李 麗 梅

(河北建偉工程設(shè)計(jì)咨詢(xún)有限公司，河北 石家莊　050000)

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建筑結(jié)構(gòu)抗震加固設(shè)計(jì)研究

李 麗 梅

(河北建偉工程設(shè)計(jì)咨詢(xún)有限公司，河北 石家莊050000)

闡述了現(xiàn)有的抗震加固方法及建筑加固時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)，以某辦公大樓為例，采用兩種加固方法，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能加固設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，以選擇合理有效的抗震加固方法，減少地震帶來(lái)的損失。

抗震加固，建筑結(jié)構(gòu)，加固方法，地震

0　引言

在過(guò)去的一個(gè)世紀(jì)里，全世界發(fā)生的地震層出不窮，尤其是在最近20年中罕遇地震也頻頻發(fā)生，例如在2008年發(fā)生在我國(guó)汶川地區(qū)的強(qiáng)震就奪走了數(shù)萬(wàn)人民的生命和造成數(shù)以?xún)|計(jì)財(cái)產(chǎn)的損失?，F(xiàn)在地球已經(jīng)進(jìn)入到一個(gè)活躍的地震活動(dòng)期，各種大震導(dǎo)致的損失也屢創(chuàng)新高，這些損失已經(jīng)遠(yuǎn)超整個(gè)社會(huì)的承受能力。

結(jié)構(gòu)的抗震加固離不開(kāi)人力、物力和財(cái)力的支持，抗震加固需要做到少投入高回報(bào)，其內(nèi)涵就是既要做到達(dá)到預(yù)期的抗震設(shè)防目標(biāo)還要減少資源的投入，這往往要求工程人員要根據(jù)當(dāng)前的實(shí)際情況做出合理優(yōu)化的抗震設(shè)計(jì)方案，同時(shí)也需要對(duì)現(xiàn)有加固技術(shù)方法進(jìn)行一定改進(jìn)。不僅如此，抗震加固還需要綜合考慮到安全、經(jīng)濟(jì)等多方面的因素。在建筑抗震加固方面我國(guó)已經(jīng)進(jìn)行了大量的投入，不僅具有大量實(shí)驗(yàn)研究還有許多工程實(shí)踐，對(duì)不同類(lèi)型的結(jié)構(gòu)體系擁有不同的技術(shù)方案，較其他國(guó)家相比經(jīng)驗(yàn)豐富。

1　現(xiàn)有加固技術(shù)介紹

1.1現(xiàn)有抗震加固方法

在20世紀(jì)80年代以前我國(guó)的民用建筑多為低層或多層，這些建筑物往往沒(méi)有進(jìn)行抗震設(shè)防或設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)偏低，但是由于多種原因并不能停止對(duì)這些建筑的使用，這就必須對(duì)這些建筑采取抗震加固。眾多的加固技術(shù)方法主要是根據(jù)提高抗震能力和減少地震作用這兩個(gè)出發(fā)點(diǎn)衍生出來(lái)的?；谔岣呓Y(jié)構(gòu)抗震能力的加固技術(shù)原理就是增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力，主要是對(duì)其中的抗側(cè)力構(gòu)件和體系進(jìn)行加固，在加固過(guò)程中最重要的問(wèn)題是在加固時(shí)要注重整體性，以防止由于局部加固過(guò)強(qiáng)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的薄弱位置轉(zhuǎn)移。提高抗震能力主要方法有：1)加強(qiáng)自身整體法；2)外包加固法；3)外加構(gòu)件法；4)增強(qiáng)連接加固法；5)替換構(gòu)件加固法。

結(jié)構(gòu)反應(yīng)隨著地震作用的增大而增強(qiáng)，所以如果減小結(jié)構(gòu)反應(yīng)就必須降低地震作用。降低地震作用是變相的對(duì)結(jié)構(gòu)加固，它提高了結(jié)構(gòu)的抗震安全度保證其安全。減少地震作用的方法有：1)隔震加固法；2)消能減震加固法；3)結(jié)構(gòu)被動(dòng)控制下的減震加固方法。

1.2現(xiàn)有抗震加固注意事項(xiàng)

1)在對(duì)現(xiàn)有建筑加固時(shí)要加強(qiáng)其整體性，保證新舊結(jié)構(gòu)在連接處也達(dá)到設(shè)計(jì)要求，新舊結(jié)構(gòu)在連接處的承載能力和耐久性一般取決于粘結(jié)面的處理；2)建筑物在加固時(shí)往往與加層相結(jié)合，在施工時(shí)應(yīng)當(dāng)先加固然后再加層，在做加層處理時(shí)其地基的承載力必須考慮長(zhǎng)期作用，同時(shí)還要對(duì)加層后的建筑整體性進(jìn)行評(píng)估；3)對(duì)于既有建筑物加固的可行性分析和經(jīng)濟(jì)評(píng)估是抗震加固最為重要的一項(xiàng)工作，這項(xiàng)工作不僅關(guān)系到加固工作能否順利進(jìn)行，還關(guān)系到加固后建筑物的安全，所以在對(duì)建筑加固時(shí)這項(xiàng)工作要十分慎重。

2　工程實(shí)例

2.1工程概況

某辦公大樓采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，原結(jié)構(gòu)共有4層，其中1層層高4.2 m，其余層高為3.3 m，采用強(qiáng)度等級(jí)C25的混凝土，平面布置如圖1所示。改建后加高一層為5層，建筑物所在地區(qū)的設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度0.1g,場(chǎng)地分類(lèi)為Ⅱ類(lèi)場(chǎng)地,設(shè)計(jì)地震分組為第一設(shè)計(jì)地震分組。

由于對(duì)柱子采取四角包鋼的方法所以柱子剛度得到提高，其剛度計(jì)算方法如下：

其中，EC0,Ea分別為混凝土和加固鋼材的彈性模量；IC0為原結(jié)構(gòu)截面慣性矩；Aa為加固構(gòu)件截面慣性矩；aa為受拉與受壓兩側(cè)型鋼截面形心間的距離。

碳纖維能有效約束混凝土的橫向變形,提高混凝土的抗壓強(qiáng)度和極限壓應(yīng)變，尤其是對(duì)核心混凝土強(qiáng)度的提高。本文采用碳纖維加固選取Lam and Tang(2002b)約束混凝土應(yīng)力—應(yīng)變曲線(xiàn)進(jìn)行等效輸入。

2.2結(jié)果對(duì)比

兩種加固方法都有效提高了混凝土抗壓強(qiáng)度，降低了軸壓比，符合規(guī)范要求，達(dá)到了加固目標(biāo)效果，但由于兩種加固方法自身特點(diǎn)不同，導(dǎo)致一些加固效果也有所不同。

2.2.1多遇地震下計(jì)算結(jié)果

表1　加固前后結(jié)構(gòu)周期、頻率

由表1可知采用包鋼加固方法對(duì)結(jié)構(gòu)的周期產(chǎn)生較為明顯變化，而采用碳纖維布包裹的方法對(duì)于結(jié)構(gòu)的周期基本沒(méi)有產(chǎn)生影響，因?yàn)椴扇∷慕前摰姆椒ㄔ龃罅酥拥膭偠?，?dǎo)致整個(gè)建筑的周期變短頻率增大。

對(duì)加固前后構(gòu)件彈性?xún)?nèi)力的變化及時(shí)程反應(yīng)分析可知：在多遇地震下采用四角包鋼的加固方法，會(huì)導(dǎo)致構(gòu)件本身或其余構(gòu)件的彈性?xún)?nèi)力發(fā)生改變，有可能導(dǎo)致加固后的內(nèi)力突然增高，但是在進(jìn)行截面抗力驗(yàn)算時(shí)是依據(jù)原結(jié)構(gòu)進(jìn)行彈性?xún)?nèi)力分析的，這有可能致使其彈性?xún)?nèi)力高于截面抗力。但是做碳纖維加固時(shí)，這種加固方法在提高構(gòu)件承載力的同時(shí)對(duì)體系的彈性性能幾乎沒(méi)有影響。

采用外包鋼的方法使建筑物的層間角大幅度的減小，同時(shí)此方法對(duì)于使底層層間角的減小最為明顯，對(duì)其余樓層的減小變化不大。所以采用此方法存在一定隱患，可能使結(jié)構(gòu)內(nèi)力變化以及重分布，致使構(gòu)件內(nèi)力提高明顯。而采用包裹碳纖維布的方法卻沒(méi)有顯著變化。

2.2.2罕遇地震下計(jì)算結(jié)果

對(duì)于外包鋼的方法，在罕遇地震作用下，地震波致使底層層間角和最大塑性層間角都得到相應(yīng)的減小，但是頂層的絕對(duì)位移卻有所提高。這種現(xiàn)象的發(fā)生說(shuō)明在罕遇地震的作用下，采用外包鋼的加固方法導(dǎo)致薄弱層發(fā)生轉(zhuǎn)移，尤其是可能出現(xiàn)的部位不一定是剛度突變之處，也有可能是其他位置。

本文共采用了兩種加固方法，這兩種加固方法對(duì)結(jié)構(gòu)整體周期的影響作用較為明顯，其中采取包鋼的方法明顯改變了建筑的周期，使加固后的建筑物周期減小頻率增加，這種周期的改變可能增強(qiáng)地震對(duì)建筑物的影響，甚至有可能產(chǎn)生共振作用，而采用包裹碳纖維布的加固方法僅僅是提高了建筑物的承載能力，對(duì)周期并未產(chǎn)生改變。采用碳纖維布的加固方法并沒(méi)有對(duì)層間位移產(chǎn)生改變，所以柔性加固不適合改變層間位移的工程，但柔性加固對(duì)彈性性能沒(méi)有改變，所以采用此種方法不需要再進(jìn)行彈性性能驗(yàn)算。對(duì)于外包鋼的加固方法，它會(huì)致使建筑整體結(jié)構(gòu)在地震作用下的層間角都得到減小，能夠達(dá)到預(yù)期效果，但此方法會(huì)致使局部構(gòu)件剛度增大，導(dǎo)致構(gòu)件的內(nèi)力重分布，從而增大彈性?xún)?nèi)力，這在抗震加固時(shí)必須引起足夠的重視。

采用何種加固方法與加固方案具有十分緊密的聯(lián)系，在做抗震加固時(shí)不僅應(yīng)將加固方法與加固方案緊密結(jié)合，同時(shí)必須考慮經(jīng)濟(jì)等其他因素以達(dá)到理想的加固效果。在對(duì)混凝土框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固時(shí)應(yīng)當(dāng)避免“剛度軟弱層”和“強(qiáng)度薄弱層”的出現(xiàn)，避免結(jié)構(gòu)產(chǎn)生危險(xiǎn)轉(zhuǎn)移。

3　結(jié)語(yǔ)

對(duì)建筑物進(jìn)行抗震加固是解決既有房屋抗震性能不足的一種重要手段，本文通過(guò)對(duì)一座框架結(jié)構(gòu)辦公樓采用了兩種加固方法，來(lái)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)抗震加固進(jìn)行說(shuō)明。當(dāng)今加固方法形式種類(lèi)繁多，采用何種加固方法與實(shí)際加固情況密切相關(guān)。在加固時(shí)不僅要考慮加固方法是否與加固方案相匹配，還應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)價(jià)值等諸多因素。

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Study on seismic reinforcement design of architectural structure

Li Limei

(HebeiJianweiEngineeringDesignConsultingCo.,Ltd,Shijiazhuang050000,China)

The paper introduces existing seismic reinforcement methods and architectural reinforcement matters. Taking the office building as an example, applying two kinds of reinforcement methods, it studies the seismic reinforcement design of architectural structure, with a view to select rational and effective seismic reinforcement method and to reduce loss owning to the earthquake.

seismic reinforcement, architectural structure, reinforcement method, earthquake

1009-6825(2016)08-0057-02

2016-01-06

李麗梅(1967- )，女，工程師

TU352

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