現(xiàn)有建筑物抗震及加固

PAGEPAGE9現(xiàn)有建筑物抗震分析及加固摘要：文章結(jié)合合國家最新抗抗震設(shè)計規(guī)范范和抗震加固固標準，分析析了現(xiàn)有校舍舍存在的問題題和抗震性能能，簡單介紹紹了抗震結(jié)構(gòu)構(gòu)整體性抗震震加固方法。通通過某中小學學砌體結(jié)構(gòu)校校舍抗震鑒定定結(jié)果，具體體分析了校舍舍存在的問題題并給出了加加固已建。最最后結(jié)合鑒定定結(jié)果，對底底層進行水平平地震作用下下的墻體截面面抗震驗算及及分析。關(guān)鍵詞：汶川地地震砌體結(jié)構(gòu)構(gòu)抗震加固固抗震設(shè)計1引言在震驚中外的55.12汶川地地震中,因為學校、醫(yī)醫(yī)院等人員密密集場所的房房屋建筑抗震震設(shè)防水平偏偏低,造成大量人人員傷亡,引起社會各各界對密集場場所建筑抗震震設(shè)計的關(guān)注注。國務院及及教育部要求求從2009年起,用3年時間，對對地震重點監(jiān)監(jiān)視防御區(qū)、7度以上地震高烈度區(qū)、洪澇災害易發(fā)地區(qū)、山體滑坡和泥石流等地質(zhì)災害易發(fā)地區(qū)的各級中小學存在安全隱患的校舍進行抗震加固、遷移避險，提高綜合防災能力，使學校校舍達到重點設(shè)防類抗震設(shè)防標準，并符合其他防災避險安全要求；其他地區(qū)按抗震加固、綜合防災要求，集中重建整體出現(xiàn)險情的危房、改造加固局部出現(xiàn)險情的校舍，消除安全隱患。建立健全所有中小學校、所有校舍的安全檔案，確保將學校建成最安全、家長最放心的地方。依據(jù)地震后新頒布的《建筑工程抗震設(shè)防分類標準》及《建筑抗震加固技術(shù)規(guī)程》規(guī)定,幼兒園、小學、中學的教學用房以及宿舍和食堂,抗震設(shè)防類別應不低于重點設(shè)防類,即不低于乙類。對存在安全隱患的校舍,要立即停止使用,并委托有相應資質(zhì)的單位進行抗震鑒定,根據(jù)鑒定結(jié)果制定出抗震加固方案,及時改造加固。據(jù)初步統(tǒng)計我國國大量中小學學教學樓采用用砌體結(jié)構(gòu)，特特別是20001年以前建建設(shè)的校舍,其中相當一一部分不能滿滿足目前的抗抗震設(shè)防要求求。2現(xiàn)有校舍存存在的問題分分析通過汶川地震震后中小學校校舍的破壞情情況以及對現(xiàn)現(xiàn)有中小學校校舍的勘探與與調(diào)查，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)我國中小學學校舍存在的的問題如下：：1.大部分中小小學的學校建建筑(教學樓、學學生公寓、食食堂等)均建于80-90年代,因設(shè)計年代代遠,絕大部分為為磚混結(jié)構(gòu)，抗抗震設(shè)計參考考以前的設(shè)計計規(guī)范，遠遠遠低于抗震要要求。主要問問題有：建筑筑高度超限；；橫墻間距超超限,建筑物整體體性差；抗震震構(gòu)造中,大部分建筑筑的圈梁、構(gòu)構(gòu)造柱措施均均不符合《建建筑抗震設(shè)計計規(guī)范》7..3規(guī)定設(shè)設(shè)置,導致房屋的的整體性差、抗抗震性能差,承重結(jié)構(gòu)的的連接構(gòu)造無無法保證結(jié)構(gòu)構(gòu)安全；建筑筑材料不滿足足抗震鑒定標標準；砌筑砂砂漿、砌體材材料等強度偏偏低,導致抗震節(jié)節(jié)點構(gòu)造差,,大部分砌體體均有裂縫,,局部挑梁接接近破壞,局部建筑物物有地基下沉沉,房屋整體性性差等；由于于設(shè)計年代比比較久,長期的建筑筑物自然條件件和人為條件件,有的建筑墻墻體已開裂,,豎向承載力力不夠,導致地基下下沉現(xiàn)象。2.現(xiàn)有建筑物物較少或沒有有考慮防止倒倒塌或連續(xù)倒倒塌等問題根據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)統(tǒng)計，汶川地地震造成四川川省大約133779間學學校受損，受受損面積約有有2489..96萬平方方米，此次地地震之所以造造成人員傷亡亡慘重,主要是大部部分中小學校校建筑物的嚴嚴重破壞，出出現(xiàn)倒塌甚至至連續(xù)性倒塌塌。建筑物倒倒塌或連續(xù)倒倒塌是各種災災害襲擊時人人員傷亡和設(shè)設(shè)備損毀的主主要威脅。3.人員疏散通通道的安全性性地震發(fā)生后，由由于人員逃生生的本能往往往造成建筑物物的走廊、樓樓梯等疏散通通道內(nèi)驟然間間人員密度加加大、流動性性加強，一旦旦疏散通道發(fā)發(fā)生倒塌，就就會造成群死死群傷的嚴重重后果。汶川川地震中，就就發(fā)生了多個個建筑物局部部倒塌的樓梯梯間下集中死死亡的事例。在在地震后的調(diào)調(diào)查中也發(fā)現(xiàn)現(xiàn)很多人員傷傷亡都集中在在過道、走廊廊、出口附近近，有的事例例中甚至出現(xiàn)現(xiàn)在出口附近近多達七、八八層尸體的現(xiàn)現(xiàn)象。因此，在在建筑物抗震震設(shè)計時應保保證結(jié)構(gòu)疏散散通道的合理理性和特大地地震下的抗倒倒塌性能至為為重要。3校舍抗震能能力分析與結(jié)結(jié)構(gòu)加固3.1校舍抗抗震能力分析析最新調(diào)查顯示,,我國大多數(shù)數(shù)現(xiàn)行中小學學校舍為砌體體結(jié)構(gòu)，因此此加強對砌體體結(jié)構(gòu)抗震性性能分析和抗抗震加固是必必不可少的。砌體結(jié)構(gòu)屬于脆脆性材料結(jié)構(gòu)構(gòu)，通過砌塊塊和砂漿的互互相作用及縱縱橫墻的拉結(jié)結(jié)而達到具有有一定承重能能力和抗震性性能。砌體結(jié)結(jié)構(gòu)的抗拉、彎彎、剪的強度度較其抗壓強強度低,砌塊之間的的連接較差,雖然設(shè)置了了鋼筋混凝土土構(gòu)造柱、圈圈梁等加強措措施,但當遇到強強震時,在復雜的地地震波作用下下,砌塊之間的的連接容易被被破壞,導致砌體離離散,受力構(gòu)件破破壞,建筑物垮塌塌。由于砌體體結(jié)構(gòu)變形能能力小、抗震震性能差等缺缺點，在高烈烈度地區(qū),墻體一般由由于平面外的的失穩(wěn)而先行行破壞,進而引起整整個房屋倒塌塌。有些校舍舍建筑還存在在著樓梯間布布局不合理的的現(xiàn)象,如將樓梯間間布置在建筑筑物端部。由由于樓梯間與與建筑主體部部分剛度相差差很大,地震時結(jié)構(gòu)構(gòu)容易產(chǎn)生扭扭轉(zhuǎn)變形導致致破壞。樓梯梯間的圈梁和和構(gòu)造柱沒按按規(guī)范設(shè)置也也是產(chǎn)生震害害的重要原因因。研究發(fā)現(xiàn)砌體結(jié)結(jié)構(gòu)地震后破破壞特征有以以下幾種形式式。砌體房屋屋的地震震害害主要取決于于細部構(gòu)造和和墻體，其主主要破壞特征征和敏感部位位如下：墻體或樓（屋）面面層的開裂、脫脫落，室內(nèi)裝裝飾物的脫落落；砌體本身應力集集中處易產(chǎn)生生斜裂縫，在在剛度變化處處如轉(zhuǎn)角墻、房房屋端部和凹凹凸處易產(chǎn)生生裂縫；墻間、墻與樓（屋屋）蓋與附屬屬結(jié)構(gòu)的連接接處因受震聯(lián)聯(lián)系而產(chǎn)生裂裂縫；平行于主震方向向的主要承重重墻體易發(fā)生生開裂、滑移移甚至局部掉掉角或塌落，構(gòu)構(gòu)件聯(lián)系破壞壞。3.2砌體結(jié)結(jié)構(gòu)主要抗震震加固措施砌體結(jié)構(gòu)抗震加加固施工方法法主要有外加加固法,內(nèi)加固法,夾板墻加固固法。外加固固法一般結(jié)合合磚混結(jié)構(gòu)的的層數(shù)及抗震震鑒定的結(jié)果果,需要在建筑筑外側(cè)增加不不同數(shù)量的構(gòu)構(gòu)造柱、圈梁梁以及保證構(gòu)構(gòu)造柱、圈梁梁和抗震墻體體協(xié)同工作的的拉桿。這種種方法一般不不占用室內(nèi)建建筑面積,對用戶影響響較小,但對建筑立立面造型影響響較大。內(nèi)加加固法基本原原理同外加固固法,也需要增設(shè)設(shè)構(gòu)造柱、圈圈梁及拉桿,,必要時,如原有抗震震墻體間距過過大,需加設(shè)抗震震墻體,內(nèi)加固法不不會改變建筑筑立面造型,,一般適用于于像學校、醫(yī)醫(yī)院等公共建建筑。夾板墻墻加固法為在在加固原有抗抗震墻體的基基礎(chǔ)上提高抗抗震性能,目前最常用用的是鋼筋網(wǎng)網(wǎng)水泥砂漿面面層加固法和和混凝土板墻墻鋼筋網(wǎng)面層層加固,即在要加固固墻體的單面面或雙面加設(shè)設(shè)鋼筋網(wǎng),用錨筋、插插入短筋、拉拉結(jié)筋等方法法把鋼筋網(wǎng)四四周與樓板或或大梁、柱或或墻體連接。國國內(nèi)外的試驗驗表明,M110混合砂漿漿砌筑的2440mm厚磚墻,通過夾板墻墻加固,墻體抗剪能能力比原磚墻墻提高2倍以上。除除此外還有對對單個混凝土土構(gòu)件或磚砌砌體構(gòu)件加固固方法。對于于磚混結(jié)構(gòu)中中的單個構(gòu)件件,如磚柱、混混凝土柱、大大梁、窗過梁梁等構(gòu)件,一般采用以以下幾種方法法:對于獨立磚磚柱,通常采用外外包混凝土法法、外包角鋼鋼法等；對于于獨立混凝土土柱,采用外包混混凝土加大截截面法和粘鋼鋼法等；對混混凝土大梁采采用粘鋼法和和貼碳纖維布布法等方法；；柱采用混凝凝土加大面積積法加固時,,可以提高構(gòu)構(gòu)件的豎向承承載力和水平平力剛度,當采用外包包角鋼時,只能提高構(gòu)構(gòu)件柱子的豎豎向承載力。但但這種方法有有使用面積小小、使用簡便便的優(yōu)點,選擇加固方方案時應根據(jù)據(jù)實際情況,,有針對性的的進行選擇。4砌體結(jié)構(gòu)校校舍抗震加固固設(shè)計算例以下以一座多層層砌體教學樓樓為例,說明砌體結(jié)結(jié)構(gòu)校舍抗震震加固的計算算,并給出了加加固措施。某小學教學樓為為四層砌體結(jié)結(jié)構(gòu),其建筑平面面圖如圖一所所示。教室樓樓板為預制空空心板,外走廊及屋屋蓋為現(xiàn)澆鋼鋼筋混凝土板板,樓梯采用現(xiàn)現(xiàn)澆鋼筋混凝凝土結(jié)構(gòu),總建筑面積1480,現(xiàn)已投入使使用近30年,在基準使用用期內(nèi)所在地地區(qū)抗震設(shè)防防烈度為7度,根據(jù)《建筑筑工程抗震設(shè)設(shè)防分類標準準》(GB50223-20008)的相關(guān)關(guān)規(guī)定,其抗震設(shè)防防分類提高為為重點設(shè)防類類(簡稱乙類),對該建筑進進行抗震鑒定定,發(fā)現(xiàn)該工程程綜合抗震能能力不符合國國家標準要求求,部分結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件靜力承載載力不足。4.1抗震鑒鑒定結(jié)果經(jīng)查看建筑的地地質(zhì)勘探報告告、施工圖紙紙、竣工圖紙紙和工程驗收收文件等原始始資料,并檢查建筑筑現(xiàn)狀與原始始資料相符合合的程度、施施工質(zhì)量和維維護狀況等,,發(fā)現(xiàn)相關(guān)非非抗震的缺陷陷,據(jù)建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)的結(jié)構(gòu)布置置、特點和抗抗震承載力等等因素,采用逐級鑒鑒定的方法進進行綜合抗震震分析,發(fā)現(xiàn)該建筑筑結(jié)構(gòu)部分構(gòu)構(gòu)件靜力承載載能力不足,,各層綜合抗抗震能力指數(shù)數(shù)均達不到規(guī)規(guī)范要求,抗震鑒定結(jié)結(jié)果如下:場地和地基基礎(chǔ)礎(chǔ)根據(jù)《建筑抗震震鑒定標準》的的相關(guān)規(guī)定,,經(jīng)現(xiàn)場檢查查,該地基基礎(chǔ)礎(chǔ)被評為無明明顯嚴重靜載載缺陷,可不進行地地基基礎(chǔ)的抗抗震鑒定。上部結(jié)構(gòu)a)結(jié)構(gòu)體系系表一上部結(jié)構(gòu)體體系部分參數(shù)數(shù)與規(guī)范限值值對比結(jié)構(gòu)體系鑒定如如表一,可見標準剛剛性體系基本本滿足要求,結(jié)構(gòu)體系存存在薄弱環(huán)節(jié)節(jié),結(jié)構(gòu)平面布布置不規(guī)則,,樓梯間布置置于房屋轉(zhuǎn)角角處導致樓梯梯受力型式不不合理；承重重的門窗間墻墻體最小寬度度為0.72m,不滿足鑒定定標準要求；；承重的鋼筋筋混凝土柱截截面配筋不足足,部分挑梁支支座驗算截面面超筋；砂漿漿抗壓強度推推定值為1.7MPa～3.10MMPa；實測柱、梁梁強度推定值值為18.9MPa--33.8MPa。b)整體性構(gòu)造造連接預制板與主體結(jié)結(jié)構(gòu)的連接構(gòu)構(gòu)造較為薄弱弱,預制板支承承處無座漿,,預制板在墻墻上支承長度度不滿足鑒定定標準規(guī)定的的限值要求,,部分所檢預預制板水泥砂砂漿面層在梁梁上支承處未未布置有拉結(jié)結(jié)鋼筋,未發(fā)現(xiàn)墻上上支承處布置置有拉結(jié)鋼筋筋。c)各層均未未設(shè)置圈梁與與構(gòu)造柱據(jù)檢測數(shù)據(jù)并結(jié)結(jié)合設(shè)計施工工圖,對樓層平均均抗震能力指指數(shù)計算結(jié)果果表明各樓層層縱橫墻平均均抗震能力指指數(shù)均小于1,考慮構(gòu)造影影響系數(shù)后的的樓層綜合抗抗震能力更低低,本工程綜合合抗震能力不不符合鑒定標標準要求。4.2抗震加加固設(shè)計根據(jù)抗震鑒定書書出現(xiàn)的缺陷陷,結(jié)合實際勘勘查的情況,,需要對建筑筑結(jié)構(gòu)進行整整體計算分析析,以樓層綜合合抗震能力指指數(shù)為控制目目標,按照相關(guān)規(guī)規(guī)范、規(guī)程的的構(gòu)造要求,,對不滿足現(xiàn)現(xiàn)行規(guī)范要求求的整體抗震震性能及局部部構(gòu)件承載能能力,采取提高承承載能力與提提高變形能力力的措施對建建筑抗震加固固。(1)由于該該建筑平面形形狀為Z形,平面布置不不規(guī)則,樓梯間設(shè)置置在房屋轉(zhuǎn)角角處,剛度較弱且且樓梯梁均為為懸挑結(jié)構(gòu),平面剛度在在樓梯間處出出現(xiàn)突變現(xiàn)象象,形成抗震不不利的薄弱點點。因此在樓樓梯間增設(shè)縱縱橫向抗震墻墻,減少結(jié)構(gòu)扭扭轉(zhuǎn)效應,改善樓梯受受力性能，使使加固后的結(jié)結(jié)構(gòu)質(zhì)量和剛剛度分布較為為均勻,改善樓梯受受力性能,增強樓層的的抗震能力。新新增抗震墻的的墻體厚度2240mm,采用磚強強度等級Muu15、砂漿漿強度等級MM7.5砌筑；抗震震墻設(shè)置基礎(chǔ)礎(chǔ),為防止新舊舊地基的不均均勻沉降造成成墻體開裂,,新增基礎(chǔ)寬寬度不小于計計算寬度的11.15倍；新新增抗震墻與與原有墻體可可靠連接,在新砌抗震震墻與原墻間間加設(shè)現(xiàn)澆鋼鋼筋混凝土柱柱,柱與原墻應應采用錨筋、銷銷鍵或螺栓連連接；墻體中中應設(shè)置鋼筋筋細石混凝土土帶或鋼筋網(wǎng)網(wǎng)片加強,墻頂設(shè)置與與墻等寬的現(xiàn)現(xiàn)澆鋼筋混凝凝土壓頂梁,,并與樓、屋屋蓋的梁板可可靠連接。(2)現(xiàn)澆鋼筋筋混凝土板墻墻或雙面鋼筋筋網(wǎng)砂漿面層層加固墻體,,提高墻體的的抗震承載能能力。對不滿滿足靜力承載載能力及抗震震承載能力要要求的一至四四層縱墻以及及部分橫墻采采用單面現(xiàn)澆澆鋼筋混凝土土板墻加固,,部分橫墻采采用雙面鋼筋筋網(wǎng)砂漿面層層加固。鋼筋筋網(wǎng)砂漿強度度等級采用MM10,面層層厚度為355mm,鋼筋筋網(wǎng)采用呈梅梅花狀布置的的錨筋、穿墻墻筋固定于墻墻體上。鋼筋筋混凝土板墻墻的混凝土強強度等級采用用C20,板墻厚度采采用80mmm,板墻與原原有樓板、周周邊結(jié)構(gòu)構(gòu)件件采用短筋、拉拉接鋼筋可靠靠連接；板墻墻上設(shè)置基礎(chǔ)礎(chǔ),以原建筑基基礎(chǔ)為條石基基礎(chǔ),基礎(chǔ)持力層層為坡積粘性性土。采取以上措施，墻墻體應滿足抗抗震承載能力力及靜力承載載能力的計算算要求,經(jīng)過加固使使得墻體在平平面內(nèi)及平面面外的抗彎強強度、抗剪強強度及延性均均得到較大的的提高,以第一層縱縱墻綜合抗震震能力指數(shù)為為例計算如下下。(a)計算依據(jù)據(jù):《建筑抗震加固固技術(shù)規(guī)程》(JGJ116-2009)(b)基本資料料:一至四層橫墻墻墻厚,縱墻墻厚,局部縱墻墻墻厚。實測磚磚抗壓強度推推定等級為MMU7.5,砌筑砂漿漿抗壓強度值值為1.77MPa—3.0MPa。(c)一層新增增抗震墻縱墻墻綜合抗震能能力指數(shù)計算算:根據(jù)《建筑抗震震加固技術(shù)規(guī)規(guī)程》樓層增增強系數(shù)(式1)即(d)一層縱墻墻綜合抗震能能力指數(shù)計算算：根據(jù)《建筑抗震震加固技術(shù)規(guī)規(guī)程》墻段增增強系數(shù)（式2）縱墻采用鋼筋混混凝土板墻單單面加固,。根據(jù)計算結(jié)果,,一層縱墻抗抗震抗剪強度度設(shè)計值為0.12—0.16MPaa,取最大值0.16MMPa?？v墻墻厚時,。局部縱墻墻厚時時,根據(jù)《建筑抗震震加固技術(shù)規(guī)規(guī)程》樓層增增強系數(shù)(式3)根據(jù)《建筑抗震震加固技術(shù)規(guī)規(guī)程》(式4))所以根據(jù)《建筑抗震震加固技術(shù)規(guī)規(guī)程》第5.3.1.2條,面層加固后后,墻體局部尺尺寸的影響系系數(shù)可取1.0，查《標準準》表5.3.3-2得:房屋盡端設(shè)樓梯梯間,,由鑒定表可可知,一層縱墻平平均抗震能力力指數(shù),所以一層縱縱墻綜合抗震震能力指數(shù)，滿滿足要求。通過采取墻體面面層加固、增增設(shè)抗震墻等等加固措施,,使得原來綜綜合抗震能力力指數(shù)均低于于1.0的一至四層層縱橫墻經(jīng)加加固后其綜合合抗震能力指指數(shù)均達到大大于1.0的抗震震設(shè)計要求,加固前后樓樓層綜合抗震震能力指數(shù)匯匯總?cè)缦卤矶?并且相鄰上上一樓層綜合合抗震能力指指數(shù)不大于下下一樓層的220%。表二樓層綜合合抗震能力指指數(shù)加固前后后驗算結(jié)果匯匯總表(3)外加圈梁梁——鋼筋混凝土土柱加固,加強砌體結(jié)結(jié)構(gòu)的整體性性,提高建筑物物的變形能力力。外加柱應應在建筑四角角、樓梯間和和不規(guī)則平面面的對應轉(zhuǎn)角角處設(shè)置,并應根據(jù)房房屋的設(shè)防烈烈度和層數(shù)在在內(nèi)外墻交接接處隔開間或或每開間設(shè)置置,外加柱應由由底層設(shè)起并并沿房屋全高高貫通。同時時在各層新增增圈梁或鋼拉拉桿,新增構(gòu)造柱柱與新增圈梁梁或鋼拉桿形形成閉合系統(tǒng)統(tǒng),為砌體結(jié)構(gòu)構(gòu)提供有效的的約束,提高結(jié)構(gòu)的的延性及抗震震性能。外加加柱與圈梁應應采取措施與與原墻體可靠靠連接,圈梁或鋼拉拉桿和鋼筋混混凝土構(gòu)造柱柱的設(shè)置不僅僅加強了砌體體結(jié)構(gòu)的整體體性,提高了變形形能力,還提高了砌砌體的抗剪和和抗壓承載能能力。(4)加強預制制板的整體性性及其與主體體結(jié)構(gòu)的連接接對教室預制制預應力混凝凝土空心板增增設(shè)鋼筋混凝凝土現(xiàn)澆層加加固如圖二所所示,現(xiàn)澆層厚度度不應小于440mm,,分布鋼筋有有50%的鋼筋筋穿過墻體,,另外50%的鋼筋筋可通過插筋筋相連,現(xiàn)澆層應采采用呈梅花形形布置的L形錨筋或錨錨栓與原樓板板相連,以加強現(xiàn)澆澆層與原有樓樓面結(jié)構(gòu)的整整體性