钢筋混凝土框架结构抗震加固方法综述

钢筋混凝土框架结构抗震加固方法综述程绍革,任卫教(中国建筑科学研究院工程抗震研究所,北京100013)[摘要]我国在50年代建成了一批钢筋混凝土框架结构,至今已有近50年的历史,接近设计的基准期,并且原结构设计中多数未考虑抗构震设防,需进行结的鉴定和加固。本文结合若干工程实例,对结构抗震鉴定、抗震性能评价、加固方法几个方面作了介绍,供类似工程借鉴。[关键词]钢筋混凝土框架结构;抗震鉴定;抗震加固[中图分类号]TU352.1;TU370.2[文献标识码]AReviewsonSeismicStrengtheningofExistingR.C.FrameStructuresCHENGShao2ge,RENWei2jiao(InstituteofEarthquakeEngineering,ChinaAcademyofBuildingResearch,Beijing100013,China)[Abstract]LotsofR.C.framestructureswerebuildduring50’sandthedesignofearthquakeresistancewasnottakenintocon2siderationamongthesebuildings,sotheseismicappraisementandstrengtheningarereallyneeded.Inthispaper,themethodofstruc2turalappraisement,seismicbehaviorestimationandstrengtheningareintroducedforreferencetothesimilarengineeringbasedonseveralretrofittingprojects.[Keywords]R.C.framestructure;seismicappraiserment;seismicstrengthening[收稿日期]2001-03-01[作者简介]程绍革(1966—),男(汉),高级工程师,硕士1前言据新中国成立以抽后的十年经,诸我国先后建成罗了一批以北京阁十大建筑为标渐志的工程。这脸些工程在我国提的建筑史上具思有很重要的地夏位快,拆是不可多得的许艺术瑰宝。在概这批建筑中不女乏采用钢筋混音凝土框架结构在,归至今已有近愉50测年的历史痕,治接近结构设计茂的基准期。从牺抗震的角度看像,斜这些建筑多数郑未考虑抗震设割防或未达到应扬有的设防要求罪,笛应进行抗震鉴菌定贵,滋必要时需进行脑抗震加固泥;挡从建筑使用的际角度看落,哥建筑原有的一幼些功能已不能崇满足当前使用塔的要求污,椒一些设备老化具陈旧汗,件需进行部分功效能改造和设施枯更新。自李1996毕年以来巾,和中国建筑科学阀研究院工程抗槽震研究所先后屡承接了全国政讨协礼堂、北京袜火车站、中国忌革命历史博物茂馆、中国农业强展览馆、北京思展览馆、中抓国地质博物馆讲、北京饭店等葡建筑的抗震鉴浴定、加固改造帝任务离,凶积累了丰富的斥抗震加固及改慈造经验。笔者播结合参加过的叛工程妇,悟从抗震鉴定方奶法、结构抗震昂性能评价、加闸固方法三个方地面郑,舌对上述工程进羞行了总结超,饱供工程技术人嗽员借鉴。应当爷指出的是辆,惧本文所指的钢核筋混凝土框架磨结构虽主要是旺指塘50旬年代建成的一轻批建筑厚,颈但提到的加固喝方法仍具有普茂遍性味,孟可供类似的加抹固及改造工程廉借鉴。讽2腊钢筋混凝土颤框架结构抗震贞鉴定方法暂目前我国抗震扬鉴定依据的标鹿准是纠1996搞年猪6头月偏1宁日实施的《建无筑抗震鉴定标牺准》简(垮GB50悠023-浅95),描简单地说就撇是皱“挎结构综合抗震芒能力二级鉴定遥方碗法丸”喂。所谓第散1趁级鉴定是指以异宏观控制和构墓造鉴定为主的酬抗震能力鉴定联,腾第蔽2残级鉴定指以构士件抗震承载力烂验算为主并结扮合构造影响系脾数的鉴定旺。贼“滨两级鉴下定宣”搬概念的引入红,范通过对房屋的欣结构体系、配案筋构造、填充薪墙等与主体结栽构的连接饭,兔以及构件的抗闷震承载力进行即综合分析榜,朗使相当一部分争现有建筑馆,饰可采用简单的分第苍1撑级鉴定方法进膏行抗震鉴定伶,稻少数第花1翠级鉴定不能通位过的房屋闪,基则继续采用第餐2影级鉴定予以判尿断榨,着鉴定过程可参仍见险图化1淋。灭同姨TJ11-内74却相比译,叉新标准更注重输于结构总体抗幼震能力的判断歇,屿不仅要从抗震麻构造和抗震承油载力两个方面妇进行综合分析承,超还要区分结构菠构件失效后的迟影响是整体性疫的或是局部性密的。所谓综合舰分析朝,希是指当结构现慧有的承载力较叛高时号,输除了保证结构鸟整体性的构造湾外雪,限延性方面的构员造要求可适当浙降低株;匀当承载力较低甘时纠,港可用较高的延帅性构造要求来间弥补。按新标客准进行鉴定时凳,检可依据设防目肝标和结构震害初特征将整个结步构区分为重点为部位和一般部绣位芬,抗鉴定时只需对俭影响整体抗震杠性能的关键部田位做认真检查光。如刚6裹、当7展度区的检查重雷点是砖混混合阿承重的部位和恶填充墙等非结绞构构件的连接筐,8筛、劣9挑度区的检查重餐点是构件截面歪及配筋构造。遣新标准对构件涉实际达到的混赢凝土强度等级论规定了最低要浇求哭,慈因此需进行一欺些现场检测工唯作。但为抗震沸鉴定所进行的笔强度检测饱,肢应与新建工程巷的混凝土质量容检测和为处理料工程事故而进急行的强度检测载有所不同营,息在构件抽检数介量上可适当减膜少。滑3种钢筋混凝土捞框架结构的抗罩震性能评价非50邪年代建成的钢葡筋混凝土框架替结构雅,坦受当时经济条榜件和建筑技术土水平的制约些,笼存在着不少缺醒陷短,朽归结起来主要胀有以下几方面蛛的问题链:别(康1)换材料强度低备限于当时的水区平练,纤工程中采用的煌混凝土标号一挥般为派110芦号或费1观40睛号跌,女王府井百货大春楼备1诉层营业大厅的金几根圆柱新,便因需承受较大培的竖向荷载作,户当时采用的也溪仅是论190兔号的混凝土缸;勤钢筋等级相当捏于现在叶的摩Ⅰ框级钢筋娃,包屈服强度为酿250MPa壮,摄且钢筋为光圆瓶或方钢。醋(掠2)扇配筋构造不合睬理体现在梁维柱配筋率偏低江,套框架梁端底部泻配筋不足或锚午固长度不够肆,宗地震作用下梁径端易开裂或使堆梁延性不足忌;溜梁柱加密区段断配筋稀疏栏,轮箍筋直径一般慰为呀<冶6归或洁<位8,已间距税250mm箱劫或孕300mm医,仓在梁柱节点核肃芯区甚至无箍抓筋。迁(吵3)黎抗震缝宽度不预够一些大型呆公共建筑由几赶个建筑分区组牛成亚,粥分区间一般设晒变形缝早,勿但缝宽小于抗期震缝宽度最低浆要求晚,如地震作用下易阳发生相互碰撞上。如全国政协愧礼堂各分区缝载宽为织3cm,通北京火车站分酒区间缝宽为载7cm电。新标准对抗更震缝宽度并未涉明确提出要求后,枯但《建筑抗震袭设计规范》有泛相应要求污,办并且经计算分惰区间的相对侧辉向变形也远大拐于现有缝宽。息(牵4)讯构件承载力低建限于当时的阻经济水平包,亿要求透设计人员在设踏计时遵循经济乌、安全的原则暴,慨更多的是考虑能经济方面的因疫素久,亡相应的构件截际面偏小、轴压堵比高醋,蜜构件承载力的里安全余量不大框,肉如考虑地震作朽用构件承载力访甚至不足。勒(仇5)久非结构构件的书连接构造弱休如女儿墙超高卡且无可靠拉接迅措施猜,院围护墙与主体挑结构的连接薄椒弱午,戚地震时易开裂脚。综合以上几幕方面的原因对,针这些钢筋混凝灵土框架结构的项综合抗震能力则是较低的秧,炊一旦遭遇地震醋作用锅,轮会发生不同程月度的破坏甚至订倒塌。实践证凑明罗,铃对不满足抗震游要求的现有建校筑进行抗震加裤固季,腔是减轻地震灾梦害的有效途径厘之一倾,介目前我国地震嗓形势依然十分阅严峻撞,遵北京地区进行蚕的首都圈防灾杆减灾示范区抗彻震加固计划为壁我国的抗震加却固工作积累了电丰富的经验朽,择这些经验值得摆向全国推广。砍4肉钢筋混凝土杰结构的抗震加口固方法翁结构抗震加固忌方法随着经济庙水平、技术水额平和人们观念贞的发展而发展脂,锁以往的抗震加器固是以结构的作安全性为重点症,堂而对建筑的外享观及使用功能糠很少顾及。进尊入固90寺年代以来款,架随着我国经济胞实力的增强肯,洗抗震加固新技冷术枝(醋如消能减震融)自、新材料钥(流如碳纤维、结久构胶仇)糖以及新工艺浓(浆如钻孔、植筋忆)忽的出现帽,链从而使抗震加陵固的手段愈来犯愈多游,轰给工程师以充败分发挥的余地婆。并且抗震加项固工作往往结香合城区的改造林规划、建筑功艳能的更新改造笔来进行承,歌人们不仅重视竭结构的安全性伞和适用性肯,搭更希望对原有偏建筑风貌得以刃完整地保留头,妇这在对于具有凉重大纪念意义歼、城市标志性答建筑的抗震加协固中显得尤为袖重要。插目前在抗震加嫁固中采用的具触体方法有讲:抛(雷1)消卸荷法该方互法的原理是通盈过减小结构自寸重和负荷以减天小结构的地震蓬反应。在实际骗工程中可将原水结构中较重的椅粘土砖框架填卖充墙拆除代之渡以轻质隔墙连,正从而降低结构络自重和负荷拾,教进而减少地震缠荷载和变形。突如果卸荷明显披,耀基本上可不进焰行加固就能保鸦证地震作用下汉结构的安全室,帖且避免了加固闸对原结构构件芒的损伤。瞎(崖2)锡加大截面法邀该方法是对钢寺筋混凝土梁、毛柱构件外包一妖定厚度的混凝授土托,进加大构件截面下并配以适量钢盯筋木,居从而提高构件谅的承载能力互,次达到加固的目辨地威,冲如王府井百货陪大楼就采用了扰这种加固方法奏。采用加大截谅面法在提高构奇件承载力的同琴时亭,笛在一定程度上择可使原来的强含梁弱柱结构改样变为强柱弱梁各结构强,骡通过对加密区刷的处理可以提垒高构件的延性什,新此外也能在一糠定程度上提高稍结构的抗侧刚陪度。以往在采形用加大截面法界加固时墓,摇在梁柱节点核省芯区梁高范围冈内的柱横向箍庄筋无法封闭饿,葬实际上在该重德要部位并未进筝行加固。对于左框架结构而言霜,固节点是荷载传质递的重要部位谷,裳一旦节点在地龄震作用下遭到记破坏缓,辩会引起建筑物触的严重破坏甚晓至倒塌。近年正来随着混凝土幕钻孔设备及高圈性能结构胶的允出现鸭,改使得这一问题鹅得以解决。试劣验表明晴,测在核芯区增加价一至两道封闭互箍筋翅,匙将有效地减缓配节点区混凝土址的开裂暖,贩提高节点的抗梢震能力。鄙(你3)司外包钢法即黄以角钢外包于毯原构件四角岁,勤角钢间用扁钢惠焊接形傍成整体钢构套对的加固方法谎,绵以提高构件的惨承载能力和延桥性。同加大截罚面法相比惕,统外包钢法加固见可使原构件截估面基本不变或估改变不大彩,裂并且施工便捷乖,旅因此经常在结虾构加固改造中泳使用。如北京羞火车站的高架团区欣,1伞层是站台和火唉车通道酷,2于层是旅客由候腰车室前往站台千的通道移,久经验算在罕遇到大震作用下可顺能会发生倒塌派。由于使用功彻能的限制不可刷能增设剪力墙污或采用其他办场法进行加固狂,宴最后采用了外酿包钢法加固甚,检以增加结构的严延性漠,迈避免大震下的定倒塌。忧(烈4)肾碳纤维加固法钩碳纤维加固伪是一种新型的歼结构加固技术轨,承碳纤维材料的劳抗拉强度高于伶普通钢筋的厨10咸倍、弹性模量系是钢筋的数倍山,爽因此可利用高废性能结构胶将隆碳纤维织物胸(问布胞)铺粘贴于构件表退面摄,够从而达到对结洲构构件的加固促补强及改善抗题震性能的目的舒。测采用碳纤维加殖固具有以下优晕点复:哗酒①乐由于碳纤维对享混凝土的约束叠作用纲,何构件受力性能何明显得到改善货。试验表明仓,林采用碳纤维加笼固堆,挪按通常的粘贴切层数缘(誉如三层轮),暗梁的抗弯抗剪骗能力提高在叹50%该以上固,地柱正截面承载莫力和延性性能助可提高辜70%;熔②源碳纤维布质轻渡且薄皇,绪加固后对原结阻构构件截面、福荷载增加均不歌大讨,抖不影响原有建点筑使用功能布,掀因此极适合于舅钢筋混凝土结帐构的加固。但倦采用这种加固城方法对粘结胶逃的性能要求较腐高过,气目前无论是碳宽纤维布或是粘塑结用胶主要还羞是依赖于国外良进口帖,醉相应造价也高黎,哀如想大面积推睁广尚存在一定最难度。催(已5)洽增设剪力墙法臣该法实际上派是通过在适当春部位增设一定袜数量的剪力墙林,异将原框架结构旗改变为框架酬-位剪力墙结构。评一方面通过提批高结构的侧向攀刚度居,久从而减小了结映构在地震作用绘下的侧移各,债原有建筑的变船形缝可不作处种理盆;们其二由于剪力皮墙承担了大部捉分的地震荷载么,耻减小了原框架性梁柱的受力胖,流从而避免了大勒量的梁柱的加街固工程密;括第三酸,社通过加固改变订结构体系厨,黑原框架梁柱的粘抗震等级降低钢,飘配筋构造要求胁也随之降低。昂增设剪力墙法曲是目前使用得穷较为普遍的一慢种抗震加固方跃法历,州采用该方法时析首先需考虑的省一个问题是剪绣力墙位置与数离量的确定柿,荡其次是新增剪陕力墙与原有结辱构的连接。斧(买6)腿消能减震法棍近年来消能减转震技术在我国医首先被应用于钓结构的抗震加膀固上澡,墙在结构中放置忍一定数量的消荒能设备桥,恭当结构遭遇设鼠防烈度地震作放用时半,腿通过增加体系味的阻尼系数以林减小结构地震顷反应盏;气当结构遭遇强强震作用时瞒,远消能装置率先贝进入弹塑性状坛态耗散掉大量细的地震能量贵,避从而使主体结爆构免遭破坏住。种“功八灾五享”跌期间罪,饱我国的一些科隆研院校在引进溉国外先进技术界的基础上进行餐了大量卓有成箱效的研究获,达研制出加劲阻转尼县(抓ADAS)都装置、摩擦阻辈尼器、粘弹性限阻尼器和粘性姜流体阻尼器等举,革这些耗能装置便正被愈来愈多弟地应用于抗震恶加固工程中。芽如沈阳市政府脏大楼采用了摩巩擦阻尼进行了堪加固柳,键粘性阻尼器则坐已用在北京饭比店、北京火车偏站、中国革命僚历史博物馆和过北京展览馆等债工程的抗震加绢固上。消能装排置通常安装在植钢支撑上形成幕消能支撑系墙统缸,沾结合建筑使用壤功能要求可设检置多种类型的辫消能支撑牛,刷如在北京饭店缸采用的有交叉嘉支撑、对角支竭撑和人字支撑台等爱,膜在北京火车站纺中采用的是切K逼型水平支撑册,短在中国革命历组史博物馆中采你用的门架型水分平支撑。扑(饶7)忙隔震加固法闷该法是隔震技蚊术在抗震加固盗领域中的应用添,荒通过隔震层的死设置将地震变痰形集中到隔震喊层上数,禾从而起到减小鸣原结构地震反奸应的目的。目骡前已研究出的挎隔震方法有术:赞①讲橡胶垫隔震馋;涨②希滑移隔震摆;秧③万滚珠或滚轴隔由震舞;左④迟摆动隔震州;滋⑤暴悬吊隔震爷;楚⑥蛙弹簧隔震等。强目前较多的做俊法是将隔震层便放在原结构基右础上勒,程即基础隔震。斩隔震加固法用闭于现有建筑抗倍震加固在美国仿、日本等国已穷有成功的工程升实例巴,叮如美国对盐湖泉城大厦、洛杉鸭矶政府大楼等滩几十栋建筑就幻是采用此法进孤行了加固册;促日本对一些办霞公楼、机场等针大型公共建筑护也是采用此方院法进行了加固乳,黄效果十分明显群。在我国该项召技术目前仅用齿于新建多层砌宇体结构中彩,处还未用于现有仰结构的抗震加查固。筹抗震加固的内展涵是结构加固里而非构件加固贸,刻因此在确定结柄构抗震加固方叫案时首先应考套虑整体性加固吼方案欧,蛾以避区免物“辱头痛医头、脚谋痛医被脚取”沫的构件加固。[参考文献]素[1]蔽中华人民共和沙国国家标准坑,GB5壮0023-疼95,里建筑抗震鉴定鸦标准[S].勇[2]膏中华人民共和馆国行业标准木,JGJ终116-队98,汇建筑抗震加固货技术规程[S].筐[3]目戴国莹投,省李德虎倚.读建筑结构抗震点鉴定及加固的催若干问题为[B].灿第五库届全国地震工射程会议论文集晶(诱掉Ⅰ父)[C]1饼998.1驳0.专[4]窝李德虎所.必建筑抗震鉴定芳与加固在我国崖的发展演[B].朱第二届全国建劫筑物鉴定与加聚固学术会议论储文集舞[C].镰1993.脆对于已经建成食或在建的钢筋撑混凝土结构，认多种原因可能絮造成结构的安警全性、适用性挨、耐久性不能梁满足规定要求稀。当结构构件皂可靠性鉴定评怠定梦为亲!放级篮或泻"句级时，应对结视构采取加固补握强措施。钢筋缘混凝土结构的坟加固补强主要羽有以下几种加易固补强方法，柳设计时可根据边实际条件和使滔用要求选择适丢宜的方法和配楚套的技术。神一、混凝土结般构加固方法综资述核1舟、加大截面加单固法刘当混凝土结构招因孔洞、蜂窝列或强度达不到池设计要求时可闪使用该法。加邮大截面可用单稳面、双面、三怒面或四面围套羡的方法。新加卵截面一般应通基过计算确定，狐在保证新老混蛮凝土良好粘结战的情况下按统场一或叠合构件侨计算。加大部毛分常采用豆石逆混凝土或喷射猾混凝土。增加馒的钢筋应与原子钢筋组成骨架芬，应保证与原把钢筋连接良好荷。该法优点是都施工工艺简单肆、技术要求性怨不高、适应性引强，并具有成六熟的设计和施任工经验；适用判于梁、板、柱蚂、墙和一般构兰造物的混凝土姨的加固。缺点牧是现场施工的灵湿作业时间长盾，施工繁杂，赴对生产和生活沫有一定的影响袭，且加固后的压建筑物净空有牢一定的减小，血影响使用。加陈大截面加固法巴的技术关键是该：新旧混凝土封必须粘结可靠付，新老钢筋必栽须连接牢固，虫保证新老混凝鸣土能共同工作甚受力。写2末、外包钢加固缎法泥外包钢加固法抢主要使用于混政凝土构件（主傲要指混凝土柱恶）受截面尺寸会增大的限制，拜或需要大幅度乞提高承载力。柔习惯上把型钢隔与原柱间有一艳定间隔，在其弯间隙间填充乳休胶水泥砂浆、板环氧类填充料让或无机粘结料躲，使两者之间产粘结成统一体内的加固方法称栏为