建筑結(jié)構(gòu)抗震加固設(shè)計(jì)探討范文

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摘要:

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，減少地震帶來的損失。

關(guān)鍵詞:

抗震加固，建筑結(jié)構(gòu)，加固方法，地震

在過去的一個(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)生在我國汶川地區(qū)的強(qiáng)震就奪走了數(shù)萬人民的生命和造成數(shù)以億計(jì)財(cái)產(chǎn)的損失。現(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，對不同類型的結(jié)構(gòu)體系擁有不同的技術(shù)方案，較其他國家相比經(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年代以前我國的民用建筑多為低層或多層，這些建筑物往往沒有進(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這些建筑的使用，這就必須對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)衍生出來的。基于提高結(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，主要是對其中的抗側(cè)力構(gòu)件和體系進(jìn)行加固，在加固過程中最重要的問題是在加固時(shí)要注重整體性，以防止由于局部加固過強(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期作用，同時(shí)還要對加層后的建筑整體性進(jìn)行評估;3)對于既有建筑物加固的可行性分析和經(jīng)濟(jì)評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4．2m，其余層高為3．3m，采用強(qiáng)度等級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，場地分類為Ⅱ類場地，設(shè)計(jì)地震分組為第一設(shè)計(jì)地震分組。通過PKPM軟件對房屋進(jìn)行計(jì)算發(fā)現(xiàn)，⑨，和軸線與?軸交叉點(diǎn)處底層柱軸壓比較大，在0．9～1．02之間，超過規(guī)范要求的0．9，擬采取對柱加固的方式，一種方法為柱包鋼采用4L90×8角鋼加固，另一種為對底層柱采用碳纖維包裹方法，采用的碳纖維型號是FTS-C1-30。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，尤其是對核心混凝土強(qiáng)度的提高。本文采用碳纖維加固選取LamandTang(2002b)約束混凝土應(yīng)力—應(yīng)變曲線進(jìn)行等效輸入。

2．2結(jié)果對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)果由表1可知采用包鋼加固方法對結(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于結(jié)構(gòu)的周期基本沒有產(chǎn)生影響，因?yàn)椴扇∷慕前摰姆椒ㄔ龃罅酥拥膭偠龋瑢?dǎo)致整個(gè)建筑的周期變短頻率增大。對加固前后構(gòu)件彈性內(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)件的彈性內(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)行彈性內(nèi)力分析的，這有可能致使其彈性內(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)對體系的彈性性能幾乎沒有影響。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)此方法對于使底層層間角的減小最為明顯，對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有顯著變化。

2．2．2罕遇地震下計(jì)算結(jié)果對于外包鋼的方法，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，但是頂層的絕對位移卻有所提高。這種現(xiàn)象的發(fā)生說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，對周期并未產(chǎn)生改變。采用碳纖維布的加固方法并沒有對層間位移產(chǎn)生改變，所以柔性加固不適合改變層間位移的工程，但柔性加固對彈性性能沒有改變，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，從而增大彈性內(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

對建筑物進(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，本文通過對一座框架結(jié)構(gòu)辦公樓采用了兩種加固方法，來對建筑結(jié)構(gòu)抗震加固進(jìn)行說明。當(dāng)今加固方法形式種類繁多，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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作者：李麗梅 單位：河北建偉工程設(shè)計(jì)咨詢有限公司