汕头学校抗震加固房屋加固设计

在防灾减灾的研究中，重要的一环是生命线工程的防灾减灾研究。公路交通是国民经济大动脉，同时，也是抗震救灾生命线工程之一。桥梁工程是公路工程的咽喉要道，在**公路通畅中起着至关重要的作用。近30年来，由于地震灾害的教训，使各国学者对桥梁抗震十分重视，开展了广泛的研究。目前，地震的监测预报还是世界性的难题，很难做出准确的临震预报，而且即使做到了震前预报，如果工程设施的抗震性能薄弱，也难以避免经济损失。因此，作为桥梁工程的抗震设计与研究便成为重中之重，实施有效的抗震设防仍然是当前防震减灾的关键性工作，必须继续执行预防为主、平震结合方针。贯彻执行新修订的建筑抗震设计规范，同时，利用合理的抗震设计方法。 

　　1 桥梁的震害原因 

　　1）地震位移造成的梁式桥梁上部活动节点处因盖梁宽度设置不足导致落梁或梁体相互磁撞引起的破坏，而对拱式结构则主要表现在拱上建筑和腹拱的破坏，拱圈在拱**、拱脚产生的破损裂缝，甚至整个隆起变形。 

　　2）支承连接件失效。由于上下部结构产生了支承连接件不能承受的相对位移，使支承连接件失效，上部与下部结构脱开，导致梁体坠毁。由于落梁的强烈冲击力，下部结构将遭受严重破坏。支承连接件失效的原因，主要是设计低估了相邻跨之间的相对位移。为了解决这个问题，目前国内外的通常做法是增加支承面宽度和在简支的相邻梁之间安装纵向约束装置。 

　　3）由于地基土（如饱和粉细纱和饱和粘沙土）的地震液化影响，同样加大了地震位移的影响，进而放大了结构的振动反应，使落梁的可能性增大。当采用排架桩基础时，则使桩基的承载力降低，从而造成与地震反应无关的过大的竖向和横向位移，而简支梁桥对此尤为明显。另外，由于地基软弱，地震时当部分地基液化失效后引起了结构物的整体倾斜，下沉等严重变形，进而导致结构物的破坏，震害较重。 

　　4）在松软地基上的桥梁，特别是特大桥、大中桥，地震时往往发生河岸滑移，使桥台向河心移动，导致全桥长度的缩短，这类震害是比较严重的。 

　　5）桥梁结构的震害还表现在如结构构造及连接不当造成的破坏、桥台台后填土位移过大造成桥台沉降或斜度过大造成桥墩台承受过大的扭矩而引起的破坏等多种原因。 

　　2 桥梁的抗震设计方法 

　　增加结构的柔性以延长结构的自振周期，达到减小由于地震所产生的地震荷载和增加结构的阻尼或能量耗散能力以减小由于地震所引起的结构反应是实用的抗震方法。当前，比较*实现和有效的抗震方法主要有以下要点： 

　　1）增加钢筋混凝土桥墩的横向约束，提高其抗弯延性和抗剪强度，防止桥墩弯曲和剪切震害。 

　　2）利用桥墩的延性减震是当前桥梁抗震设计中常用的方法。桥墩延性减震是将桥墩某些部位设计得具有足够的延性，以便在强震作用下使这些部位形成稳定的延性塑性铰产生弹塑性变形来延长结构周期、耗散地震能量。在进行延性抗震设计时，按弹性反应谱计算塑性反应的地震荷载需要修正。桥梁抗震设计规范采用了综合影响系数来反映塑性变形的影响，其理论依据是，当结构进入塑性阶段时，地震荷载可以比弹性结构的地震荷载折。结构综合影响系数主要考虑了这一因素。利用桥墩延性减震利用桥墩的延性减震是当前桥梁抗震设计中常用的方法。桥墩延性减震是将桥墩某些部位设计得具有足够的延性，以便在强震作用下使这些部位形成稳定的延性塑性铰产生弹塑性变形来延长结构周期、耗散地震能量。在进行延性抗震设计时，按弹性反应谱计算塑性反应的地震荷载需要修正。桥梁抗震设计规范采用了综合影响系数来反映塑性变形的影响。结构综合影响系数主要考虑了这一因素。 

　　3）采用隔震支座。采用减隔震技术及专门的耗能装置，提高桥梁的抗震性能。例如采用减、隔震支座（聚四氟乙烯支座、叠层橡胶支座和铅芯橡胶支座等）。 

　　4）耗能装置减震。常用的技术有：钢套管外包加固、混凝土加大截面加固、FRP系列复合材料加固。到目前为止用得较多的还是钢套管外包加固，FRP系列复合材料与其他的加固材料相比有施工简便*、安全可靠、耐久性好等**的优点，随着工艺的改进和总体施工成本的下降，FRP系列复合材料在桥梁抗震加固中的应用将越来越广泛。日本在FRP材料的研究、开发和应用方面，处于世界良好水平，对FRP片材用于抗震加固目的的研究和应用激增，并制定了各种各样的设计和施工指南、手册以及规范建议。 

　　3 减震设计中的要点 

　　1）结构的刚度对称有利于抗震，不等跨的桥梁*发生震害。特别是一座桥内墩身高度相差过大，在较矮的桥墩上会产生很大的地震水平力，跨径不同。在大跨径的桥孔的桥墩上也产生大的地震力。设计上尽量避免在高烈度区采用这种桥型，如无法避免。宜在不利墩上设置消能措施降低墩**集成刚度，例如设抗震支座等。 

　　2）斜桥的抗震性能较差。由于斜桥的抗推刚度非常大，在高烈度区，相应于桥墩的基本周期动力放大系数也非常大，这导致地震效应扩大。另外，在桥台处，地震时河岸不稳，易向河心滑移，使桥长缩短，桥孔发生错动或扭转，造成墩台身开裂或折断。建议如地基条件允许，台身可作成T型或U型这类整体性强、抗扭刚度大的，或采用埋置式。如在松软的地基上，桥梁宜正交，并适当增加桥长，使桥台放在稳定的河岸上。 

　　3）在可能发生地震液化的地基上建桥时，应采用深基础，使桩或沉井穿过可能液化的土层埋入较稳定密实的土层内。 

　　4）采用浅基的小桥和通道应加强下部的支撑梁板或做满河床铺砌。使结构尽量保持四铰框架的结构，防止墩台在地震时滑移。 

　　5）在高烈度区的大跨径桥梁，纵向梁间设置消能设施，消能设施应有足够的强度，并能满足梁端位移要求。此外，为防止发生落梁，应加强上、下部结构之间的联系。桥梁的支座锚栓、销钉、剪力键等应有足够的强度。 

　　4 结语 

　　国内外桥梁抗震加固技术研究已经有了较好的基础，建议我国的公路桥梁抗震加固技术研究在消化和吸收国内外已有成果的基础上，针对我国公路桥梁的特点，并在经过一系列验证性和补充性试验研究后，得出适合于我国公路桥梁的抗震加固技术，并推广应用，为提高我国公路桥梁的抗震性能和抵御地震灾害的能力提供可靠的技术保证。 

2008年5月12日四川省汶川大地震造成了巨大的生命伤亡和经济损失,其中以学校类建筑灾害较为严重,学校类建筑在此次地震*范围崩塌损坏,产生了非常恶劣的社会影响。汶川地震*造成了50多万间房屋的倒塌,而其中学校建筑6898间,一方面是由于施工质量存在各种问题,另外一方面是由于结构本身的因素所造成的。通过震害的情况来看,在地震中损坏以致倒塌的中小学建筑主要为砖砌结构,且建造时间均较早,并没有进行正规的抗震设计,另外一些倒塌建筑则为预制板结构,与此相对应的近10年建造的钢筋混凝土框架结构在地震中则表现良好,损伤较轻,且多为填充墙破坏。根据这次大地震带来的惨痛教训,我国颁布了《建筑工程抗震设防分类标准》,其中规定:幼儿园、小学、中学的教学用房以及宿舍和食堂,抗震设防类别应不低于重点设防类,即不低于乙类。基于此,我国从2009年开始对学校的既有建筑物进行大规模的抗震加固改造工作,目的是尽量提高学校类建筑的抗震水准,以满足标准要求,加固设计和措施对抗震效果的影响十分巨大。本文正是从此点出发,详细分析了学校类建筑的结构形式特点和几种类型,进一步阐述了抗震加固措施,较后对学校建筑的抗震加固提出了几点建议,以供参考。 

2.学校类建筑分类与结构特征 

　　学校建筑按照结构形式来区分,主要分为砌体结构、混凝土框架结构和混合结构几类。砌体结构其为水泥砂浆、转和石块建造的结构,缺乏钢筋串联,其一方面各部分连接较弱,同时没有延性阶段,如果其破坏则为突然的脆性破坏,这种结构特点导致了其破坏毫无征兆,且较*发生连续倒塌破坏;混凝土框架结构是现代建造技术常采用的一种结构形式,具备较好的抗震性,现在建造的通过可以满足抗震需求,然而一方面对于老旧建筑,由于当初设计规范与当前不符以及结构老化等方面原因,导致了抗震不能满足当前需求,另外是2008年汶川地震后国家对学校类建筑提出了新的明确要求,即其抗震设防不能低于重点设防工程,之前建造的建筑同样需要进行一定的加固补强。 

　　学校类建筑具有大开间、大采光窗的建筑形式,需要墙体凿开,抗震墙面积则会较少且不规则,墙体的不连续导致了抗侧刚度低,这种形式下墙体很*破坏,如为砌体结构,则抗震性能会很差。此外,学校建筑中的横向往往建造***限,主要则是为了刻意满足大空间的需求,这种**限会导致建筑物的整体性较差。正如汶川地震中造成惨重伤亡的情况,当前既有的学校类建筑往往采用预制楼板,这是具有争议的,如切实按照连接部位整浇,加强节点,可具备良好的整体性,然而以我国现在的建造施工技术此点往往是很难达到的,在地震下随着墙体的平移,预制板与墙体非常*脱离,导致预制板滑移脱落,真正的成为了“杀人板”。 

　　3.抗震加固措施 

　　根据国家标准规定[1-3],当前已有的学校建筑大部分均需要进行一定的加固补强措施。相应于不同的结构形式具有不同的实施措施。按照加固的不同施工方法和位置,主要分为外加固、内加固和夹板墙加固三类。外加固,顾名思义就是通过在建筑物的外侧增加构造柱、圈梁和抗震墙等方法来加固建筑物,从而加强整体性,实现抗震协同工作,此方法的优势在于不占用室内面积,完全不影响原建筑的使用功能。内加固法则是在内部添加构造柱、圈梁和拉杆等,一般不会增设抗震墙,因在内部这会严重影响其原有功能,如实在必要且可改变功能时,抗震墙间距过大则可适当添加。夹板墙加固法则是在原有墙体基础上的加固措施,其通过采用钢筋网水泥砂浆面层等手段加固墙体,提高墙体的抗剪切能力。 

　　对于不同的建造造型和特征,需选用不同的抗震加固方案,存在一个方案优化的过程。一般从施工方便、技术先进、经济效益、加固质量等四个方面来对方案进行评估。施工方便是基础,技术先进是**,经济效益是关键,加固质量是目标。施工方便是确定加固方案时首先必须考虑的,方案的优劣,首先在于施工是否方便可行,没有良好的施工性会对抗震加固造成巨大的障碍。确定方案是否可行之后,需要进一步考虑其简便性,如果施工会造成巨大的费用支出且工期较长,会影响到施工质量,需要考虑其他方案或者加以改进;技术先进作为加固工作开展的**,其满足先进性才能保证施工进度,对于工期要求严格的特殊工程等,此点往往重点考察;经济效益好是关键,在进行加固改造时经济问题不可避免和回避,对于每个建筑,都需要有针对性的进行选择加固方法,同时必须根据具体情况考虑经济实用与否,这样加固方案才具有实际意义;加固质量作为加固工作进行的目标,是需要通过各种措施加以保证的,加固是对原建筑的补强,保证其质量才能保证加固工作有意义。 

4.结论与建议 

　　正如本文前面所阐述,汶川地震之后,按照我国现行的标准规定,学校类建筑具有不同于一般建筑的抗震重要性,这对许多原有建筑提出了抗震加固的要求。在进行抗震加固之前,首先需要对原结构进行评估,分清其结构体系,鉴定其强度等级,并对关键部位进行检测,以此做好原建筑的评估工作,才方便下一步工作进行。