因为砌体结构材料属脆性材料,强度较低、变异较大,结构的整体性和抗震性能较差,地震发生时,砌体结构的房屋*被破坏。另外,在地基产生不均匀沉降或有温度变形作用时,较易产生各种裂缝,在长期的使用过程中会产生程度不同的损伤或破坏,更增加了砌体房屋破坏的严重性。[1]目前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,而我国又是一个多地震的国家,历次震害表明,多层砌体结构房屋受地震的破坏较为严重。为此,除在砌体房屋的设计和施工中采取必要的措施防止开裂外,如何提高砖砌墙体的抗剪强度和抗裂性能,及如何对已开裂的墙体进行加固修复,是当前砌体结构房屋中急待解决的问题之一。本文就基于目前对砌体结构加固的发展及其研究现状,对一些加固方法进行简单介绍,从而让我们对砌体结构的抗震加固有一些了解和认识。
一、砌体结构房屋抗震加固原则
1.砌体房屋结构整体稳定性的强弱是判断其抗震性能好坏的重要依据,满足结构的整体稳定性是砌体结构房屋抗震加固的基本原则;
2.加固时应在原有结构的基础上进行加固,加固后的砌体房屋结构不发生变化,不影响原有房屋的结构;
3.加固后的房屋应该保证局部刚度不会发生突变,并且质量分布均衡;
4.加固后砌体结构和构件的抗震能力要比加固前强,可以达到预定的抗震能力。[2]
二、砌体结构加固技术和方法
抗震结构的加固一般包括民用建筑、公共建筑、工业建筑、构筑物和城市基础设施等。进行房屋抗震加固的目的是增强建筑物的整体性,使其抵御地震破坏的性能提高。一般做法是加构造柱、圈梁、加钢筋网墙、对墙面进行处理、设圆钢拉杆、外包柱等。[3]砖墙体承载力和抗震构造措施是砖混结构加固的重要内容,墙体是砖混结构受力的主要受力构件,其质量好坏决定了整个建筑物抗震性能的好与坏。圈梁和构造柱为砖混结构的主要抗震措施。构造柱与现浇圈梁及内墙拉杆结成整体,形成外包框架,是加强房屋整体抗震性能的有效措施。[4]
三、建筑房屋加固的办理流程及步骤:
1.增设圈梁加固:增设圈梁主要起到连接的作用,属于构造配筋。增设的圈梁楼、屋盖的同一标高平面内闭合,在阳台、楼梯间、窗户附近应拐弯通过在变形缝两侧闭合。圈梁宜连续地设在同水平面上,以避免建筑物质量分布不均和局部刚度发生突变,并沿纵横墙应形成封闭状。[1]当圈梁被门窗洞口截断时,应在洞口上部增设相同截面的附加圈梁。附加圈梁与圈梁的搭接长度不应小于其中垂直间距的二倍,且不得小于1m。[2]增设圈梁加固可以使楼板和墙的整体性和稳定性加强,地震时圈梁可以箍住楼盖,提高楼盖刚度。并且,对于地基不均匀沉降引起的变形也有一定的抵抗能力。
2.增设梁垫加固:当大梁下砖砌体被局部压碎或大梁下墙体出现局部竖直裂缝时,可增设梁垫进行加固。加固时需要剔除部分砖块,可用等级稍强的水泥砂浆代替。增设梁垫的目的是增加梁对墙体的作用面积,减小梁下面砖块的应力,以避免由于砖块应力不够导致压碎而破坏整面墙体。[5]单纯的增设梁垫对房屋增强抗震强度的作用不是很大,墙体的整体性并没有得到提高,应当同时加固墙体整体性连接,如增设圈梁、外包钢筋网片等。
3.无粘结外包型钢加固法:该法属于传统加固方法,其优点是施工简便、现场工作量和湿作业少,受力较为可靠,适用于不允许增大原构件截面尺寸,却又要求大幅度提高截面承力的砌体柱的加固,其缺点为加固费用较高,并需采用类似钢结构的防护措施。[6]外包所采用的型钢需要型钢厂配设,且施工时对施工人员的专业技术要求较高。外包后的墙体在截面尺寸上改变不大,整体性、强度、刚度都得到有效的提高,但是外观的美感降低,对于有外观美感要求的装饰房屋还需要进行装饰。[7]
四、房屋加固设计-建筑加固
4.外加钢筋混泥土柱加固法:设置外加柱可以增加房屋抗倾覆能力,对局部易损墙段的承载力有显着提高。设置外加柱时应当适当选择位置,一般设置在房屋外墙的四角转角处、楼梯间与外墙交接处外侧、内外墙的交接处外侧及外墙墙垛处等建筑物需加强的部位。外加柱应该全长贯通,并不得错位。当建筑物有变形缝或抗震缝时,应在缝的两侧分别设置外加柱不得合为一根设置。[2]外加柱的混泥土强度应不小于C20,柱的截面尺寸和配筋率也有一定的要求。
5.砌体局部拆砌:当房屋局部破裂但在查清其破裂原因后尚未影响承重及安全时,可将破裂墙体局部拆除,并按配合比提高砂浆强度一级用整砖填砌。墙体的修补可采用以下做法:凿去墙体抹灰层,用清水冲洗墙面,以冲掉墙面灰尘。设置胀锚螺栓,焊接竖向固定钢筋,绑扎横向钢筋及斜向钢筋。用强度较高的矿渣水泥、中砂,按比例拌制砂浆,分层分段抹灰。[1]
6.砌体裂缝修补:在进行裂缝修补前,应根据砌体构件的受力状态和裂缝的特征等因素,确定造成砌体裂缝的原因,以便有针对性地进行裂缝修补或采用相应的加固措施。修补时可采用压力灌浆修补,满墙灌浆可以加固砌筑砂浆饱满度差或砌筑砂浆强度偏低的墙体。对于抗震加固效果而言,层间隔震加固和增设构造柱、圈梁、钢拉杆的抗震效果较好。[4]
据统计,世界上130次巨大的地震,其中95%以上的人员伤亡,是由抗震能力不足的建筑物倒塌造成的。因此抗震加固对于减轻地震时生命财产的损失是非常重要的。[1]抗震加固是减轻地震灾害的重要措施,但在现实中对已有的建筑物却缺乏必要的加固措施。一方面,目前还有大量不满足抗震设防要求的建筑物,必须积极推进抗震加固工作;另一方面,从保护生态环境的高度来说,也应尽量不拆除现存的这些不满足抗震能力要求的建筑,而采用抗震加固技术,即使不面对地震,营造可持续发展的社会环境也是较其重要的。[7]由于高科技的快速发展,在加固工程中越来越多的高科技产品及方法将得到应用。抗震加固是一项有着社会效益和经济效益的重要措施。
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。
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。