现有建筑物抗震及加固

PAGEPAGE9现有建筑物抗震分析及加固摘要：文章结合合国家最新抗抗震设计规范范和抗震加固固标准，分析析了现有校舍舍存在的问题题和抗震性能能，简单介绍绍了抗震结构构整体性抗震震加固方法。通通过某中小学学砌体结构校校舍抗震鉴定定结果，具体体分析了校舍舍存在的问题题并给出了加加固已建。最最后结合鉴定定结果，对底底层进行水平平地震作用下下的墙体截面面抗震验算及及分析。关键词：汶川地地震砌体结构构抗震加固固抗震设计1引言在震惊中外的55.12汶川地地震中,因为学校、医医院等人员密密集场所的房房屋建筑抗震震设防水平偏偏低,造成大量人人员伤亡,引起社会各各界对密集场场所建筑抗震震设计的关注注。国务院及及教育部要求求从2009年起,用3年时间，对对地震重点监监视防御区、7度以上地震高烈度区、洪涝灾害易发地区、山体滑坡和泥石流等地质灾害易发地区的各级中小学存在安全隐患的校舍进行抗震加固、迁移避险，提高综合防灾能力，使学校校舍达到重点设防类抗震设防标准，并符合其他防灾避险安全要求；其他地区按抗震加固、综合防灾要求，集中重建整体出现险情的危房、改造加固局部出现险情的校舍，消除安全隐患。建立健全所有中小学校、所有校舍的安全档案，确保将学校建成最安全、家长最放心的地方。依据地震后新颁布的《建筑工程抗震设防分类标准》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。据初步统计我国国大量中小学学教学楼采用用砌体结构，特特别是20001年以前建建设的校舍,其中相当一一部分不能满满足目前的抗抗震设防要求求。2现有校舍存存在的问题分分析通过汶川地震震后中小学校校舍的破坏情情况以及对现现有中小学校校舍的勘探与与调查，发现现我国中小学学校舍存在的的问题如下：：1.大部分中小小学的学校建建筑(教学楼、学学生公寓、食食堂等)均建于80-90年代,因设计年代代远,绝大部分为为砖混结构，抗抗震设计参考考以前的设计计规范，远远远低于抗震要要求。主要问问题有：建筑筑高度超限；；横墙间距超超限,建筑物整体体性差；抗震震构造中,大部分建筑筑的圈梁、构构造柱措施均均不符合《建建筑抗震设计计规范》7..3规定设设置,导致房屋的的整体性差、抗抗震性能差,承重结构的的连接构造无无法保证结构构安全；建筑筑材料不满足足抗震鉴定标标准；砌筑砂砂浆、砌体材材料等强度偏偏低,导致抗震节节点构造差,,大部分砌体体均有裂缝,,局部挑梁接接近破坏,局部建筑物物有地基下沉沉,房屋整体性性差等；由于于设计年代比比较久,长期的建筑筑物自然条件件和人为条件件,有的建筑墙墙体已开裂,,竖向承载力力不够,导致地基下下沉现象。2.现有建筑物物较少或没有有考虑防止倒倒塌或连续倒倒塌等问题根据有关资料统统计，汶川地地震造成四川川省大约133779间学学校受损，受受损面积约有有2489..96万平方方米，此次地地震之所以造造成人员伤亡亡惨重,主要是大部部分中小学校校建筑物的严严重破坏，出出现倒塌甚至至连续性倒塌塌。建筑物倒倒塌或连续倒倒塌是各种灾灾害袭击时人人员伤亡和设设备损毁的主主要威胁。3.人员疏散通通道的安全性性地震发生后，由由于人员逃生生的本能往往往造成建筑物物的走廊、楼楼梯等疏散通通道内骤然间间人员密度加加大、流动性性加强，一旦旦疏散通道发发生倒塌，就就会造成群死死群伤的严重重后果。汶川川地震中，就就发生了多个个建筑物局部部倒塌的楼梯梯间下集中死死亡的事例。在在地震后的调调查中也发现现很多人员伤伤亡都集中在在过道、走廊廊、出口附近近，有的事例例中甚至出现现在出口附近近多达七、八八层尸体的现现象。因此，在在建筑物抗震震设计时应保保证结构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为为重要。3校舍抗震能能力分析与结结构加固3.1校舍抗抗震能力分析析最新调查显示,,我国大多数数现行中小学学校舍为砌体体结构，因此此加强对砌体体结构抗震性性能分析和抗抗震加固是必必不可少的。砌体结构属于脆脆性材料结构构，通过砌块块和砂浆的互互相作用及纵纵横墙的拉结结而达到具有有一定承重能能力和抗震性性能。砌体结结构的抗拉、弯弯、剪的强度度较其抗压强强度低,砌块之间的的连接较差,虽然设置了了钢筋混凝土土构造柱、圈圈梁等加强措措施,但当遇到强强震时,在复杂的地地震波作用下下,砌块之间的的连接容易被被破坏,导致砌体离离散,受力构件破破坏,建筑物垮塌塌。由于砌体体结构变形能能力小、抗震震性能差等缺缺点，在高烈烈度地区,墙体一般由由于平面外的的失稳而先行行破坏,进而引起整整个房屋倒塌塌。有些校舍舍建筑还存在在着楼梯间布布局不合理的的现象,如将楼梯间间布置在建筑筑物端部。由由于楼梯间与与建筑主体部部分刚度相差差很大,地震时结构构容易产生扭扭转变形导致致破坏。楼梯梯间的圈梁和和构造柱没按按规范设置也也是产生震害害的重要原因因。研究发现砌体结结构地震后破破坏特征有以以下几种形式式。砌体房屋屋的地震震害害主要取决于于细部构造和和墙体，其主主要破坏特征征和敏感部位位如下：墙体或楼（屋）面面层的开裂、脱脱落，室内装装饰物的脱落落；砌体本身应力集集中处易产生生斜裂缝，在在刚度变化处处如转角墙、房房屋端部和凹凹凸处易产生生裂缝；墙间、墙与楼（屋屋）盖与附属属结构的连接接处因受震联联系而产生裂裂缝；平行于主震方向向的主要承重重墙体易发生生开裂、滑移移甚至局部掉掉角或塌落，构构件联系破坏坏。3.2砌体结结构主要抗震震加固措施砌体结构抗震加加固施工方法法主要有外加加固法,内加固法,夹板墙加固固法。外加固固法一般结合合砖混结构的的层数及抗震震鉴定的结果果,需要在建筑筑外侧增加不不同数量的构构造柱、圈梁梁以及保证构构造柱、圈梁梁和抗震墙体体协同工作的的拉杆。这种种方法一般不不占用室内建建筑面积,对用户影响响较小,但对建筑立立面造型影响响较大。内加加固法基本原原理同外加固固法,也需要增设设构造柱、圈圈梁及拉杆,,必要时,如原有抗震震墙体间距过过大,需加设抗震震墙体,内加固法不不会改变建筑筑立面造型,,一般适用于于像学校、医医院等公共建建筑。夹板墙墙加固法为在在加固原有抗抗震墙体的基基础上提高抗抗震性能,目前最常用用的是钢筋网网水泥砂浆面面层加固法和和混凝土板墙墙钢筋网面层层加固,即在要加固固墙体的单面面或双面加设设钢筋网,用锚筋、插插入短筋、拉拉结筋等方法法把钢筋网四四周与楼板或或大梁、柱或或墙体连接。国国内外的试验验表明,M110混合砂浆浆砌筑的2440mm厚砖墙,通过夹板墙墙加固,墙体抗剪能能力比原砖墙墙提高2倍以上。除除此外还有对对单个混凝土土构件或砖砌砌体构件加固固方法。对于于砖混结构中中的单个构件件,如砖柱、混混凝土柱、大大梁、窗过梁梁等构件,一般采用以以下几种方法法:对于独立砖砖柱,通常采用外外包混凝土法法、外包角钢钢法等；对于于独立混凝土土柱,采用外包混混凝土加大截截面法和粘钢钢法等；对混混凝土大梁采采用粘钢法和和贴碳纤维布布法等方法；；柱采用混凝凝土加大面积积法加固时,,可以提高构构件的竖向承承载力和水平平力刚度,当采用外包包角钢时,只能提高构构件柱子的竖竖向承载力。但但这种方法有有使用面积小小、使用简便便的优点,选择加固方方案时应根据据实际情况,,有针对性的的进行选择。4砌体结构校校舍抗震加固固设计算例以下以一座多层层砌体教学楼楼为例,说明砌体结结构校舍抗震震加固的计算算,并给出了加加固措施。某小学教学楼为为四层砌体结结构,其建筑平面面图如图一所所示。教室楼楼板为预制空空心板,外走廊及屋屋盖为现浇钢钢筋混凝土板板,楼梯采用现现浇钢筋混凝凝土结构,总建筑面积1480,现已投入使使用近30年,在基准使用用期内所在地地区抗震设防防烈度为7度,根据《建筑筑工程抗震设设防分类标准准》(GB50223-20008)的相关关规定,其抗震设防防分类提高为为重点设防类类(简称乙类),对该建筑进进行抗震鉴定定,发现该工程程综合抗震能能力不符合国国家标准要求求,部分结构构构件静力承载载力不足。4.1抗震鉴鉴定结果经查看建筑的地地质勘探报告告、施工图纸纸、竣工图纸纸和工程验收收文件等原始始资料,并检查建筑筑现状与原始始资料相符合合的程度、施施工质量和维维护状况等,,发现相关非非抗震的缺陷陷,据建筑结构构的结构布置置、特点和抗抗震承载力等等因素,采用逐级鉴鉴定的方法进进行综合抗震震分析,发现该建筑筑结构部分构构件静力承载载能力不足,,各层综合抗抗震能力指数数均达不到规规范要求,抗震鉴定结结果如下:场地和地基基础础根据《建筑抗震震鉴定标准》的的相关规定,,经现场检查查,该地基基础础被评为无明明显严重静载载缺陷,可不进行地地基基础的抗抗震鉴定。上部结构a)结构体系系表一上部结构体体系部分参数数与规范限值值对比结构体系鉴定如如表一,可见标准刚刚性体系基本本满足要求,结构体系存存在薄弱环节节,结构平面布布置不规则,,楼梯间布置置于房屋转角角处导致楼梯梯受力型式不不合理；承重重的门窗间墙墙体最小宽度度为0.72m,不满足鉴定定标准要求；；承重的钢筋筋混凝土柱截截面配筋不足足,部分挑梁支支座验算截面面超筋；砂浆浆抗压强度推推定值为1.7MPa～3.10MMPa；实测柱、梁梁强度推定值值为18.9MPa--33.8MPa。b)整体性构造造连接预制板与主体结结构的连接构构造较为薄弱弱,预制板支承承处无座浆,,预制板在墙墙上支承长度度不满足鉴定定标准规定的的限值要求,,部分所检预预制板水泥砂砂浆面层在梁梁上支承处未未布置有拉结结钢筋,未发现墙上上支承处布置置有拉结钢筋筋。c)各层均未未设置圈梁与与构造柱据检测数据并结结合设计施工工图,对楼层平均均抗震能力指指数计算结果果表明各楼层层纵横墙平均均抗震能力指指数均小于1,考虑构造影影响系数后的的楼层综合抗抗震能力更低低,本工程综合合抗震能力不不符合鉴定标标准要求。4.2抗震加加固设计根据抗震鉴定书书出现的缺陷陷,结合实际勘勘查的情况,,需要对建筑筑结构进行整整体计算分析析,以楼层综合合抗震能力指指数为控制目目标,按照相关规规范、规程的的构造要求,,对不满足现现行规范要求求的整体抗震震性能及局部部构件承载能能力,采取提高承承载能力与提提高变形能力力的措施对建建筑抗震加固固。(1)由于该该建筑平面形形状为Z形,平面布置不不规则,楼梯间设置置在房屋转角角处,刚度较弱且且楼梯梁均为为悬挑结构,平面刚度在在楼梯间处出出现突变现象象,形成抗震不不利的薄弱点点。因此在楼楼梯间增设纵纵横向抗震墙墙,减少结构扭扭转效应,改善楼梯受受力性能，使使加固后的结结构质量和刚刚度分布较为为均匀,改善楼梯受受力性能,增强楼层的的抗震能力。新新增抗震墙的的墙体厚度2240mm,采用砖强强度等级Muu15、砂浆浆强度等级MM7.5砌筑；抗震震墙设置基础础,为防止新旧旧地基的不均均匀沉降造成成墙体开裂,,新增基础宽宽度不小于计计算宽度的11.15倍；新新增抗震墙与与原有墙体可可靠连接,在新砌抗震震墙与原墙间间加设现浇钢钢筋混凝土柱柱,柱与原墙应应采用锚筋、销销键或螺栓连连接；墙体中中应设置钢筋筋细石混凝土土带或钢筋网网片加强,墙顶设置与与墙等宽的现现浇钢筋混凝凝土压顶梁,,并与楼、屋屋盖的梁板可可靠连接。(2)现浇钢筋筋混凝土板墙墙或双面钢筋筋网砂浆面层层加固墙体,,提高墙体的的抗震承载能能力。对不满满足静力承载载能力及抗震震承载能力要要求的一至四四层纵墙以及及部分横墙采采用单面现浇浇钢筋混凝土土板墙加固,,部分横墙采采用双面钢筋筋网砂浆面层层加固。钢筋筋网砂浆强度度等级采用MM10,面层层厚度为355mm,钢筋筋网采用呈梅梅花状布置的的锚筋、穿墙墙筋固定于墙墙体上。钢筋筋混凝土板墙墙的混凝土强强度等级采用用C20,板墙厚度采采用80mmm,板墙与原原有楼板、周周边结构构件件采用短筋、拉拉接钢筋可靠靠连接；板墙墙上设置基础础,以原建筑基基础为条石基基础,基础持力层层为坡积粘性性土。采取以上措施，墙墙体应满足抗抗震承载能力力及静力承载载能力的计算算要求,经过加固使使得墙体在平平面内及平面面外的抗弯强强度、抗剪强强度及延性均均得到较大的的提高,以第一层纵纵墙综合抗震震能力指数为为例计算如下下。(a)计算依据据:《建筑抗震加固固技术规程》(JGJ116-2009)(b)基本资料料:一至四层横墙墙墙厚,纵墙墙厚,局部纵墙墙墙厚。实测砖砖抗压强度推推定等级为MMU7.5,砌筑砂浆浆抗压强度值值为1.77MPa—3.0MPa。(c)一层新增增抗震墙纵墙墙综合抗震能能力指数计算算:根据《建筑抗震震加固技术规规程》楼层增增强系数(式1)即(d)一层纵墙墙综合抗震能能力指数计算算：根据《建筑抗震震加固技术规规程》墙段增增强系数（式2）纵墙采用钢筋混混凝土板墙单单面加固,。根据计算结果,,一层纵墙抗抗震抗剪强度度设计值为0.12—0.16MPaa,取最大值0.16MMPa。纵墙墙厚时,。局部纵墙墙厚时时,根据《建筑抗震震加固技术规规程》楼层增增强系数(式3)根据《建筑抗震震加固技术规规程》(式4))所以根据《建筑抗震震加固技术规规程》第5.3.1.2条,面层加固后后,墙体局部尺尺寸的影响系系数可取1.0，查《标准准》表5.3.3-2得:房屋尽端设楼梯梯间,,由鉴定表可可知,一层纵墙平平均抗震能力力指数,所以一层纵纵墙综合抗震震能力指数，满满足要求。通过采取墙体面面层加固、增增设抗震墙等等加固措施,,使得原来综综合抗震能力力指数均低于于1.0的一至四层层纵横墙经加加固后其综合合抗震能力指指数均达到大大于1.0的抗震震设计要求,加固前后楼楼层综合抗震震能力指数汇汇总如下表二二所示,并且相邻上上一楼层综合合抗震能力指指数不大于下下一楼层的220%。表二楼层综合合抗震能力指指数加固前后后验算结果汇汇总表(3)外加圈梁梁——钢筋混凝土土柱加固,加强砌体结结构的整体性性,提高建筑物物的变形能力力。外加柱应应在建筑四角角、楼梯间和和不规则平面面的对应转角角处设置,并应根据房房屋的设防烈烈度和层数在在内外墙交接接处隔开间或或每开间设置置,外加柱应由由底层设起并并沿房屋全高高贯通。同时时在各层新增增圈梁或钢拉拉杆,新增构造柱柱与新增圈梁梁或钢拉杆形形成闭合系统统,为砌体结构构提供有效的的约束,提高结构的的延性及抗震震性能。外加加柱与圈梁应应采取措施与与原墙体可靠靠连接,圈梁或钢拉拉杆和钢筋混混凝土构造柱柱的设置不仅仅加强了砌体体结构的整体体性,提高了变形形能力,还提高了砌砌体的抗剪和和抗压承载能能力。(4)加强预制制板的整体性性及其与主体体结构的连接接对教室预制制预应力混凝凝土空心板增增设钢筋混凝凝土现浇层加加固如图二所所示,现浇层厚度度不应小于440mm,,分布钢筋有有50%的钢筋筋穿过墙体,,另外50%的钢筋筋可通过插筋筋相连,现浇层应采采用呈梅花形形布置的L形锚筋或锚锚栓与原楼板板相连,以加强现浇浇层与原有楼楼面结构的整整体性