土木工程外文文献,中文.doc

SEIMIC改造方案适用经1999年集集地震台湾校舍 铨仔轼，教授，土木工程系，国立台湾大学，台北，中国台湾导演，国家研究中心地震工程，台北 陈建黄，中国台湾学部主任，国家中心地震工程研究，台北，中国台湾电子邮件： ， 摘要：基于取得后发生在台湾几个主要地震观测，校舍已发现最容易受到在所有建筑类型，严重的地震破坏。虽然抗震设计力量的校舍已经比普通建筑高25 ，其性能抵御强烈地震已经证明insufficient.Serious伤亡和损失可能会从学校建筑物倒塌强烈地震下产生。此外，学校建筑通常需要作为应急避难场所后不久，一场大地震。抗震性能评价及改善工程的迫切需要是显而易见的。缺乏整体规划，缺乏沿着走廊抗震性，短柱，嵌入式管道和缺乏横向加固的作用已被发现的关键因素负责校舍的倒塌。三阶段策略，地震评估和现有的低层钢筋混凝土校舍改造已提议。它是基于共同的结构类型，抗震性，可能的故障模式和可用的实验数据。根据本文所介绍的性能指标抗震缺陷的校舍正在加装。关键词：学校建筑，抗震鉴定，抗震加固1引言一些在小学和中学在台湾的建筑都遭受不同程度，在瑞立大地震（1998年7月17日），集集大地震（1999年9月21日）和嘉义地震（10月22日赔偿， 1999） ，在过去的十年。在瑞立大地震的灾区，许多校舍遭到严重破坏。破坏模式包括列盖混凝土剥落，开裂核心混凝土，纵筋屈曲。这些建筑物的抗震性能应该已经大大降低。这些校舍是在崩溃的边缘。然而，很多学校建筑集集地震中倒塌。据教育部公布的报告显示，共有786所学校（1958教室）被损坏的集集大地震。即使是在台北市，这是约150公里远离震中，有损坏的67所学校的建筑物。生命的全部损失由集集地震几乎达到了2500 ，如果在暑假期间或集集地震没有发生在深夜，没有发生瑞李大地震造成的伤亡人数总量本来更。基于损伤统计，缺乏抗震性似乎是在现有的中小学建筑在台湾的一个常见问题。显著人员伤亡和财产损失可以导致在强烈地震这些校舍的倒塌。此外，学校建筑可能有一个严重的地震后，立即被指定为紧急避难所。进行抗震性能评估和这些注意结构改造的目的，而不是简单的模板已经制定了耐震典型校舍抗震初步评估。建议的模板是评估结构类型，抗震明显的弱点，潜在失效模式与现有的实验数据。地震评估和校舍改造的完整策略在本文后面介绍。一些关键因素，很多项目中，负责校舍的抗震性能差以后讨论。2 地震虚寒2.1 缺乏整体规划 在台湾，有大量旧建筑物在小学和中学的提前出现缺乏一个整体的规划。何不换一种活，很多老校舍已建成，后来就扩大了一个修修补补的方式。这是由于人口增长，学区和教学五花八门分行不断上升，现有教室的数量是远远不够的。因此，学校当局争取每年资助。当预算允许的，新的教室中加入在不同的时间在水平或垂直方向上的现有的为了解决供应不足的问题教室。如果新教室增加了水平，旧校舍的结构体系可以被宠坏。如果新教室建在旧的上面，在老教室地震和重力负荷需求将显著增加。扩大在水平方向上的新教室是相当紧密相邻，如果它没有连接到旧的，以维持活动空间，学生和教师的连续性。曾在不同时期建造，旧的和新的教室可能是在身高，体重或刚度不同。因此，两种结构可以具有不同的基本振动周期。当地震发生时，旧的和新的教室将相不振动。在此情况下，如果相邻的地震间隙是不够宽，那些教室可能捣烂彼此（图1）。的冲击可能会导致彻底失败和列崩于相邻每层廉政建设地震力是成正比的地板重量和加速度。由旧教室进行的地震剪力将是整个学校建筑物的每个楼层惯性力的总和。在旧的建设新的课堂会增加故事的剪切力和倾覆力矩，导致整个结构的强烈地震（图2 ）中的崩溃。如上所述，建造教室没有整体设计很可能使不良变化在该结构体系的机械性能。这可能会导致积水的建筑物或崩溃。因此，如果没有适当加强现有结构，增加新的教室旧很hazardous.Accordingly ，建议新教室妥善设计之前，基于整体的计划是建立在自身的基础。2.2折叠在纵向方向 大多数学校建筑在台湾是基于开发1966.According到标准层平面图的标准层平面图设计，教室已经被配置并列在一排。通常情况下是在教室外的走廊。地板或屋顶的走廊上常常悬臂式无柱。横向走廊，教室通常划分采用砖墙这是在重力方向连续的。然而，沿着走廊的方向，门窗已建成的入口和自然光。只有少量的墙壁可以是连续的。该说明悬臂式走廊可方便学生在一楼活动。因此，常沿走廊方向只留下2钢筋混凝土框架结构。不幸的是，这两个帧通常由短柱。这些短列导致列之间建造的混凝土或砖窗台。钢筋混凝土框架结构的抗震性能短柱的不利影响将在本文的后面被高亮显示。根据对学校建筑的损害全世界的观察，有强有力的证据表明校舍倾向于沿着走廊崩溃。似乎任何情况下记录的校舍倒塌的横向走廊的方向。 1967年，义务教育在台湾的6至9岁延长。上面提到的标准教室平面图是匹配在教室建设的严格要求。当时，有地震抗震设计概念。如果双走廊，通过在自由端柱支撑，采用适用于教室，有四列，三跨垂直于走廊。强度和延展性，可高度增强的增加冗余度。因此，能够避免灾难性的崩溃。另外，如果壁的量可以增加，并保持连续在重力方向，崩溃的可能性会降低。2.3短柱的影响 为了获得采光和通风，教室的两个外侧已建成的门窗。在柱的上部，它通常是由混凝土或砖门楣窗口上面的约束。在柱的下部，它通常受制于窗台下面指出的填充。因此，该柱的有效长度已经显著缩短。在一个地震，在缩短的列中的剪切需求，因此大大增加了。不幸的是，这些列已建成混凝土很穷，没有足够的抗剪钢筋。因此，各列已发现经常失败在剪切模式中，用X形裂缝通常观察到（图3） ，由于事实上，如果一个地震间隙已被切断的柱和填充物，有效长度之间该列将不会被缩短。在这种方式中，更理想的弯曲破坏模式可以实现。而地震间隙可以填充有可压缩的，但水密材料。 2.4嵌入管道公用线路，包括供水，排水和电力已被嵌入在columns.Consequently内，各列的有效面积大大减少。列的截面积通常为约2530厘米的正方形。后一个5cm直径最小引流管埋设时，柱的截面面积大大减少。列的实力已经明显减少，从来没有仔细考虑。很明显，需要为运行公用线路的完整独立的空间。2.5缺乏横向加固柱的横向钢筋在许多旧楼间隔已经发现超过20 cm.Transverse钢筋是在围核心混凝土，延长纵向钢筋的屈曲和禁止剪切破坏是必不可少的。横向钢筋的缺乏，应有助于解释为什么把学校建设列经常被失败的脆性剪切破坏模式。这种柱的延性可以通过使用钢或碳纤维护套抗震加固可有效提高。3策略 为了有效地解决学校建筑在台湾的地震不足的问题，三个阶段已经提出了筛选，包括简单的调查，初步评估和详细评估。简单的调查是由学校行政人员进行的。在一个简单的调查，图表已发展为学校收集数据和建筑数据。学校资料，包括学校的街道地址，数量和校舍的鉴定。建筑数据包括故事的数量，设计或施工的一年，建设条件，地板尺寸，列数和典型列中的每一帧，墙壁数量和截面尺寸的横截面尺寸典型的壁中的每一帧。后调查表被填满后，数据项是通过互联网提交。前广泛的简单调查，在所有学区开展，车间已举办培训学校管理员负责进行调查。 筛选的第二阶段，初步评价是由专业人员进行。在一项初步评估，图表已发展为专业人士来进行评估。除了学校和建筑物的鉴定，该数据包括：设计地面加速度，楼层数，建筑面积以上的第一个故事，柱截面面积，钢筋混凝土墙，四面和三面包围砖墙，和建筑物的条件。筛查的第三阶段是由专业的工程师进行了详细的评测。三种方法已经通过了台湾。它包括： （1）强度和延展性的方法， （2）利用商用计算机程序如ETABS推过的方法，以及（3）简化推过方法。抗震加固设计是由专业的工程师进行。三抗震加固技术校舍已在耐震实验验证。它包括柱钢筋混凝土护套，柱的钢套管，毗邻柱翼墙加法。地震评估这些校舍改造的战略建议已被接受，并Education.It的台湾部实施已建议由耐震研究团队，详细的评估和一所学校建筑的改造设计由同一专业工程师进行这样该责任可清晰defined.Moreover ，它也建议，详细的评估和改造设计必须由一个小组进行审查，以使工程工作质量得以保证。在改造施工的最后阶段，检查已规定。3.1简单的调查学校建筑的抗震性能可以从它的抗震能力要求的校舍ratio.The抗震能力进行评估是通过叠加各垂直构件，如墙，柱的抗剪强度计算。地震需求是从教学楼的重量和位置来确定。抗震性能是根据简单的调查已经由学校行政人员如总务主任，总务科长，或教师与土木工程或建筑维护知识进行楼宇状况进一步修改。调查的资料通过互联网提交给计算机服务器的耐震。3.2 。基本假设 横向到走廊，教室通常由分割墙，这是在重力方向连续的。然而，沿着走廊，有窗户和门的入口和自然光。这些墙是在重力方向很少连续的。损害赔偿及校舍坍塌已发现只发生沿走廊。因此，抗震性能仅沿走廊方向进行评估。由于在第一个故事地震剪力比其他故事大，校舍是从故事情节相当有规律，因此，第一个故事的抗震性能是最关键的。因此需要在第一个故事的地震易损性进行评估。由于混凝土板和窗口上面的过梁的存在下，光束变得比列强大。校舍往往破坏或由于竖向构件的失败崩溃了。因此，只有柱和墙都考虑到了学校建筑的抗震性能。从调查台南地区在台湾南部30所学校建筑的统计，每单位面积的静载荷的平均值为913公斤平方米，标准差为102公斤平方米。由于静载在屋顶层是比典型的教室地板下，每单位面积的平均静载重上面的第一层被假定为900千克米2为了简单起见。此外，从统计数据来看，混凝土的抗压强度和钢筋的屈服强度分别是160千克平方厘米和2800千克平方厘米为现有校舍。3.2.1垂直构件的抗剪强度 在简单的调查，所有的墙被认为是三面有界的砖墙。这些壁的顶部和底部梁之间有界的，和有界的一侧由一列。当砖墙是三面包围，宽度变化从20到180厘米，高度260 280厘米破裂的砖块的平均弹性模量为18.5千克平方厘米。根据经验公式，三片面界砖墙的抗剪强度， W为1.5公斤左右平方厘米。对于墙的抗剪强度的权重系数被指定为校舍0.5.Along走廊，立柱的深度变化从25 35厘米和横向钢筋的间距变化从2030厘米。在本文中，列的宽度和深度，被假定为30厘米， 40公分分别。横向钢筋是3的钢筋用25厘米的间距。钢筋混凝土柱的抗剪强度是由具体的贡献和横向reinforcement.The平均一个典型的钢筋混凝土柱的C剪切强度已发现15斤左右厘米2 。为钢筋混凝土的抗剪强度的加权因子列被分配为5.0 。3.3根本的抗震性能 在一个典型的校舍，有在走廊最四帧。学校管理员请求记录的壁的数量和典型壁中的每一帧的尺寸。从该数据，在所述第一层的壁的横截面面积，可以计算为： AW = NWi BWi DWi 其中新世界基建是墙壁的数量; BWI是典型墙的气息;和DWI是典型的壁的第i帧中的宽度。从各列的数据，在一楼列的横截面面积，可以计算为： AC = N Ci BCi DCi 其中NCI是列数; BCI为此典型列的气息;和DWI是典型的壁的第i帧中的深度。从校舍的数据，总建筑面积以上的第一个故事可以计算为： Af = N S LS BS 其中N S是故事的数目; LS是在地板的长度;和BS是地板在校舍的宽度。所设计的峰值地面加速度因子，Z与一个特定的地震区域关联可以从建筑物的位置来确定。 基于能力与需求的比例，校舍的抗震性能可以方便评价为： 下文所述的其他修正系数，可申请以进一步提高评价的结果3.4修正系数 钢筋腐蚀：如钢筋锈蚀或混凝土剥落的柱或梁被发现，该修正系数为Q1 = 0.95 。裂缝和渗漏：如果梁或柱裂缝或漏水时发现，该修正系数为Q2 = 0.95 。不均匀沉降和倾斜：如果发现校舍显着变形引起的不均匀沉降，修正系数为Q3 = 0.95 。冗余：如果走廊是悬臂和列没有被发现在走廊的外部边缘，该修正系数为Q4 = 1.00 。 如果列在走廊的外边缘存在，修正系数为Q4 = 1.05 。地震空白：如果从相邻建筑物的抗震差距小于7公分乘以故事的数目，对于不规则的修正系数为Q5 = 0.95 。 短柱：由于短柱的存在是很常见的典型的校舍，短列修正系数是必需的所有校舍作为Q6 = 0.90 。 所有这些修改因素的影响， Q被定义为： Q = q1q2q3q4q5q63.5抗震性能指标 抗震性能指数I s被定义为： I s = EQ = q1q2q3q4q5q6 （0 . 5 AW + 5 AC) 10ZAf 由于校舍公众，地震需求正在使用的重要因子I = 1.25 ，因此，如果一所学校建筑的抗震性能指数I S 100 ，把学校建设不应该被认真地时，受到地震的注意水平受损。校舍不需要经过初步评估，如果其性能指标是大于100 。更高的优先级进行初步评估已考虑到其校舍是指数小于80 。4初步评价在初步评估的基本假设是相同的那些简单的调查。由于初步评估是由来自学术界或工程界的专业人士进行，其结果应该是更有意义的。初步评估结果已通过互联网提交给计算机服务器的耐震。4.1垂直构件的抗剪强度 在教学楼，当砖墙是四面包围，宽度通常变化从500到700厘米，高度260至280厘米。根据经验公式，四个双面界砖墙， BW 4 ，剪切强度为约3.0公斤平方厘米。加权因子被指定为1.0 。如前面提到的，三面砖墙的抗剪强度 BW 3和钢筋混凝土柱是1.5公斤左右平方厘米和15千克厘米2中。相应的加权因子 C为0.5和5.0 ，分别。从在耐震钢筋混凝土框架具有和不具有在填充钢筋混凝土墙进行的实验中，发现该钢筋混凝土墙的剪切强度为约24.0千克厘米2的回归分析。加权因子被指定为8.0 。4.2根本的抗震性能 ASED在需求与容量比学校建筑抗震性能评估，校舍E的基本抗震性能的计算方法为： 0.5 ABW 3 + ABW 4 + 5 AC + 8 ARCW E = 10ZAf其中ABW 3 ， ABW 4，AC和ARCW是在三侧有界砖墙厘米2的截面积， 4边为界砖墙，钢筋混凝土柱和钢筋混凝土墙中沿走廊一楼元。下文所述的其他修正系数，可申请以进一步提高评价的结果。4.3修正系数 规律：如果凸的两个方向的尺寸比校舍相应方向的尺寸的15 时，对规律性的修正系数为Q1 = 0.95 。如果学校的建设是有规律无论是在海拔和计划，对规律性的修正系数为Q1 = 1.05 。对于电气特性的条件下，规律性的修正系数为Q1 = 1.00 。 软弱的故事：如果超过任何故事墙的2/3都没有到较低的故事不断扩大，对软弱故事的修正系数为Q2 = 0.80 。如果1/3的任故事的壁的2/3不与下层连续延伸，为软弱故事的修饰因子是Q2 = 0.90 。如果少于任何故事墙的1/ 3没有到较低的故事不断扩大，对软弱故事的修正系数为Q2 = 1.00 。 裂纹，腐蚀和泄漏：如果裂纹，腐蚀和泄漏程度严重，修正系数为Q3 = 0.90 。如果没有裂纹，腐蚀和泄漏，修正系数为Q3 = 1.00 。对于任何其他条件，裂纹，腐蚀和泄漏的修正系数为Q3 = 0.95 。不均匀沉降：如果学校建筑主要变形引起的不均匀沉降，修正系数为Q4 = 0.90 。否则，修改为Q4 = 1.00 。冗余：如果上面的第一个故事的走廊地板是悬臂式，并在走廊的外边缘没有列，修改为冗余Q5 = 1.00 。如果只有一个走廊在校舍的一侧，列在走廊的外边缘存在，或者有一个走廊在校舍的中间，修改为冗余Q5 = 1.10 。如果有两个走廊在校舍的两侧，列在走廊的外边缘存在，以备不时之需的修正系数为Q5 = 1.20 。短柱：如果列中超过50 是由下窗台填充墙局限，对于短柱的修正系数为Q6 = 0.90 。否则，修正系数为Q6 = 1.00 。所有这些修改因素的影响， Q值如公式表示被计算（5） 。5抗震加固研究 全面实施以改善现有学校建筑抗震性能的高性价比的抗震加固方案之前，广泛的研究计划在2003年推出以来，大型标本大量已经在耐震（ Tu等测试。 2006年）。此外，一些在原地倒塌校舍的测试，近几年（ Hwang等人，2007）进行。 ：更详细的信息可以在网站的链接找到6结论在众多类型的政府建筑物，小学和中学已发现的最宽敞且分布均匀，根据人口的分布。因此，教学楼都可能发生自然灾害后，立即打应急响应的目的非常重要的作用。因此，学校建筑的结构安全是显而易见的。这就解释了为什么抗震设计力量，校舍结构一直比普通建筑高25 。然而，根据从瑞立，集集和柴毅地震提出的意见，学校建筑的破坏一直是最严重的。 在所有的建筑类型。上面提到的学校建筑结构的具体特点，应有助于解释为什么它严重地震中遭受了最。的基础上，耐震提出战略抗震评估和本文提到的校舍改造，教育，台湾教育部已推行改善小学和中学的抗震性能的广泛的方案。一个显著号教学楼正在加装一个更高的抗震性。不同的战略已经制定的耐震抗震评估和改造建筑物的警察和消防部门。致谢笔者想从国科会，国家实验研究院，国家研究中心地震工程，以及教育部长承认支持。特别是，许多研究人员，包括博士。立莱涌，文玉简和永铠业积极参