多层混凝土框架结构抗震加固方法探讨
2015-07-06
1 前言
多层砖混建筑是我国目前房屋建设的主要结构类型之一，其具有所用材料丰富易取、施工简单、造价低等优点。自50年代至70年代我国建造的多层砖混建筑的数量最多，分布最广。而这些建筑由于历史原因，多数未经合理的抗震设计，其抗震性能较差，在历次的破坏性地震中，也遭受了不同程度的毁坏，因此配合旧有建筑物的改造进行的多层砖混建筑的抗震加固的项目将会越来越多。
2 多层砖混建筑的震害
多层砖混建筑是指砖墙作为主要承重结构的刚性房屋，其楼盖和屋面为现浇或装配式钢筋混凝土梁、板。其震害主要发生在以下部位：
(1)墙体主要震害为斜向裂缝、X向裂缝、水平裂缝及垂直裂缝，一般出现在楼梯间顶层休息平台以上的外纵墙，空旷房间外纵墙窗台下，屋面板及楼板底面，门窗洞口上部，顶层圈粱下，山墙、地基不均匀沉降处的墙体等地方。
(2)楼盖及屋盖主要震害为屋盖隔热层盖板散乱、塌落；楼板、屋面板与墙体的水平裂，楼板与砖墙错动及楼板间开缝等等。
(3)出屋面小屋主要是四周墙体出现单向斜裂缝或x裂缝，墙体转角处呈环状水平裂缝。
3 常用构件加固方法的特点
3．1加固方法的特点
3．1．1增设钢筋混凝土抗震墙(剪力墙和翼墙)
1)提高结构抗震承载力的幅度
当框架或填充墙框架抗震承载力相差较多或原有房屋扭转效应较大时，增设剪力墙和翼墙是提高框架结构抗震能力及减少扭转效应的有效方法。
2)对原结构刚度影响
增设的剪力墙和翼墙对楼层抗侧刚度的增加及刚心的变化影响较大，因此增设的剪力墙和翼墙宣布置在竖向荷载较大处，应考虑结构的对称，比较均匀的布置在建筑平面的各个区段内，避免过于集中，且竖向从底向上连续布置，增设后连续2层刚度相差不超过70％，连续3层相差不超过50％
3)施工方便性
施工过程关键应解决两个问题：第一是墙与原有框架的连接，应确保新旧部位连接，以便传递剪力，第二是增设抗震墙后结构自重增加较大时的地基处理问题。墙与框架的连接通常有以下方法：锚筋连接、钢筋混凝土围套连接和胀管螺栓连接，具体的施工做法见有关资料。新增翼墙和剪力墙的基础应清理好基础的地基，基础的钢筋应与附近的原柱基础相连接，如发现原柱基础因承载力不足而沉陷，应采取地基处理或加大基础面积，然后施工剪力墙和翼墙的基础。
4)经济适用性和技术可行性
该方法在施工技术上已相当成熟，只是所用的建筑与结构设计I混凝土和钢筋量较大，施工工期长，造价相对单纯的构件加固较高，且旖工过程对生活或生产影响大，加固后对建筑功能有影响。
3．1．2加大截面加固法
加大截面法就是采用同种材料一钢筋混凝土，来增大原混凝土构件截面面积，达到提高结构承载力，是一种传统的加固方法，又称钢筋混凝土围套加固。
1)提高结构抗震承载力的幅度
可以较大的提高构件的抗弯、抗压、抗剪、抗拉等能力， 同时也可以用来修复已损伤的混凝土截面，提高其耐久性。该方法可以广泛地用于各种构件的加固，如混凝土加固结构中的梁、板、柱和钢结构中的柱、屋架以及砖墙、砖柱(增设砖或混凝土扶壁柱、混凝土围套)等构件的加固。
2)对原结构刚度影响
采用加大截面加固法加固构件时，要充分考虑其对整体结构的影响，不能因提高构件承载力而盲目增大构件截面，应避免因加大截面局部刚度加大，引起整体结构其它部位的薄弱环节或薄弱层出现，反而留下不安全隐患。
3．1．3外包钢加固法
外包钢加固法是把型钢或钢板等材料包在被加固构件或杆件的外侧，通过外包钢与原有构件的共同作用，提高构件的承载力、增大延性和刚度的一种加固法。外包钢加固一般视外包钢与被加固构件的连接情况分为湿式外包钢法和干式外包钢法2种，抗震加固是指湿式外包钢法。
1)提高结构抗震承载力的幅度
适用于使用上不允许增大构件截面尺寸，又要大幅提高其承载力的构件加固，一般适用于混凝土梁、柱、屋架以及砖窗间墙、砖柱等构件或构筑物的加固，特别是大型结构及大跨结构的加固。
2)对原结构刚度影响
钢构套加固对结构构件的刚度增加较大，柱加固后的初始刚度可按式(2)计算：
式中，K为加固后的初始刚度；K0为原柱截面的弯曲刚度； 为角钢的弹性模量；a为外包角钢对柱截面形心的惯性矩。
3)施工方便性
梁柱混凝土表面先凿去结合面风化酥松层、严重油污层及碳化锈裂层，对缺陷应进行修补，再将角部摩成小圆角，钢丝刷刷毛并用压缩空气吹净清洗；角钢及扁钢缀板结合面先除锈再打磨出金属光泽并用丙醇、二甲苯等洗涤剂擦净；施工可采用乳胶水泥黏贴钢或环氧树脂灌浆黏结钢；钢构套表面的保护可直接在钢材表面涂刷防锈漆，也可在框架外围抹20mm厚的M15水泥砂浆面层或喷射1：2的水泥砂浆；角钢穿洞时应避免损伤原有钢筋，角钢直接通过楼板，在楼层1／3高度内，上下角钢黏贴于柱角厚剖口焊接，或另设角钢与上下角钢焊接，施工后应用细实混凝土加膨胀剂堵塞楼板的空隙。
4)经济适用性和技术可行性
钢构套加固用钢量较大，加固维修费用较高。当采用化学灌浆外包钢加固时，型钢表面温度不应超过60~C，当环境具有腐蚀性介质时，应采取防护措施。在我国目前施工技术已经相当成熟。
3．2在构件加固中应注意的问题
对结构进行抗震加固涉及的因素很多，根据现有的研究成果，结合本文作者的切身体会，对在构件加固中应注意的主要问题初步归纳如下：
1)深入调查，全面掌握待加固结构的情况，总体方案上要么侧重于提高承载力，要么侧重于提高结构的变形能力，或者两者兼备。也可改变结构体系，而不必进行梁、柱的普遍加固， 如增设抗震墙等。
2)抗震加固结构的受力特点与新建结构不同，加固结构属于二次受力结构和二次组合结构，新旧两部分存在应力、应变滞后的问题，因此原结构的截面应力、应变值始终高于新加部分的应力、应变值：新加部分和原结构整体工作时，最易发生剪切破坏，因此两部分共同受力是否良好取决于结合面的作法。抗震加固中考虑到以上两个因素是客观存在的，采用折减系数0．85考虑其影响。试验发现，卸载对加固结构承载力提高的影响与原结构在加固时的应力、应变水平关系很大，原结构应力、应变水平越低，加固部分的承载力就越能发挥出来。因此，加固前尽量对原结构卸载。
4 结束语
加固方法的选择和加固方案的制定(指具体应该加固那根构件和其他处理)是紧密联系的，为了达到预定的加固效果并考虑经济因素，应将加固方法与加固方案结合起来，以经济性和施工方便性为指标，通过试算来确定最终加固方案。本文对实际工程中使用频率较高的几种加固方法的特点从不同角度进行了总结，为加固方法的初步选择提供了依据。
