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建築結構抗震加固方法的應用分析?

我國是壹個多地震的國家,地震活動分布很廣,地震造成的危害不容忽視。5.12汶川地震和4.14青海玉樹地震,造成了重大人員傷亡和巨大經濟損失,也給人民群眾敲響了警鐘。建築結構的抗震加固已成為當前的熱門話題。為了更好地保護人類生命財產的安全,促進社會的和諧發展,在地震前後對工程結構進行加固是非常重要的。

壹、2010版抗震規範修訂詳情

汶川地震後,建設部修訂了原國家抗震設計規範。下面將分析相關細節。

1.1由原總則修改為新的強制性條文。4.1.8條中,增加系數由原來的“根據具體情況確定,但不超過1.6”改為“在1.1 ~ 1.6範圍內采用”,範圍有所變更。

樓梯間應符合下列要求:①頂層樓梯間的橫墻和外墻沿墻高每隔500mm設置2根φ6長鋼筋;7 ~ 9時,其他樓層的樓梯間墻應在休息平臺或樓層半高處設置60mm厚、縱向鋼筋不小於2φ10的鋼筋混凝土帶或鋼筋磚帶,鋼筋磚帶不少於3皮,每皮鋼筋不小於2φ6,砂漿強度等級應低於m7.5且不低於同層墻體。

(2)樓梯間、門廳內墻陽角處的梁支撐長度不應小於500mm,並與圈梁連接。

(3)組裝式樓梯段應與平臺板的梁可靠連接,組裝式樓梯段不得在8、9度使用;不應采用墻內懸挑踏步或有豎肋插入墻內的樓梯,也不應采用無筋磚欄桿板。

(4)伸出屋面的建築和電梯間,構造柱應伸至頂部,並與頂部圈梁連接。所有墻體沿墻高每隔500mm設置2根φ6長鋼筋和φ4分布短鋼筋,由拉結網或φ4點焊網組成。

1.2第3.9.2條規定的材料性能修改:

(1)普通磚和多孔磚的強度等級不應低於mu10,砌築砂漿的強度等級不應低於M5;

(2)混凝土小型空心砌塊的強度等級不應低於mu7.5,砌築砂漿的強度等級不應低於mb7.5抗震等級為壹、二、三級的框架和斜撐構件(包括梯子),當用普通鋼筋作縱向鋼筋時,鋼筋實測抗拉強度與實測屈服強度之比不應小於1.25;鋼筋實測屈服強度與標準屈服強度的比值不應大於1.3,鋼筋在最大拉力下的實測總伸長率不應小於9%。

第3.9.3條對普通鋼筋的性能定義了“滿足抗震性能指標”的限值,放棄使用hpb235級鋼筋作箍筋。

第3.9.4條由“滿足正常使用極限狀態和抗震構造措施要求”改為“滿足最小配筋率要求”,規範要求更加具體。

3.9.6本條由原總則修改為新的強制性條文。

第7.3.6條由原來的壹般條款修改為新的強制性條款。新規定更加具體,新規範對獨立磚柱的適用範圍給予了更加明確的限制,規定“只能用6度,7 ~ 9度不能用”,並增加了跨度不小於6米的梁的支撐構件的加強措施。

二、抗震加固的方法

目前常用的抗震加固方法有三種:增設附加構件、加固構件和隔震減震。前兩種屬於傳統的抗震加固方法,後者屬於新興的抗震加固方法。

2.1增加構件加固法

目前,結構抗震加固是最基本、最有效的方法之壹,可以有效提高結構的抗震能力、變形能力和整體性能。具體方法包括增設抗震墻加固法、增設圈梁鋼筋混凝土柱加固法、增設支撐加固法和增設剛架加固法。該方法采用新型抗震墻來承擔主要地震作用,以減少結構的變形。使用抗震墻加固時,需要處理好新墻與原構件的連接,以保證連接的可靠性,避免對原結構構件造成過大的破壞。

3.2加固構件的加固方法

當新構件不能用於加固時,可對原結構構件單獨進行加固,提高原構件的承載力和延性,從而達到抗震加固的目的。主要方法有:

1.外粘鋼加固法:適用於鋼筋混凝土梁、柱等需要大幅度提高截面承載力和抗震能力的構件的加固。這種方法通過灌漿或焊接在構件的四周或兩角包裹鋼材,使其與原構件共同承擔荷載,通過約束原構件來提高其承載力和變形能力。這種方法適用於大型結構和大跨度結構。其優點是施工簡單,現場工作量少,構件截面尺寸變化小,結構自重增加少,承載力明顯提高,構件截面的剛度和延性得到改善。

2.粘鋼加固法:鋼筋混凝土受彎、偏心受壓和受拉構件的加固。這種方法是用建築結構膠將鋼板粘貼在混凝土構件表面,使兩者承受相同的力來提高結構的承載能力的加固方法。與傳統加固方法相比,鋼板粘貼加固方法更簡單快捷,對結構的形狀和凈空以及生產生活影響較小。缺點是加固構件承載力不能超過原結構的40%,防火性能差。

3.纖維增強復合材料加固法:采用含有纖維或其制品的復合材料作為加固材料對構件進行抗震加固的壹種方法。該方法適用於受彎、軸心受壓、大偏心受壓和受拉鋼筋混凝土構件的配筋。外貼纖維復合材料加固法是壹種用frp片材修補加固混凝土構件的新技術,對被加固結構具有較高的抗化學腐蝕和保護能力,提高了結構的耐久性。適用於不規則構件的配筋;材料強度高,外部加固量小(材料厚度小);荷載增加很少,幾乎不改變原結構的形狀和尺寸;施工周期短,操作簡單;鋼筋施工時的噪聲較小,對結構的使用環境影響不大。缺點是抗剪能力差,不適合用於構件的抗剪加固。加固構件的承載力不應超過原結構的40%。

4.體外預應力是後張法預應力體系的重要分支之壹,是指在承重結構主體外布置預應力筋施加預應力而形成的預應力結構體系。體外預應力加固技術是壹種主動加固技術,通過預應力材料對橋梁結構的受拉區域施加預應力,消除局部荷載引起的不利內力,提供結構的承載能力。

5.加鋼梁柱形成組合結構法:適用於承載力大大提高的混凝土結構,壹般提高十幾倍甚至幾十倍。目前,這種加固方法廣泛應用於密集櫃、文件櫃、電池室等的加固,具有良好的抗震性能。缺點是耐火性差,加固後凈空變小,地面擡高,不利於裝修和空間布局。

6.增大構件截面的方法:對抗彎、抗剪、抗震能力不足的梁、板、柱采取的加固措施。這種方法可以大大提高原結構的承載能力,具有良好的防腐性和耐火性,並可以加強建築物的整體性和剛度。缺點是施工周期長,耗費大量人力物力,在原有結構的基礎上增加了荷載。植筋、打洞對原有結構破壞大,對抗震有不利影響。這種方法適用於加固地基和下部結構。

3.3隔震、消能和抗震加固方法

1.將隔震技術應用於抗震加固領域的壹種新方法,通過設置隔震層,將地震變形集中在隔震層上,從而降低原結構的地震反應。這種方法的優點是加固效果好,抗震安全性高,不需要對非結構構件進行抗震加固。缺點是設置隔離層後,穿過隔離層的設備配線和管道需要進行適當的柔性連接,費時費力。

2.消能抗震加固法是通過在結構的某些部位增加消能減震裝置來降低地震反應,是壹種新的抗震加固方式。這種方法主要依靠增加結構的耗能能力。國內外消能減震結構振動臺試驗表明,與傳統抗震結構相比,消能減震結構的地震反應降低了40%~60%。根據國外工程資料,與傳統抗震結構體系相比,消能減震結構體系可節省結構造價5%~10%。如果用於既有結構的加固改造,節省的費用會更加可觀,有些加固改造工程可以節省60%的費用。

綜上所述,汶川和玉樹兩次強震給傳統的結構抗震帶來了新的問題和挑戰。在工作中,還應總結震害經驗,研究建築結構在地震作用下的破壞機理,完善設計理論。

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