现有建筑物抗震分析及加固

1、PAGE PAGE 13现有建筑物抗震分析及加固摘要：文章结合国家最新抗震设计规范和抗震加固标准，分析了现有校舍存在的问题和抗震性能，简单介绍了抗震结构整体性抗震加固方法。通过某中小学砌体结构校舍抗震鉴定结果，具体分析了校舍存在的问题并给出了加固已建。最后结合鉴定结果，对底层进行水平地震作用下的墙体截面抗震验算及分析。关键词：汶汶川地震震砌体结结构抗抗震加固固抗震设设计1 引言在震惊中外外的5.12 汶川地地震中,因为学校校、医院院等人员员密集场场所的房房屋建筑筑抗震设设防水平平偏低,造成大大量人员员伤亡,引起社社会各界界对密集集场所建建筑抗震震设计的的关注。国国务院及及教育部部要求从从200

2、09年起起,用3年时间间，对地震震重点监监视防御御区、7度以上上地震高高烈度区区、洪涝灾灾害易发发地区、山体滑滑坡和泥泥石流等等地质灾灾害易发发地区的的各级中中小学存存在安全全隐患的的校舍进进行抗震震加固、迁移避避险，提高综综合防灾灾能力，使学校校校舍达达到重点点设防类类抗震设设防标准准，并符合合其他防防灾避险险安全要要求；其他地地区按抗抗震加固固、综合防防灾要求求，集中重重建整体体出现险险情的危危房、改造加加固局部部出现险险情的校校舍，消除安安全隐患患。建立立健全所所有中小小学校、所有校校舍的安安全档案案，确保将将学校建建成最安安全、家长最最放心的的地方。依据地震后新颁布的建筑工程抗震设防分

3、类标准及建筑抗震加固技术规程规定,幼儿园、小学、中学的教学用房以及宿舍和食堂,抗震设防类别应不低于重点设防类,即不低于乙类。对存在安全隐患的校舍,要立即停止使用,并委托有相应资质的单位进行抗震鉴定,根据鉴定结果制定出抗震加固方案,及时改造加固。据初步统计计我国大大量中小小学教学学楼采用用砌体结结构，特别是是20001年以以前建设设的校舍舍,其中相相当一部部分不能能满足目目前的抗抗震设防防要求。2 现有校校舍存在在的问题题分析 通过汶川川地震后后中小学学校舍的的破坏情情况以及及对现有有中小学学校舍的的勘探与与调查，发发现我国国中小学学校舍存存在的问问题如下下：1.大部分分中小学学的学校校建筑(教

4、学楼楼、学生生公寓、食食堂等)均建于80-90年代,因设计计年代远远,绝大部部分为砖砖混结构构，抗震震设计参参考以前前的设计计规范，远远远低于于抗震要要求。主主要问题题有：建建筑高度度超限；横墙间间距超限限,建筑物物整体性性差；抗抗震构造造中,大部分分建筑的的圈梁、构构造柱措措施均不不符合建建筑抗震震设计规规范77.3 规定设设置,导致房房屋的整整体性差差、抗震震性能差差,承重结结构的连连接构造造无法保保证结构构安全；建筑材材料不满满足抗震震鉴定标标准；砌砌筑砂浆浆、砌体体材料等等强度偏偏低,导致抗抗震节点点构造差差,大部分分砌体均均有裂缝缝,局部挑挑梁接近近破坏,局部建建筑物有有地基下下沉,

5、房屋整整体性差差等；由由于设计计年代比比较久,长期的的建筑物物自然条条件和人人为条件件,有的建建筑墙体体已开裂裂,竖向承承载力不不够,导致地地基下沉沉现象。2.现有建建筑物较较少或没没有考虑虑防止倒倒塌或连连续倒塌塌等问题题根据有关资资料统计，汶汶川地震震造成四四川省大大约137779间间学校受受损，受损面积约有24889.996万平平方米，此此次地震震之所以以造成人人员伤亡惨惨重,主要是是大部分分中小学学校建筑筑物的严严重破坏坏，出现现倒塌甚甚至连续续性倒塌塌。建筑筑物倒塌塌或连续续倒塌是是各种灾害袭击击时人员伤亡和和设备损损毁的主主要威胁胁。3.人员疏疏散通道道的安全全性地震发生后后，由于

6、于人员逃生的的本能往往往造成成建筑物物的走廊廊、楼梯梯等疏散散通道内内骤然间人员密度加加大、流流动性加强，一旦旦疏散通通道发生倒塌塌，就会会造成群群死群伤伤的严重后果果。汶川川地震中中，就发发生了多多个建筑筑物局部部倒塌的的楼梯间间下集中中死亡的的事例。在在地震后后的调查查中也发现现很多人人员伤亡都都集中在在过道、走走廊、出出口附近近，有的的事例中中甚至出出现在出口口附近多多达七、八八层尸体的的现象。因因此，在在建筑物物抗震设设计时应应保证结构疏疏散通道道的合理理性和特特大地震震下的抗抗倒塌性性能至为为重要。3 校舍抗抗震能力力分析与与结构加加固3.1 校校舍抗震震能力分分析最新调查显显示,我

7、国大大多数现现行中小小学校舍舍为砌体体结构，因因此加强强对砌体体结构抗抗震性能能分析和和抗震加加固是必必不可少少的。砌体结构属属于脆性性材料结结构，通通过砌块块和砂浆浆的互相相作用及及纵横墙墙的拉结结而达到到具有一一定承重重能力和和抗震性性能。砌砌体结构构的抗拉拉、弯、剪剪的强度度较其抗抗压强度度低,砌块之之间的连连接较差差,虽然设设置了钢钢筋混凝凝土构造造柱、圈圈梁等加加强措施施,但当遇遇到强震震时,在复杂杂的地震震波作用用下,砌块之之间的连连接容易易被破坏坏,导致砌砌体离散散,受力构构件破坏坏,建筑物物垮塌。由由于砌体体结构变变形能力力小、抗抗震性能能差等缺缺点，在在高烈度度地区,墙体一一

8、般由于于平面外外的失稳稳而先行行破坏,进而引引起整个个房屋倒倒塌。有有些校舍舍建筑还还存在着着楼梯间间布局不不合理的的现象,如将楼楼梯间布布置在建建筑物端端部。由由于楼梯梯间与建建筑主体体部分刚刚度相差差很大,地震时时结构容容易产生生扭转变变形导致致破坏。楼楼梯间的的圈梁和和构造柱柱没按规规范设置置也是产产生震害害的重要要原因。研究发现砌砌体结构构地震后后破坏特特征有以以下几种种形式。砌砌体房屋屋的地震震震害主主要取决决于细部部构造和和墙体，其其主要破破坏特征征和敏感感部位如如下：墙体或楼（屋屋）面层层的开裂裂、脱落落，室内内装饰物物的脱落落；砌体本身应应力集中中处易产产生斜裂裂缝，在在刚度变

9、变化处如如转角墙墙、房屋屋端部和和凹凸处处易产生生裂缝；墙间、墙与与楼（屋屋）盖与与附属结结构的连连接处因因受震联联系而产产生裂缝缝；平行于主震震方向的的主要承承重墙体体易发生生开裂、滑滑移甚至至局部掉掉角或塌塌落，构构件联系系破坏。3.2 砌砌体结构构主要抗抗震加固固措施砌体结构抗抗震加固固施工方方法主要要有外加加固法,内加固固法,夹板墙墙加固法法。外加加固法一一般结合合砖混结结构的层层数及抗抗震鉴定定的结果果,需要在在建筑外外侧增加加不同数数量的构构造柱、圈圈梁以及及保证构构造柱、圈圈梁和抗抗震墙体体协同工工作的拉拉杆。这这种方法法一般不不占用室室内建筑筑面积,对用户户影响较较小,但对建建

10、筑立面面造型影影响较大大。内加加固法基基本原理理同外加加固法,也需要要增设构构造柱、圈圈梁及拉拉杆,必要时时,如原有有抗震墙墙体间距距过大,需加设设抗震墙墙体,内加固固法不会会改变建建筑立面面造型,一般适适用于像像学校、医医院等公公共建筑筑。夹板板墙加固固法为在在加固原原有抗震震墙体的的基础上上提高抗抗震性能能,目前最最常用的的是钢筋筋网水泥泥砂浆面面层加固固法和混混凝土板板墙钢筋筋网面层层加固,即在要要加固墙墙体的单单面或双双面加设设钢筋网网,用锚筋筋、插入入短筋、拉拉结筋等等方法把把钢筋网网四周与与楼板或或大梁、柱柱或墙体体连接。国国内外的的试验表表明,MM10混混合砂浆浆砌筑的的2400

11、mm厚砖砖墙,通过夹夹板墙加加固,墙体抗抗剪能力力比原砖砖墙提高高2倍以上上。除此此外还有有对单个个混凝土土构件或或砖砌体体构件加加固方法法。对于于砖混结结构中的的单个构构件,如砖柱柱、混凝凝土柱、大大梁、窗窗过梁等等构件,一般采采用以下下几种方方法:对于独独立砖柱柱,通常采采用外包包混凝土土法、外外包角钢钢法等；对于独独立混凝凝土柱,采用外外包混凝凝土加大大截面法法和粘钢钢法等；对混凝凝土大梁梁采用粘粘钢法和和贴碳纤纤维布法法等方法法；柱采用用混凝土土加大面面积法加加固时,可以提提高构件件的竖向向承载力力和水平平力刚度度,当采用用外包角角钢时,只能提提高构件件柱子的的竖向承承载力。但但这种方

12、方法有使使用面积积小、使使用简便便的优点点,选择加加固方案案时应根根据实际际情况,有针对对性的进进行选择择。4 砌体结结构校舍舍抗震加加固设计计算例以下以一座座多层砌砌体教学学楼为例例,说明砌砌体结构构校舍抗抗震加固固的计算算,并给出出了加固固措施。某小学教学学楼为四四层砌体体结构,其建筑筑平面图图如图一一所示。教教室楼板板为预制制空心板板,外走廊廊及屋盖盖为现浇浇钢筋混混凝土板板,楼梯采采用现浇浇钢筋混混凝土结结构,总建筑筑面积14880,现已投投入使用用近300年,在基准准使用期期内所在在地区抗抗震设防防烈度为为7度,根据建建筑工程程抗震设设防分类类标准(GB5023-2008)的相关规定

13、,其抗震设防分类提高为重点设防类(简称乙类),对该建筑进行抗震鉴定,发现该工程综合抗震能力不符合国家标准要求,部分结构构件静力承载力不足。4.1 抗抗震鉴定定结果经查看建筑筑的地质质勘探报报告、施施工图纸纸、竣工工图纸和和工程验验收文件件等原始始资料,并检查查建筑现现状与原原始资料料相符合合的程度度、施工工质量和和维护状状况等,发现相相关非抗抗震的缺缺陷,据建筑筑结构的的结构布布置、特特点和抗抗震承载载力等因因素,采用逐逐级鉴定定的方法法进行综综合抗震震分析,发现该建建筑结构构部分构构件静力力承载能能力不足足,各层综综合抗震震能力指指数均达达不到规规范要求求,抗震鉴鉴定结果果如下:场地和地基基

14、基础根据建筑筑抗震鉴鉴定标准准的相相关规定定,经现场场检查,该地基基基础被被评为无无明显严严重静载载缺陷,可不进进行地基基基础的的抗震鉴鉴定。上部结构a) 结构构体系表一上部结结构体系系部分参参数与规规范限值值对比结构体系鉴鉴定如表表一,可见标准准刚性体体系基本本满足要要求,结构体体系存在在薄弱环环节,结构平平面布置置不规则则,楼梯间间布置于于房屋转转角处导导致楼梯梯受力型型式不合合理；承重的的门窗间间墙体最最小宽度度为0.72mm,不满足足鉴定标标准要求求；承重的的钢筋混混凝土柱柱截面配配筋不足足,部分挑挑梁支座座验算截截面超筋筋；砂浆抗抗压强度度推定值值为1.7MPPa3.110MPPa；

15、实测柱柱、梁强强度推定定值为118.9MPPa-333.8MPPa。b)整体性性构造连连接预制板与主主体结构构的连接接构造较较为薄弱弱,预制板板支承处处无座浆浆,预制板板在墙上上支承长长度不满满足鉴定定标准规规定的限限值要求求,部分所所检预制制板水泥泥砂浆面面层在梁梁上支承承处未布布置有拉拉结钢筋筋,未发现现墙上支支承处布布置有拉拉结钢筋筋。c) 各层层均未设设置圈梁梁与构造造柱据检测数据据并结合合设计施施工图,对楼层层平均抗抗震能力力指数计计算结果果表明各各楼层纵纵横墙平平均抗震震能力指指数均小小于1,考虑构构造影响响系数后后的楼层层综合抗抗震能力力更低,本工程程综合抗抗震能力力不符合合鉴定

16、标标准要求求。4.2 抗抗震加固固设计根据抗震鉴鉴定书出出现的缺缺陷,结合实实际勘查查的情况况,需要对建建筑结构构进行整整体计算算分析,以楼层层综合抗抗震能力力指数为为控制目目标,按照相关关规范、规规程的构构造要求求,对不满满足现行行规范要要求的整整体抗震震性能及及局部构构件承载载能力,采取提提高承载载能力与与提高变变形能力力的措施施对建筑筑抗震加加固。(1) 由由于该建建筑平面面形状为为Z形,平面布布置不规规则,楼梯间间设置在在房屋转转角处,刚度较较弱且楼楼梯梁均均为悬挑挑结构,平面刚刚度在楼楼梯间处处出现突突变现象象,形成抗抗震不利利的薄弱弱点。因因此在楼楼梯间增增设纵横横向抗震震墙,减少

17、结结构扭转转效应,改善楼楼梯受力力性能，使使加固后后的结构构质量和和刚度分分布较为为均匀,改善楼楼梯受力力性能,增强楼楼层的抗抗震能力力。新增增抗震墙墙的墙体体厚度2240mmm ,采用砖砖强度等等级Muu15、砂砂浆强度度等级MM7.55砌筑；抗震墙墙设置基基础,为防止止新旧地地基的不不均匀沉沉降造成成墙体开开裂,新增基基础宽度度不小于于计算宽宽度的11.15 倍；新增抗抗震墙与与原有墙墙体可靠靠连接,在新砌砌抗震墙墙与原墙墙间加设设现浇钢钢筋混凝凝土柱,柱与原原墙应采采用锚筋筋、销键键或螺栓栓连接；墙体中中应设置置钢筋细细石混凝凝土带或或钢筋网网片加强强,墙顶设设置与墙墙等宽的的现浇钢钢筋

18、混凝凝土压顶顶梁,并与楼楼、屋盖盖的梁板板可靠连连接。(2)现浇浇钢筋混混凝土板板墙或双双面钢筋筋网砂浆浆面层加加固墙体体,提高墙墙体的抗抗震承载载能力。对对不满足足静力承承载能力力及抗震震承载能能力要求求的一至至四层纵纵墙以及及部分横横墙采用用单面现现浇钢筋筋混凝土土板墙加加固,部分横横墙采用用双面钢钢筋网砂砂浆面层层加固。钢钢筋网砂砂浆强度度等级采采用M110,面面层厚度度为355mm,钢筋网网采用呈呈梅花状状布置的的锚筋、穿穿墙筋固固定于墙墙体上。钢钢筋混凝凝土板墙墙的混凝凝土强度度等级采采用C220,板墙厚厚度采用用80mmm,板板墙与原原有楼板板、周边边结构构构件采用用短筋、拉拉接钢

19、筋筋可靠连连接；板墙上上设置基基础,以原建筑筑基础为为条石基基础,基础持持力层为为坡积粘粘性土。采取以上措措施，墙墙体应满满足抗震震承载能能力及静静力承载载能力的的计算要要求,经过加加固使得得墙体在在平面内内及平面面外的抗抗弯强度度、抗剪剪强度及及延性均均得到较较大的提提高,以第一一层纵墙墙综合抗抗震能力力指数为为例计算算如下。(a)计算算依据:建筑抗震震加固技技术规程程(JGJJ1166-20009)(b)基本本资料:一至四层横横墙墙厚厚,纵墙墙墙厚,局部纵纵墙墙厚厚。实测测砖抗压压强度推推定等级级为MUU7.55 ,砌砌筑砂浆浆抗压强强度值为为1. 7MPPa3.0MPaa 。(c)一层层

20、新增抗抗震墙纵纵墙综合合抗震能能力指数数计算:根据建筑筑抗震加加固技术术规程楼楼层增强强系数 (式1)即(d)一层层纵墙综综合抗震震能力指指数计算算：根据建筑筑抗震加加固技术术规程墙墙段增强强系数 （式2）纵墙采用钢钢筋混凝凝土板墙墙单面加加固,。根据计算结结果,一层纵纵墙抗震震抗剪强强度设计计值为0.120.16MMPa,取最大大值0.116MPPa。纵墙墙厚时时,。局部纵墙墙墙厚时,根据建筑筑抗震加加固技术术规程楼楼层增强强系数 (式3)根据建筑筑抗震加加固技术术规程 (式式4)所以根据建筑筑抗震加加固技术术规程第第5.3.1.2条,面层加加固后,墙体局局部尺寸寸的影响响系数可可取1.0，

21、查标标准表表5.3.3- 2得:房屋尽端设设楼梯间间,由鉴定定表可知知,一层纵纵墙平均均抗震能能力指数数,所以一一层纵墙墙综合抗抗震能力力指数，满满足要求求。通过采取墙墙体面层层加固、增增设抗震震墙等加加固措施施,使得原原来综合合抗震能能力指数数均低于于1. 0 的的一至四四层纵横横墙经加加固后其其综合抗抗震能力力指数均均达到大大于1.0的抗抗震设计计要求,加固前前后楼层层综合抗抗震能力力指数汇汇总如下下表二所所示,并且相相邻上一一楼层综综合抗震震能力指指数不大大于下一一楼层的的20%。表二楼层层综合抗抗震能力力指数加加固前后后验算结结果汇总总表(3)外加加圈梁钢筋筋混凝土土柱加固固,加强砌砌

22、体结构构的整体体性,提高建建筑物的的变形能能力。外外加柱应应在建筑筑四角、楼楼梯间和和不规则则平面的的对应转转角处设设置,并应根根据房屋屋的设防防烈度和和层数在在内外墙墙交接处处隔开间间或每开开间设置置,外加柱柱应由底底层设起起并沿房房屋全高高贯通。同同时在各各层新增增圈梁或或钢拉杆杆,新增构构造柱与与新增圈圈梁或钢钢拉杆形形成闭合合系统,为砌体体结构提提供有效效的约束束,提高结结构的延延性及抗抗震性能能。外加加柱与圈圈梁应采采取措施施与原墙墙体可靠靠连接,圈梁或或钢拉杆杆和钢筋筋混凝土土构造柱柱的设置置不仅加加强了砌砌体结构构的整体体性,提高了了变形能能力,还提高高了砌体体的抗剪剪和抗压压承载能能力。(4)加强强预制板板的整体体性及其其与主体体结构的的连接对对教室预预制预应应力混凝凝土空心心板增设设钢筋混混凝土现现浇层加加固如图图二所示示,现浇层层厚度不不应小于于40mmm ,分布钢钢筋有550%的的钢筋穿穿过墙体体,另外500%的钢钢筋可通通过插筋筋相连,现浇层层应采用用呈梅花花形布置置的L形锚筋筋或锚栓栓与原楼楼板相连连,以加强强现浇层层与原有有楼面结结