清远学校抗震加固

随着经济的发展，人们生活水平的提高, 人们对建筑物的安全性、 适用性和耐久性的要求不断增强, 越来越多的新型体系随之发展起来,同甘共苦时, 对已有结构的维护和补强加固也引起了工程界的广泛重视。我国地域广阔地震灾害较多,对结构抗震性能的要求也较高。在抗震加固方面,传统的结构加固改造是通过增强结构自身的强度和刚度来达到目的的, 改造后的房屋普遍存在着上刚下柔、 头重脚轻等不利于抗震的因素。现在,国内外许多从事抗震研究的工作者已把目标转向采用减震控制技术作为结构抗震加固改造的新方法,并进行了系列的研究工作, 为加固改造技术开辟了新的、 更为有效的途径。 

　　一、建筑结构性能抗震设计含义 

　　基于结构性能的抗震设计理论是以结构抗震性能分析为基础， 根据设防水准的不同 ，将结构的抗震性能划分为不同的等级， 设计者可根据业主的要求 ，采用合理的抗震性能目标和合理的结构措施进行抗震设计， 除了抗震设计方法 ，基于性能的抗震设计理论还包括目标性能的确定 ，它是整个设计的基础和关键 ，主要包括以下三个方面： 

　　1、地震设防水准 

　　在设计基准期内， 定义一组参照的地震风险和相应的设计水平 ，是基于性能设计理论的一个重要目标 。基于性能的设计理论应追求能控制结构可能发生的所有地震波谱的破坏水准 ，为此， 需要根据不同重现期选择所有可能发生的对应于不同等级的地震动参数的波谱， 这些具体的地震动参数称为地震设防水准 ，分为常遇、 偶遇、 罕遇和稀遇地震，并给出了其重现期和追赶概率。 

　　2、结构的性能水平及其量化指标 

　　结构的抗震性能水平表示结构在特定的某一地震水准下一种有限程度的破坏， 包括结构和非结构构件破坏以及因它们破坏引起的后果主要用结构易损性 ，结构功能性和人员安全性来表达。 按照不同的地震动水平 ，结构的性能水准可分为四级， 即功能完好、功能连续、 控制破坏与损失， 保证安全 。其中， 简化的三级性能水准 ，即可继续使用 ，修复后可再使用保证安全。 

　　3、抗震设计的目标性能 

　　结构的抗震设计的目标性能是针对某一地震设防水准而期望达的抗震性能等级， 抗震设计目标性能的建立需要综合考虑场地特征 、结构功能与重要性、 投资与效益、 震后损失与恢复重建 、潜在的历史或文化价值、 社会效益及业主的承受能力等诸多因素。 我国抗震规范的目标性能实际是： 小震不坏、中震可修、 大震不倒。 

　　二、建筑结构的抗震加固技术方法 

　　加固的技术方法很多，针对不同的构件，不同的要求，不同的结构形式有着不同的加固方法和措施，由于篇幅的限制，本文对常规的加固方法不再阐述，仅对较为重要且比较复杂的抗震加固技术方法做一些较为详细的论述：由于现阶段随着国家综合实力的提高，国家相应规范对抗震要求也越来越高，抗震设计与加固已经成为关乎国计民生的重要环节。 旧房改造必须对原有的抗震级别较低的房屋进行抗震加固，从而提高原有房屋的抗震承载能力 、变形能力和整体抗震性能，改变原有房屋抗震级别不满足现行抗震规范的现象。常用的抗震加固方法有如下几种： 

　　1、 增设构件加固法。此法是目前对结构进行抗震加固较基本、较有效的方法之一 ，该法可以有效地提高结构的抗震能力、变形能力和整体性能。其具体的方法包括增设抗震墙 ( 剪力墙和翼墙 ) 加固法、增设支撑加固法、增设刚架加固法等。当原有结构的抗震墙体的间距不满足现有规范的规定值或者原有墙体的抗震承载力严重不足时，宜采用增设抗震墙加固法。此法利用新增的抗震墙来承担主要的地震作用 ，以减小结构的变形。采用抗震墙加固时 ，需处理好新增墙体与原有构件的连接，既要保证连接的可靠性，又要避免对原结构构件造成过多的损伤。此外 ，在布置新设抗震墙体时应注意 ，由于抗震墙的刚度较大，要充分考虑加固后的结构刚度的均匀性，以便增设抗震墙后使整体结构刚度均匀 ，避免造成薄弱层的转移。此法优点是应力传递简单、刚度强度高、可靠性能好、造价低。其缺点是墙体重量大 ，基础结构必须有富足的承载力。此外 ，施工过程中噪音、振动都很大 ，工期也很长。在钢筋混凝土结构和钢结构等各种结构的梁柱构成框架的空间内，也通过增加支撑进行抗震加固。其优点是支撑重量较轻、工期较短，可以确保结果的强度和延性，对建筑内部的使用影响较小。其缺点是在往复地震作用下支撑*产生屈曲破坏，耗能能力有限 ，震后需要替换。 

　　2、粘贴钢板加固法。适用于对钢筋混凝土受弯、大偏心受压和受拉构件的加固。该法是用建筑结构胶将钢板粘贴在混凝土构件表面，使两者共同受力以提高结构承载力的加固方法，相对于传统加固方法 ，粘贴钢板加固法更为简单、快速 ，对结构的外形和净空以及生产生活的影响较小。纤维增强复合材料加固法是指采用以纤维或其制品作为增强材料的一种复合材料对构件进行抗震加固的方法。本方法适用于钢筋混凝土受弯、轴心受压、大偏心受压及受拉构件的加固。外贴纤维复合材加固法是采用 FRP 片材对混凝土构件进行修复加固的一种新技术。外贴纤维复合材加固法具有很高的抗化学腐蚀能力和对被加固结构的保护能力，提高了结构耐久性；材料强度高，外贴加固用量少（材料厚度小）；荷载增加较少，几乎不改变原有结构的外形和尺寸；施工*，操作简单；加固施工时噪音小，对结构的使用环境影响较小。 

　　3、增强连接加固法：当震害发生时，构件的连接往往是薄弱环节，针对各结构构件间的连接采用下列方法进行加固，能够保证各构件间的抗震承载力，提高变形能力，**结构的整体稳定性 这种方法适用于结构构件承载能力能够满足，但构件间连接较差的情况，具体有：（1）拉结钢筋加固法，砖墙与钢筋混凝土梁柱之间的连接可增设拉结筋加强，一端弯折后锚入墙体灰缝内，一端用环氧树脂砂浆锚入梁柱的斜孔中或者与锚入梁柱内的膨胀螺栓焊接，新增外加柱与墙体的连接也可以采用此法连接。 （2）压浆锚杆加固法，适用于纵横墙间没有咬茬砌筑 连接很差的部位，采用长锚杆，一端嵌入内横墙，另一端嵌固于外纵墙上（外加柱），其做法是先钻孔，贯通内外墙，嵌入锚杆后，用水玻璃砂浆压灌。 (3)钢夹套加固法，适用于隔墙与**板和梁连接较差时，可采用镶边型钢夹套上与板底连接并夹住砖墙**跃梁间增设钢夹套，以防止砖墙平面外倒塌。 

　　4 、替换构件加固法，对原有强度低，韧性差的构件进行材料代换，常采用的有：钢筋混凝土替换砖，如钢筋混凝土柱替换砖柱，钢筋混凝土墙替换砖墙等；钢构件替换木构件，但是这种方法要注意做好与原有构件的连接。 

　　随着抗震知识的不断完善和国民经济的不断发展,对现有建筑物的抗震加固越来越多, 抗震加固方法已从传统的方法不断趋向多样化。目前新发展起来的减震控制技术在工程应用上有明显优势, 为建筑的抗震设计和抗震加固提供了一条崭新的途径,它克服了传统结构 “硬碰硬” 式的抗震设计方法, 具有概念简单、 减震机理明确、 减震效果显着、 安全可靠的特点。相信今后一段时间将是减震控制技术走向成熟的时期。 

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,最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。