安全鉴定工作中往往会针对建筑结构的合理性、主要构件连接的可靠性、建筑材料的强度、 易损构件及主要构件的连接等进行综合性评估, 对于已建成的建筑则需要针对实际功能和需要来选择适宜的鉴定方法。目前普遍采用的方法主要有:
2.1概率法
概率法的原理表现为:利用房屋结构可靠性原理, 采用结构失效概率评价房屋结构的安全性和可靠性, 虽然该种方法在理论上可行, 但是在实践应用还存在一定的问题需要进一步完善。
2.2实用鉴定法
根据鉴定人员对房屋损坏原因的分析, 并根据规定的检测和鉴定项目, 采用检测仪器进行实地勘察和检测, 再结合结构计算以及实验结果, 对既定的检测与鉴定项目进行综合性评定, 进而获得准确的检测以及鉴定结果, 在采用该种检测鉴定方法时, 需要采用现代化的科学检测仪器获得房屋建筑工程的数据资料, 进行结构验算以及模型分析, 结合房屋建筑的环境、勘察、规划以及图纸等相关技术资料, 对房屋建筑工程的整体安全程度和可靠程度进行检测鉴定。
2.3直接经验法
这是一种直接对房屋建筑面进行现场勘查和调查的方法, 需要房屋安全鉴定人员要具有丰富的工作经验, 在具体检测鉴定过程中, 需要根据房屋的设计图纸来核对房屋建筑面工程各个构件的运行状况, 通过鉴定人员的具体验算及自身的专业知识来实评定房屋装饰建筑工程的安全等级。直接经验法在对房屋建筑工程进行鉴定过程中不仅操作简单, 而且所需时间较短。但在具体鉴定过程中, 由于所需要配备的现代化检测设备缺乏, 必然会对检测结果的科学性和有效性带来较大的影响。
3砌体结构房屋的加固技术措施
由于现有砌体结构使用年限及外部原因, 很多砌体结构都存在不同程度的损害, 考虑到经济性, 大面积的拆除不现实, 因此对砌体结构进行加固是最有效的办法, 目前工程中对砌体结构房屋加固措施主要有以下几点:
3.1外加钢筋混凝土构造柱技术
主要是利用钢筋混凝土构造柱, 将其加固在砌体墙面薄弱部位的内外两侧, 加固完成后, 构造柱能够与墙体共同承受各类破坏性作用, 并进一步增强砌体结构房屋的抗剪强度。而且加固所用的钢筋混凝土构造柱与楼层的外回圈梁、拉杆等还会构建十分牢固的空间体系结构, 对于提高整体结构的稳定性具有非常重要的意义。利用此加固体系后, 不仅砌体结构的抗震性能得到大幅度提升, 而且墙体中间部位抗剪能力及两侧部位的抗弯能力也会有相应的增强, 在地震水平作用力下结构的稳定性有了明显的改善。特别是将钢筋混凝土构造柱设置在砌体结构建筑的受拉边缘时, 可以有效地对应力过度集中现象起到有效预防, 在圈梁约束力作用下, 墙体整体具有非常好的延性, 即使发生大强度的地震, 砌体结构的房屋的墙体出具有较好的抗震性能, 不会出现开裂及倒塌的现象。
3.2钢筋网砂浆面层加固
在当前砌体结构房屋中, 钢筋网砂浆面层加固技术应用十分常见, 也可称为板墙技术。由于水泥砂浆在外界作用力作用下会出现开裂现象, 这就会导致砌体墙面开裂及钢筋屈服问题发生, 因此采用钢筋网砂浆面层来改善墙体的抗侧力刚度和抗剪强度, 能够整体优化房屋的性能, 特别是这种加固方法在多层砌体结构房屋加固中应用所取得效果更为显著。
3.3后加拉杆、圈梁等加固技术
利用钢拉杆对砌体结构建筑的纵横墙进行拉结, 不仅可以有效地避免纵墙倒塌现象的发生, 而且对砖墙及外加钢筋混凝土构造之间的协作的改善也具有非常好的效果, 有利于房屋整体性能的进一步增强。圈梁加固技术在对砌体结构建筑加固应用中, 由于房屋结构及施工方式选择方式不同, 这也使圈梁加固的应用也具有多样性。在对坡屋顶面进行加固时, 通常会采用卧墙式圈梁, 这对于屋架的锚固作用的增强会带来非常好的效果。同时在施工过程中利用外露式圈梁进行加固具有更好的便利性, 有利于房屋结构延性的改善。另外在木质屋盖房屋顶层加固中一般会采用后加型钢圈梁, 这种圈梁在加固过程中工艺简单, 不受环境气候因素的影响, 但其对钢材消耗较大, 因此成本相对较高。对于砌体结构建筑圈梁加固形式的选用, 需要在具体施工过程中与建筑的实际情况、环境及成本因素等多方面有效的结合, 选择适宜的圈梁。
4结束语
在当前城乡快速发展过程中, 砌体结构房屋不仅数量较多, 而且涉及的范围较广, 特别是一些灾后重建建筑, 基于经济能力考虑, 砌体结构采用的更是十分广泛。针对砌体结构房屋的特点, 因此需要加强结构的抗震设计, 并采取切实有效的加固措施, 确保砌体结构房屋的稳固性, 确保人们居住的安全。近年来, 材料技术和工艺技术取得了较快的发展, 这也使一些新型的加固方式开始被研发出来, 这对砌体结构房屋的安全性有了更好的保障, 而且在满足使用安全的基础上, 房屋建筑的美观性也有了较大的进步。
参考文献
[1]马德云, 左勇志, 滕海文, 等.纵墙承重多层砌体结构抗震分析与鉴定加固[J].工程抗震与加固改造, 2012, 34 (1) :98-101+125.
[2]高剑平, 罗民, 罗丹, 等.某砖砌体房屋安全性鉴定与加固可行性分析[J].四川建筑科学研究, 2012, 38 (1) :81-82.
砌体结构抗震设计 篇9
一、砌体结构抗震设计
砌体是一种脆性结构, 其抗拉和抗剪能力均较低, 在强烈地震作用下, 砌体结构易发生脆性剪切破坏, 从而导致房屋的破坏和倒塌。在多层砌体建筑的设计中, 如果过度追求大开间、大门洞、大悬挑、通窗效果等设计形式, 必将大大削弱建筑的抗震能力。
砌体结构的抗震设计应包括两方面的内容。一是对砌体结构的抗震强度进行验算。这部分主要是根据现已掌握的地震作用规律, 将地震动力学的问题简化为静力作用, 然后对砌体结构的抗震强度进行验算。二是砌体结构的抗震设计要求。要想使砌体结构达到预期的抗震要求, 就有必要了解一下砌体结构在地震作用下所受到的震害及抗震设计的基本要求。
1. 砌体结构震害。
在强烈地震作用下, 多层砌体房屋的破坏部位主要集中在墙身和构件连接处, 楼盖、屋盖结构本身的破坏较少。
(1) 墙体的破坏。在砌体房屋中, 与水平地震作用方向平行的墙体是承担地震作用力的主要构件。在地震中, 这类墙体往往因为抗拉强度不足而产生斜裂缝。而水平地震反复作用会使两个方向的斜裂缝组成交叉型裂缝, 这种裂缝在多层砌体房屋中的表现规律一般是下重上轻。这是因为在多层房屋的墙体下部, 地震剪力相对较大。
(2) 墙体转角处的破坏。由于墙角位于房屋尽端, 房屋对其约束作用减弱, 因而其抗震能力相对降低, 比较容易遭受破坏。
(3) 楼梯间墙体的破坏。标准层的楼梯间墙体计算高度比房屋其他部位小, 因而其刚度较大, 此处分配的地震剪力也相应较大, 所以易遭受震害;顶层楼梯间的墙体计算高度较其他部位大, 因而稳定性差, 所以也易发生破坏。
(4) 内外墙连接处的破坏。内外墙连接处是砌体房屋的薄弱部位, 特别是有些建筑物的内外墙为分别砌筑, 这些部位在地震中极易被拉开, 造成外纵墙和山墙外闪、倒塌。
(5) 楼盖预制板的破坏。预制板整体性较差时、搭接长度不足或无可靠拉接时, 在强烈地震中, 楼盖极易塌落, 并造成墙体倒塌。
(6) 突出屋顶的房屋等附属结构的破坏。突出屋顶的屋顶间、烟囱、女儿墙等房屋附属结构, 因为受地震“鞭端效应”的影响, 所以一般比下部主体结构损坏严重。
2. 抗震设计的基本要求。
在抗震设计中, 首先要明确的是设防标准问题。根据当前的社会经济条件, 我国提出的设防标准为“既能合理使用投资, 又能保证结构抗震安全”, 概括来说, 即“小震不坏, 中震可修, 大震不倒”。
二、多层砌体房屋的抗震构造设计
1. 设置钢筋混凝土构造柱。
在地震中, 要杜绝多层砌体在地震中形成裂缝是很难做到的。因此, 为了削弱砌体结构的脆性性质, 应当寻找一种即使在砌体结构开裂后仍能保持其承受垂直荷载的能力而不致突然倒塌的方法。在1976年唐山大地震的调查中发现, 地震中有8幢带有钢筋混凝土柱的砌体房屋没有一塌到底。此后30年的实践应用充分证明了在砌体建筑中设置构造柱的抗震效果。从概念上讲, 不能将钢筋混凝土构造柱理解为柱, 它其实是一种约束砌体的边缘构件。在多层砌体结构中, 应在下列位置设置构造柱:墙体和墙体的交接部位、洞口两侧墙体的端部、楼梯间两侧墙、大房间两侧墙、局部墙跺等。
2. 设置抗震圈梁。
抗震圈梁是一种水平约束构件, 它在砌体房屋中的重要性与构造柱一样。抗震圈梁既是水平楼、屋盖的约束边缘构件, 又是加强墙体与墙体、楼盖与墙体间连接的重要构件。抗震圈梁作为加强房屋整体性、提高建筑抗震性能的重要构件, 已经在工程实践中得到广泛应用, 其抗震效果也被历次地震灾害所验证。除了每层楼、屋盖标高处之外, 还应在墙段上所有的承重墙和自承重墙体上设置抗震圈梁。
3. 连接要求。
多层砌体结构的各个部分要通过相互连接来达到加强整体性、发挥整体功能、满足房屋抗震性能的要求。
(1) 楼板与墙、楼板与楼板的连接。楼板与墙的连接主要靠支承长度来保证。相关规范规定, 楼板伸入墙内的长度应不小于120mm, 以免地震时的水平变位使楼板从墙体上滑脱。当板跨大于4.8m时, 应将与板跨平行的外墙和预制板进行拉结。现浇钢筋混凝土楼板, 可不另设置圈梁, 但应在外墙支承面上增设加强楼板、屋面板边缘强度的措施。
(2) 其他部位的连接。楼盖、屋盖中的钢筋混凝土梁或屋架, 应与墙或构造柱及圈梁相连接。
三、结论
【砌体结构抗震加固设计】推荐阅读：
砌体结构抗震设计06-09
多层砌体结构抗震设计09-02
砌体房屋抗震结构设计06-06
砌体结构抗震概念设计06-27
砌体结构房屋抗震措施06-25
多层砌体结构抗震问题11-23
砌体结构10-29
组合砌体结构07-07
砌体结构住宅09-17
砌体结构房屋10-06