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浅析学校抗震加固1、中小学校建筑存在的问题

目前教学楼存在的主要问题:

1)没有采取抗震构造措施,砌体结构无圈梁及构造柱;

2)有抗震设防,但抗震措施没有达到《建筑抗震设计规范》规定的要求;

3)单面走廊砌体较多;

4)楼梯间在两端;

5)砌体结构纵墙承重;

6)单跨框架结构,两方向刚度相差较大;

7)施工质量差,预制板无扒子筋,砌筑砂浆标号低。

单面走廊砌体教学楼只有两道纵墙,纵墙上门窗洞较多,对纵墙的削弱很大,且单面走廊砌体教学楼高宽比较大,由高烈度的作用产生的倾覆力矩所引起的弯曲应力超过砖砌体抗拉强度时,砖墙就会开裂,是抗震性能稍差的一种结构形式。

砌体结构纵墙承重的教学楼数目也较多,唐山大中,纵墙承重的砌体结构的破坏比横墙承重、纵横墙承重结构的破坏都大。

单跨框架整体结构缺乏赘余,没有多道抗震防线。由于横向跨度较大,梁截面尺寸较大,设计中不容易控制梁的配筋量及楼板对框架梁的承载力和刚度增大的影响,加固补强,极易设计成强梁弱柱的结构,结构的延性和耗能能力大大降低,且两个方向刚度相差较大,大震中容易倒塌。

有的框架结构在外廊的外侧增加了一道框架柱,但由于两排框架柱相邻较近,不但没有起到多道防线的作用,反而由于两侧刚度不均,在作用下容易造成扭转破坏。

总之,由于经济水平的限制,目前我国中小学校舍中绝大部分为砌体结构,而且许多无抗震设防,因此对砌体结构的抗震加固就显得尤为重要。

2、对教学建筑的抗震加固设计的思考

2.1多层砌体结构教学楼的震害

汶川的震害表明,教学建筑由于没有抗震设防,或虽有抗震设防但设计及施工质量不到位,造成许多房屋严重破坏或倒塌。

中小学多层结构教学楼主要的抗侧力构件为砖墙,砖墙的间距一般较大,需要楼板、屋盖有足够的强度和刚度,以便传递水平力并限制墙体的水平位移。但目前校舍预制板与墙体无连接,板与板之间的连接不是钢筋混凝土而是细石混凝土灌缝,在作用下,板无法起到传递力的作用,更无法限制墙体的位移,且还会在墙体间滑动或脱落,容易使楼体倒塌。

很多教学楼纵横墙无连接或连接较差、有的校舍无圈梁及构造柱,使校舍在作用下外墙与内墙拉脱进而失稳倒塌;还有的校舍窗间墙尺寸较小、砌体强度差,在作用下发生剪切破坏,窗间墙产生斜裂缝或交叉裂缝,进而丧失承受竖向荷载的能力,造成楼体倒塌。

历次表明,楼梯间在房屋两端的房屋破坏严重。89版《建筑抗震设计规范》第五章多层砌体房屋中的第5.1.4条明确规定:楼梯间不宜设置在房屋的尽端和转角处。楼梯间外侧的墙体由于没有楼板约束并传递力,没有其他墙体和这道墙共同工作,如遇作用,容易首先破坏,该道墙的破坏会导致楼梯的破坏,从而造成人员无法逃生。

2.2加固设计需要特别注意的有关规定

《建筑工程抗震设防分类标准》第6.0.8条“教育建筑中,幼儿园、小学、中学的教学用房以及学生宿舍和食堂,碳纤维加固,抗震设防类别不低于重点设防类”,第3.0.3条“重点设防类,应按高于本地区抗震设防烈度一度的要求加强其抗震措施;但抗震设防烈度为9度时应按比9度更高的要求采取抗震措施;地基基础的抗震措施,应符合有关规定。同时,应按本地区抗震设防烈度确定其作用。”

根据上述条款,有一部分砌体结构的教学楼在抗震设防类别变为乙类后,其圈梁、构造柱的设置位置及圈梁的配筋将不满足规范要求,因此需在加固设计时结合所使用的加固方法考虑进行抗震加固。还有的砌体教学楼层数及高度超过了要求,也需进行抗震加固。

由于外廊式及单面走廊式砌体校舍抗震性能稍差,B类砌体应根据《建筑抗震鉴定标准》第5.3.5条第2款第4项:“外廊式和单面走廊式的多层房屋,应根据房屋增加一层后的层数,分别按本款)~3)项的要求检查构造柱或芯柱,且单面走廊两侧的纵墙均应按外墙处理”的规定进行加固设计。

2.3多层砌体结构抗震加固设计

校舍的加固受限于校舍的实际情况,往往很难实现理想的加固方案,如外墙、楼地面的装修完好,对于此种情况,宜着重检查楼板的连接情况,扒子筋是否完好,板缝间是否用钢筋混凝土填实以及楼板支承在梁或墙上的长度是否满足规范要求等。优先采用不破坏地面装修的加固方案,如板下加支撑等,以减少楼板在拆除楼面的过程中的损伤。外墙已装修完好的砌体校舍可采用单面钢筋混凝土板墙的方法加固,在教室内部增设板墙,避免破坏外装修,尽量减少因加固而引起的不必要的浪费。

当层数和总高度不超过规定,但墙体抗震承载力不满足要求时,图集《房屋建筑抗震加固(一)(中小学校舍抗震加固)》(09SG619-1)推荐的加固方法有以下几种:

1)墙体所需要的抗震承载力与综合抗震承载力的差值<60%(墙体砌筑砂浆实际强度等级为M2.5和M5)、<50%(墙体砌筑砂浆实际强度等级为M7.5)、<45%(墙体砌筑砂浆实际强度等级为M10)时,可采用钢筋混凝土板墙加固;单面板墙和双面板墙加固方法的选择主要受校舍加固条件的限制,其加固后的墙段提高系数相同。

2)砌体墙经计算,其综合抗震承载力与现有校舍所需要的抗震承载力相差10%~70%时,且墙体砌筑砂浆的实际强度等级<M2.5的砌体结构,可采用钢筋网砂浆面层法加固;由于单面钢筋网砂浆面层对砌体强度的提高有限,且加固效果较差,对于抗震设防类别为乙类的中小学校舍,建议采用双面钢筋网砂浆面层法加固。

3)实际圈梁和构造柱布置不符合《建筑抗震鉴定标准》要求或需要加强内外墙连接整体性的校舍,龙岗加固,可采用外加圈梁-钢筋混凝土柱的加固方法。采用以上加固方法时,单面板墙及单面钢筋网砂浆面层内的配筋加强带不能代替圈梁和构造柱。

当校舍总高度及层数超过规定限值时,应采用改变结构体系的加固方案。图集《房屋建筑抗震加固(一)(中小学校舍抗震加固)》(09SG619-1)介绍的改变结构体系法有两种方式:

双面普遍加钢筋混凝土板墙形成组合墙的方法及增设一定数量的钢筋混凝土单面或双面板墙的方法。此时水平及竖向配筋加强带均应设置,且配筋宜按剪力墙结构配筋,墙端、纵横墙连接处及门窗洞口边宜设置边缘构件。

对于独立砖柱,当其截面尺寸较小时,如采用较薄的钢筋混凝土套加固,由于所增加的刚度有限,在作用下,其所承担的力相对较小,在进行剪力分配时可忽略不计,只按组合砖砌体受压构件进行配筋的计算。

对于内框架及空斗墙结构的中小学校舍,由于其抗震性能较差,且即便经过加固其抗震性能的提高依然有限,建议拆除。

2.4加固设计及施工单位选择的重要性

抗震加固受现有校舍的条件限制,对设计及施工的要求均较高,因此提高设计施工技术人员的整体素质就显得尤为重要。在调研中曾发现,新加固的建筑就没有达到加固效果,主要原因是加固设计人员设计水平有限,没有加固需加固的部位或没有采用正确的加固方法。建议各省市应根据具体情况,选择有一定设计水平及施工经验的专门的单位进行加固设计及加固施工,避免由于设计及施工不当而造成加固效果不佳或达不到预期效果的情况出现,避免财力、物力的损失。

结语

学校建筑的抗震加固设计及施工的意义特别重大,应引起设计及施工人员的高度重视,认真对待,并且应熟悉相关规范的规定,避免错误的设计及施工造成有严重缺陷的结构,以提高学校建筑的抗震性。


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、房屋直接增层时,地基一定要这样加固随着我国经济的不断发展,很多既有建筑由于受到当时经济条件及建筑技术的制约,其使用功能和结构形式已不能满足现阶段需求。

若因此将整个建筑拆除,重新建造,必然耗费大量的人力、物力,得不偿失。这个时候,采用增层改造的方法无疑是很好的选择,既增加了建筑物的有效使用面积,又节约了成本,保护了环境。

但是,在建筑物直接增层时,不可忽视对地基承载力的鉴定及加固。那么,常用的地基加固方法有哪些呢?

1.当既有建筑地基土质良好,承载力高时,可加大基础底面积,加大后基础的面积宜比计算值提高10%。

2.当验算原基础强度时,应根据实际情况进行强度折减。

3.当既有建筑地基土较软弱、承载力较低时,可采用桩基础承受增层荷载,应在桩体强度达到设计要求后,再在其上施工新加大的基础承台,按规定将桩与基础连接,并应根据具体情况验算基础沉降。

4.当既有建筑为钢筋混凝土条形基础时,根据增层荷载要求,可采用锚杆静压桩加固,当原钢筋混凝土条形基础的宽度或厚度不能满足压桩要求时,压桩前应先加宽或加厚基础,再进行压桩施工。也可采用树根桩、旋喷桩等方法加固。

5.当原基础刚度和整体性较好或有钢筋混凝土地梁时,可采用抬梁或挑梁承受新增层结构荷载,不需对原基础进行加固。梁的截面尺寸及配筋应通过计算确定。梁可置于原基础或地梁下,当采用预制的抬梁时,梁、桩和基础应紧密连接,并应验算抬梁或挑梁与基础或地梁间的局部受压承载力。

6.当上部结构和基础刚度较好、持力层埋置较浅、地下水位较低、施工开挖对原结构不会产生附加下沉和开裂时,可采用墩式基础或在原基础下做坑式静压桩加固。

7.当采用注浆法加固既有建筑地基时,对湿陷性黄土地基和填土地基或其他由于注浆加固易引起附加变形的地基,均应添加、速凝剂等,以防止对增层建筑物产生不利影响。

8.当既有建筑为桩基础时,应检查原桩体质量及状况,实测土的物理力学性质指标,以确定桩间土的压密状况,按桩土共同工作条件,提高原桩基础的承载能力。对于承台与土脱空情况,不得考虑桩土共同工作。当桩数不足时应适当补桩,对已腐烂的木桩或破损的混凝土桩,应经加固修复后方可进行增层施工。

9.当既有建筑原地质勘察资料过于简单或无地质勘察资料,而建筑物下又有人防工程或较为复杂场地情况时,应补充进行岩土工程勘察,查明场地情况。

10.当采用扶壁柱式结构直接增层时,柱体应落在新设置的基础上,新旧基础应连成整体,新基础下如为土质地基时,应先夯入碎石或采用其他方法加固后方可进行基础施工。


为什么加固前要先卸荷1、减少应力应变滞后

碳纤维布加固楼板,因应力应变滞后而不能充分发挥其性能,尤其是当原结构工作应力应变值较高时,对于以混凝土承载力为主的受压构件和受剪构件,往往会出现原结构与后加部分先后破坏的各个击破现象,致使加固效果很不理想或根本不起作用。

相反,碳纤维布加固前若卸除荷载,情况则完全不同。由于减少二次受力的影响,降低了碳纤维布的滞后应变,使得破坏时,新旧两部分就可同时进入各自的极限状态,结构加固,结构总体承载力可显著提高。

2、 节省加固材料

加固前卸除荷载,碳纤维布滞后应变得以降低,甚至,使得加固后的结构能充分利用碳纤维布的强度,不用重复加固,节省了加固材料的使用。

3、 提高结构承载力

卸荷对加固结构承载力的提高影响,主要表现在原结构一次载荷应力应变水平指标的降低方面,这对于以混凝土圈套加固的受压结构及增设支点加固的受弯结构,效果特别明显。

4、如何卸荷

卸荷分两种:直接卸荷和间接卸荷。

直接卸荷,是全部或部分地直接般走作用于原结构上的可卸荷载。直接卸荷直观,准确,但可卸荷载量有限,一般只限于部分活荷载。

间接卸荷,是用反向力施加于原结构,以抵消或降低原有作用效应。间接卸荷量值。甚至可使用作用效应出现负值。间接卸荷有楔升卸荷和顶升卸荷,前者以变形控制,误差较大,后者以力控制,较为准确。预应力加固法是加固与卸荷合而为一,是将原结构所受荷载,通过预应力手段部分地转移到新加结构上面的一种方法。

预应力加固法通过施加预应力碳板,主动结构受力,致使一般加固结构中所特有的应力应变滞后现象得以完全。


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