结构抗震加固需兼顾结构的安全、美观、实用和耐久。近年来随着抗震加固新技术、新材料和新工艺的出现,加固手段已发展成为多种方法并举的局面,不仅如此,常规加固手段的具体细部构造也较以往更为灵活和实用。
抗震加固按照加固的部位可分为整体房屋加固、区段加固、构件加固和与结构加固配套使用的相关技术,工程人员可根据鉴定的结果结合建筑功能改造选择相应的加固措施或修补技术。下面仅就抗震加固中的一些技术和方法加以介绍。
2.结构抗震加固新技术
(1)减能技术(隔震)
如果地震作用能减小,结构反应就必然减小。假设某一结构在8度地震时,只有抵抗7度地震作用的能力,如果采用某种方法,就能使地震作用减小到7度,甚至更低地震作用的水平,结构便能达到与采用其他抗震加固方法相同的加固效果。我国规范中,地震作用与地震影响系数a成正比。地震影响系数a在我国新编抗震规范中按从地震影响系数曲线可看出,当结构周期增大时,地震作用减小。有效地使结构周期增大的方法是隔震技术,即使房屋上部结构与基础完全分开,在分开处放置隔震材料。常用的隔震材料为叠合橡胶隔震垫,其作用是使地面水平地震加速度在隔震层处中断,或使向上传递的地震加速度大大减小。在设计计算中,其表现形式是上部结构周期加长,因而地震作用减小,结构反应亦减小,从而达到抗震加固的目的。该方法的原理很简单,然而用于加固时的技术难度却很大。首先必须将上部结构与基础完全切开,并放入有一定阻尼的叠合橡胶垫。其必要条件是上部结构整体性好,因此并非所有结构都能用此方法进行加固。目前国外已有采用此方法加固的建筑,如美国盐湖城**大楼(*前建成的12层砖石结构)。
(2)消能技术(增大阻尼)
如果结构反应在相对变形较大的部位,适当布置阻尼器,使结构阻尼加大,则地震作用必将会大幅度减少,从而使结构反应较小,达到抗震加固的目的。增设阻尼器后,结构反应减小,使结构满足抗震要求,亦可达到抗震加固的目的。如果降低后的结构处于弹性工作状态,结构将不会破坏;如果结构不在弹性阶段工作,就可用时程分析法求得结构反应。实践证明,其反应值也大大减小。
中国建筑科学研究院工程抗震研究所采用粘滞阻尼器加固了北京火车站*大厅、北京饭店、北京展览馆、中国革命历史博物馆等大型公共建筑,有些工程加固后在大震作用下,层间位移值达1/390,处于接近弹性阶段工作,收到了非常好的加固效果。
(3)增设剪力墙技术
结构刚度增大,有两个可能:一是刚度增大,结构周期缩短,根据反应谱方法,地震作用相应增大:二是刚度增大,结构变形减小,从而使内力减小。两者所起作用相反。因此,只要刚度取得合理,则地震作用虽然增加,但结构变形仍然减小。实践证明,大多数结构增设剪力墙后,将使结构变形减小,这时,地震作用主要由剪力墙抵御,框架结构中的内力与变形大大减小,从而达到抗震加固的目的。增设剪力墙加固技术,是常用抗震加固手段,中国建筑科学研究院工程抗震研究所采用此方法加固了全国政协礼堂、北京火车站、中国革命历史博物馆、农展馆等数十个大型公共建筑。
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在建筑工程的设计和施工中,常常会遇到地基强度不足的情况,因而往往需要对地基进行必要的处理。而对地基进行处理的方法有很多,包括换土垫层法、深层密实法、排水固结法、加筋法等,而每种方法也都有它的优缺点、局限性和适用范围。所以对每一项工程都应当从其处理要求、地基条件、材料机具来源以及工程费用等各个方面来进行综合地考虑,以此来对地基处理方法进行合理的选择和优化。本文着重对水泥土搅拌桩在地基加固处理中的应用进行了浅要的分析和探讨。本文通过对地基加固处理的应用进行分析,以提高人们对地基加固处理技术的研究。
建筑工程地基加强处理的目的是通过夯实,换填土,挤密,加筋及排水等方法,达到对地基承载能力的提高,以改善地基土的结构特点使之满足工程需要,其主要目的包括:改善地基原状土的不良特性;提高地基的抗剪切强度;改善地基的压缩量;改善地基的透水特性;改善地基的动力特性。
一、房屋地基加固的原理
当工程结构的荷载较大,地基土质又较软弱(强度不足或压缩性大),不能作为**地基时,可针对不同情况,采取各种人工加固处理的方法,以改善地基性质、提高承载力、增加稳定性、减小地基变形和基础埋置深度。
地基加固的原理是:“将土质由松变实,将土的含水量由高变低”,即可达到地基加固的目的;工程实践中各种加固方法,如机械碾压法、重锤夯实法、挤密桩法、化学加固法、预压固结法、深层搅拌法等都是基于此加固原理。
在拟定地基加固处理方案时,应充分考虑地基与上部结构共同工作的原则,从地基处理、建筑、结构设计和施工方面都应采取相应的措施进行综合治理,绝不能单纯地对地基进行加固处理。否则,不但会增加工程费用,反而难以达到理想的效果,其具体的措施有:
(1)改变建筑形体,简化建筑平面。
(2)调整荷载差异。
(3)合理设置沉降缝。沉降缝宜设置在:①地基不同土层的交接处或地基同一土层厚薄不一处;②建筑平面的转折处;③荷载或高度差异处;④建筑结构或基础类型不同处;⑤分期建筑的交界处;⑥局部地下室的边缘处;⑦过长房屋的适当部位。
(4)采用轻型结构、柔性结构。
(5)加强房屋的整体刚度,如采用横墙承重方案或增加横墙,增设圈梁,减小房屋的长高比,采用筏式基础、筏片基础、箱形基础等。
(6)对基础进行移轴处理,当偏心荷载较大时,可使基础轴线偏离柱的轴线。
(7)施工中正确安排施工顺序和施工进度,如对相邻的建筑,应先施工重、高(即荷载重、高度大)的建筑,后施工轻、低(即荷载轻、高度小)的建筑;对软土地基则应放慢施工速度,以便使地基能排水固结,提高承载力。否则,施工速度过快,将造成较大的孔隙水压力,甚至使地基发生剪切破坏。
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