一、砖混结构房屋建筑的抗震设计 近年来我国相继发生了几次破坏力较强的地震灾害,地震灾区许多房屋损坏或倒塌,给人民的生命财产造成了巨大的损失。因此需要在房屋建筑结构中强化抗震设计与加固,不断的总结经验和优化设计,提高建筑的抗震能力,较大程度的降低因地震造成的损失。
砖混结构房屋广泛存在于我国的一些中小城市和农村地区。其抗震设计措施如下:
(一)基础抗震设计
1、合理的选择建筑布局和结构类型
在进行建筑设计之前,应对工程地质进行详细勘察,查明地基土质情况、分布范围、承载力大小、地下水位等水文地质条件,然后按照安全可靠、经济合理、技术先进、方便施工等要求,进行全面分析,权衡利弊,确定合理的建筑布局和结构类型,以便使上部结构与地基相互影响,特别是对软弱地基和不均匀地基尤其如此。
2、注意减轻结构自重
地基压缩变形大小与上部荷载值成正比。因此,减轻结构自重是降低基底附加应力,减少沉降的有效措施,对于基础,可以选用自重轻,覆土少的基础形式,如宽基浅埋,空心基础,薄壳基础甚至箱形基础,或设置地下室、半地下室,采用架空地板,取代室内填土。对于上部结构,可以选用预应力、轻钢结构和单位容重小的轻质墙体材料,以减轻对地基的压力,减少地基沉降。
3、科学的布置建筑体型
建筑平面形状应力求简单,纵墙拉通,避免转折多变,凹凸复杂。建筑立面应尽量避免高低参差,荷载差异大,或开设过大的门窗洞,削弱墙体,使房屋建筑质量重心与刚度中心基本一致,提高房屋自身抵抗不均匀沉降的能力。在长度较长的建筑适当位置、平面转折、高低参差、荷载差异大、地基或基础类型改变的部位,设置沉降缝或连接走廓,从屋顶到基础断开,把建筑划分成若干个刚度较大,长高比较小,自成沉降体系的单元。
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二、建筑房屋加固-房屋加固设计中心
(二)伸缩缝的设置
伸缩缝应设在因温度和砌体干缩变形可能引起应力集中、砌体产生裂缝可能性较大的地方,严格按照《砌体结构设计规范》要求设置伸缩缝,裂缝宽度不宜小于30mm。
(三)上层建筑构造的抗震设计
1、结构体系设计必须合理
结构体系要合理,合理布置纵墙和横墙,应**采用纵横墙共同承重的结构体系。多层砖混房屋的主要承重构件是纵横墙体,纵横墙共同承重的房屋既能比较直接地传递横向地震作用,又能直接或通过纵横墙的连接传递地震力。纵横墙布置宜均匀对称。平面内对齐贯通,上下连续,减少砖墙、楼板等受力构件的中间传力环节,做到传力路径简单明确合理,不中断 楼板要有较大的水平刚度,尽量采用现浇钢筋混凝土楼板,不宜采用预制楼板。
2、建筑平面和立面布局要科学
建筑平面和立面的规整性是整个结构设计中一个十分基础、重要的内容。建筑平面、立面宜尽可能简洁、规则,使各部位受力均匀,减少薄弱环节。如果无法改变建筑的布局,那么可以通过设置防震缝将复杂的建筑分成规则的单元,减轻震害。楼梯间不宜设置在房屋的尽端和转角处,因为房屋两端外墙角*发生破坏,并且楼梯设在尽端也不利于人员的疏散。楼梯间的横墙由于楼梯踏步板的斜撑作用而引来水平地震作用,破坏程度比其他横墙要严重,所以楼梯间横墙宜贯通房屋全宽。
3、合理选择砌体
由于砌体本身的抗压强度低,抗弯、抗拉强度更低,所以在地震设防地区,多层砖混砌体房屋由于组成的基本材料和连接方式决定了其脆性性质,变形能力小,导致房屋的抗震性能较差,但水平配筋砌体墙承载力随着配筋率的增加而增加,其变形能力也与之成比例提高,比无筋砌体墙的变形能力也提高1倍以上。
三、砖混结构房屋建筑的抗震加固措施
重点部位需要增设抗震柱,如在转角和内外墙交接处及大的洞口两侧、楼(电)梯间增设抗震构造柱。构造柱可提高砌体墙的极限变形能力,增强内外墙连接的整体性,使砌体墙在遭遇强烈地震作用时约束砌体的坍塌崩裂,阻止砌体突然倒塌,刚度退化慢。构造柱与墙体的连接处应砌成马牙槎,先砌墙后浇构造柱混凝土,沿墙高度每隔500mm设2ф6拉结筋。构造柱纵筋应穿过圈梁,保证其上下连续性,墙内的柱距不宜大于层高且不宜大于4.2m。
三、整体钢筋混凝土浇筑结构房屋的抗震设计
由于钢筋混凝土框架结构或框剪结构等结构形式的房屋比砌体结构有较好的延性性能和整体变形能力,因而在我国大部分抗震设防地区的房屋建设中得到广泛的应用。
(一)整体钢筋混凝土浇筑结构房屋抗震设计的注意事项
必须做好细部构造,使非结构构件成为抗震结构的一部分,在计算分析时,充分考虑非结构构件的质量刚度强度和变形能力。要选用合理的抗震结构,加强结构的主体刚度,以减小主体结构的变形量,防止非结构构件的破坏。设计过程中,应充分考虑非结构构件对主体结构的影响,并考虑可能出现的短柱,在设计中予以加强。对于装修改造工程的设计,必须严格遵守国家有关规定,不得损坏原有建筑结构,要确保结构安全。
(二)整体钢筋混凝土浇筑结构房屋的具体抗震设计
1、 抗震柱的设计
(1)注意调整柱端截面设计内力
框架结构的变形能力与框架的破坏机制密切相关,实验研究表明,梁先屈服,可使整个框架有较大的内力重分布和能量耗散能力,柱一般在轴向压力作用下,其延性通常比梁的要小,如果不采取“强柱弱梁”措施,柱端很可能比梁端先出现塑性铰。因此适当调整柱计算内力并增大配筋,使塑性铰首先出现在梁端,抗震性能较好。对于一、二、三级框架节点的上下柱端,其组合的弯矩设计值之和∑MSc应按下式调整:
∑Mc=ηc∑Mb
(2)剪力的调整
由于抗震规范规定的柱端弯矩增大措施只能适度推迟柱端塑性铰的出现,而不能避免出现柱端塑性铰,因此对柱端也应提出强剪弱弯要求,避免柱底部在弯曲破坏之前出现剪切破坏。对于一、二、三级框架柱的柱端截面组合的剪力设计值V应按下式调整:
V=ηVc (Mcb + Mct )/ Hn,
(3)要增加柱的延性
轴压比越大导致柱的抗压强度储备越低,在地震时混凝土*压碎而导致柱的破坏,限制柱轴压比可提高柱的延性。
2、 抗震架梁的设计
在框架结构设计中,应力求做到在地震作用下的框架呈现梁铰型延性机构,为减少梁端塑性铰区发生脆性剪切破坏的可能性,对梁端的剪力适当调整,使斜截面受剪承载力**正截面受弯承载力,做到强剪弱弯。梁端截面组合的剪力设计值V应按以下公式调整:
V=ηVb (Mbl + Mbr)/ln+ VGb,
同时框架还要符合:
V=1.1(Mbual + Mbuar)/ln+ VGb,中,ηVb为梁端剪力增大系数,一级框架取1.3,二级取1.2,三级取1.1。Mbl 、Mbr 、Mbual 、Mbuar 分别为梁左右端截面组合的弯矩设计值和实配的钢筋按标准值计算的所能承担的弯矩值。VGb为重力荷载代表值作用下,按简支梁分析的梁端截面剪力设计值。
四、整体钢筋混凝土浇筑结构房屋的抗震加固措施
(一)增设钢筋混凝土抗震墙
将原框架结构改变为框架-抗震墙结构、壁式框架结构,从而减少框架构件的受力、降低轴压比要求,减少加固工作量。新增抗震墙承受较大的竖向荷载与水平地震作用,为减少基础尺寸、方便施工,可采用短桩+承台托换技术。
(二)增设钢支撑
在框架柱间设置钢支撑,以增加结构的抗侧刚度,减小地震作用下的结构变形。在结构中放置消能支撑,利用地震作用下消能元件的耗能吸收地震能量,从而起到保护结构构件的效果。
砌体结构在我国房屋建筑中应用广泛,尤其是在广大村镇房屋建筑中占很大比重。而我国又是一个多震国家,地震活动的分布范围十分广泛,地震烈度[2]6度以上地区的面积占全部国土面积的79%,绝大多数省份都曾发生过6级以上的地震。近几年来,我国各地地震频发,给我们国家的经济发展带来了不可估量的破坏,给人们的财产及生命造成了巨大的损失,四川汶川、青海玉树的高震级地震尤为**。例如:2008年5月12日14时28分04秒,四川汶川里氏8.0级地震[3]:约7**死亡、2**失踪,一些砌体结构建筑群或临街建筑成片倒塌;分析其倒塌原因,主要是因砌体结构强度较低、变形较大、结构的整体刚度都比较差,历次震害表明,多层砌体结构房屋受地震破坏较为严重。在长期的房屋使用过程中会产生程度不同的损伤或破坏,又很*产生各种裂缝,为此加固修复此类房屋也是当前急待解决的问题。
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2 砌体房屋抗震加固技术分析
主要可分为房屋直接加固技术和房屋间接加固两种[4],它是从目前运用在房屋抗震中的加固方法来分,直接加固法是使加固后的新旧截面能粘合成整体,房屋直接加固技术是国内房屋抗震中主要运用的加固技术,如加大截面法、外包钢法、外粘钢板加固法(复合截面法),为保证其界面处的两者的应变协调,
二、具体应用于我国的几种常见加固方法如下:
2.1 加大截面加固法
即采用增大构件和建筑物的截面面积或者提高建筑物所用材料标号、等级以提高其承载能力和满足正常使用要求的一种加固方法。例如扩大基本构件的截面宽度或者截面高度以及钢筋配筋面积,提高截面承载力和刚度,该方法可以广泛应用于一般建筑物、构筑物的加固,另外混凝土结构的梁、柱、板等结构构件也可以应用。例如砌体结构房屋的圈梁、过梁、墙梁、楼板、构造柱等;但由于存在使用空间的占用问题,该法有时会受到限制。
2.2 外包钢加固法
即在混凝土构件四周包以型钢的加固方法,例如加固砌体结构房屋的竖向承重构件构造柱、抗风柱、封口柱等。这种方法虽然可以大幅度地提高构件承载力,也有对应的缺陷,例如型钢表面温度不应**60度,而且当环境具有腐蚀性介质时,还应有可靠的防护措施。该方法适用于当使用上不允许**种,即为增大构件截面法时,而又需要大幅度提高承载力的轴心柱和偏心受压柱的加固,其效果非常好。
2.3 预应力加固法
预应力加固是采用高强钢筋等材料,该加固方法具有能够减少构件上的应力值,减小砌体构件裂缝宽度和挠度等优点,为达到对砌体结构进行加固,通过施加预压应力迫使高强材料与原构件共同受力,通常采用钢绞线或型钢等材料。该加固方法具有能够减少构件上的应力值,减小砌体构件裂缝宽度和挠度等优点。特别适用于提高抗震要求的楼盖、屋盖等水平受力构件,即为:提高构件承载力、整体刚度和构件抗裂能力,而且加固后占用空间小。
2.4 辅助结构加固法
辅助结构加固法是一种采用新型的加固材料或者增加结构支点等手段进行结构加固的一种方法,它是直接用不同于原来结构的其他材料制成简单或复杂的支撑点分担原构件荷载,形成一个组合结构。通过原结构构件变形把荷载转嫁给后来增加的结构上,达到新老结构共同受力提高结构整体承载力的目的。
2.5 外部粘钢加固法
采用双组分环氧树脂粘结剂将钢板或其他钢质构件粘贴在钢筋混凝土构件表面,构成一个钢筋混凝土-粘结剂-钢板三相复合物系统。该方法施工简单,设置灵活,是一种非常有效的加固方法。由于其核心材料环氧树脂的特性,导致该加固方法使用的环境温度不应大于60度,相对湿度不应大于70%,且无化学腐蚀影响。
2.6 碳纤维布加固法
该法是比较新型的直接加固法,也是近年来主要研究的房屋直接加固技术,该方法运用前景比较大,运用范围也比较广泛。
3 结束语
目前我国六七十年代建造的建筑和现在广大村镇多数的居民住宅,大多数都是低层或多层砌体结构房屋,但其中有相当部分的砌体结构并不满足现行抗震规范要求,一旦发生类似唐山、汶川那样的地震,损失将不可估量,而近期内这些房屋又不可能全部淘汰或拆除;因此房屋的抗震加固也是急需考虑的内容,本文是抛砖引玉,仅仅提出一些意见,可供类似工程参考。