砖混结构房屋抗震加固方法研究.doc

砖混结构房屋抗震加固方法研究【摘 要】本文通过分析砖混结构主要的承重墙体包括横墙、纵墙的破坏特征、破坏原因，及抗震加固机理，对现有砖混结构房屋增加构造柱、钢圈梁、钢拉杆的整体加固提出了改进方法，由此保证新加构造柱、钢圈梁及钢拉杆的整体工作性能和与原结构的可靠连接性能，提高砖混结构房屋抗震加固的效果。【关键词】砖混结构；抗震1 引言由于砖混结构选材方便，施工简单，工期短，造价低，耐火耐久性能较好，因此，迄今为止，多层砖混结构房屋是我国现存既有民用建筑中主要的结构形式之一，约占我国既有民用建筑总量的百分之六十以上。然而，由于组成砖混结构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，因此砖混房屋在历次地震中的震害比较严重。为了确保人民生命财产的安全，充分利用原有旧房，对旧房分期分批进行抗震鉴定，对不符合抗震要求的进行加固处理，以满足抗震设防要求，是十分必要的。我国人口众多，地震灾害频繁，因此，多途径研究和探索既有建筑物的抗震加固方法，对保证国家和人民的财产和人身安全具有重大的社会意义和经济意义。2 砖混结构房屋震害破坏的原因分析从许多有关震害破坏实例、破坏试验和有关资料分析研究中可以发现，多层砌体结构房屋震害破坏的主要情况有以下几方面：2.1 承重横墙的破坏特征及成因分析。承重横墙破坏情况主要表现在由剪切变形引起的剪切破坏，一般呈斜向交叉的x型，也即通常所说的交叉裂缝。当墙体高宽比不同时，裂缝的变形形式也有所不同。多层砌体建筑的承重横墙破坏具有以下特点：2.1.1 一般表现为底层横墙比上层横墙破坏严重，且大部分发生在底层，特别是当上层结构无大开间时尤为严重；2.1.2 横墙破坏与圈梁设置有重要关系。调查资料表明，遭受震害的砖混结构房屋，在上下圈梁间墙体往往会发现锯齿形塌落破坏，说明圈梁设置对墙体有显著地约束作用。圈梁可增强纵横墙连接，增加建筑整体性及整体刚度，增加墙体稳定性，提高墙体抗剪能力，约束墙面裂缝开展，抵抗建筑不均匀沉降对建筑造成破坏等；2.1.3 与横墙门洞大小及布置的影响。横墙墙肢是以其抗侧移刚度的比例来分别承担水平地震作用的。因此，砖墙开洞要适当控制且洞口位置尽量上下对齐，保持一致。开洞位置不能影响纵横墙体整体连接、不要在砖墙上任意预留施工洞。2.1.4 墙体之间的连接是通过砂浆实现的，砌筑砂浆具有一定的抗压强度，但抗拉强度只有抗压强度的1/10左右，无法抵抗地震时因地震剪力而产生的拉应力，从而使得墙体产生裂缝并迅速扩大。2.2 纵墙的破坏特征及成因分析。纵墙破坏形式有以下几种情况：2.2.1 外纵墙整片倒塌。主要原因是施工中内外墙没有同时咬槎砌筑，交接处留有直缝或马牙槎；2.2.2 外纵墙窗间墙剪切破坏。其破坏情况与承重横墙破坏情况相似且多发生在底部12层墙体，主要原因是窗间墙抗剪能力较差，外纵墙受内横墙顶推破坏。2.2.3 墙角的破坏特征及成因分析。墙角破坏主要原因是地震对建筑扭转作用在墙角容易产生应力集中，加之墙角位于建筑尽端，建筑对它的约束作用相对偏弱，其破坏形式按墙肢高宽比不同而不同。特别当建筑端部存在在楼梯或大开间建筑，由于其整体刚度相对较弱，墙角破坏更为严重，甚至会出现天棚墙角被局部抛出，也即通常说的“鞭端效应”的现象，危害特别严重。2.2.4 楼梯间墙体破坏。大量震害调查资料表明，楼梯间部位的墙体破坏往往比其它部位墙体破坏严重的多，而楼梯构件本身则很少破坏。其主要原因是由于该部位墙体横向支撑较少，其整体刚度相对较弱，从而导致该部位容易产生较大变形而破坏。特别是当楼梯设置在建筑端部时，这种破坏更为明显。2.3 砖混结构房屋抗震加固机理分析从结构抗震机理出发，抗震加固可以分为减小地震作用加固法、增大结构抗震能力加固法、多道防线抗震加固法。其加固机理如下：2.3.1 减小地震作用。它主要是通过增大结构周期或加大结构阻尼来实现，一般应用于大型公共建筑的抗震加固，如北京火车站中央大厅、北京饭店西楼的抗震加固等。2.3.2 增大结构抗震能力。如增大墙体抗震性能的外包钢筋混凝土面层（俗称夹板墙加固法）、钢筋网水泥砂浆面层加固法、及砖柱外包加固等构件加固法；增设圈梁、构造柱及钢拉杆的整体加固法；通过增设抗震墙的区段加固法来提高房屋的抗震能力等。这些方法施工相对简单，大量应用于多层的砖混结构当中，尤其是民用建筑中。增设构造柱，能显著提高砖砌体的延性。延性的提高意味着房屋抗震能力的提高，特别是构造柱与各层圈梁一起形成砖墙的边框，可箍住开裂的墙体，阻止裂缝进一步开展，限制开裂后墙体的错位，使砖墙的竖向承载力不至于大幅度地下降，从而防止砖墙的坍塌。另外，设置构造柱，可增大房屋的抗侧向变形能力。在墙体开裂后，以其塑性变形和滑移、摩擦来消耗地震能量。特别是构造柱在限制破碎墙体位移方面具有突出的作用，它使墙体被约束在其自身的平面内滑移，若摩擦作用继续存在，墙体仍能承担竖向压力和一定的水平地震力，这就是对砖混结构在大地震时所企求的目标裂向不倒。增设圈梁的加固机理有如下几个方面：（1）加强房屋的整体性。由于圈梁的约束作用，减小了预制板散开及墙体出平面倒塌的危险性，使纵、横墙能保持为一个整体的箱形结构，可充分发挥各片墙体的平面内抗剪强度，有效抵御来自任何方向的水平地震作用；（2）圈梁作为楼盖的边缘构件，提高了楼盖的水平刚度，同时箍住楼（屋）盖，增强了楼盖的整体性；（3）圈梁可限制墙体斜裂缝的开展和延伸，使墙体裂缝仅在两道圈梁之间的墙段内发生，使墙体的抗剪强度得以充分发挥，使墙体的稳定性得到提高；（4）圈梁可减轻地震时地基不均匀沉陷对房屋的影响；（5）圈梁可减轻和防止地震时的地表裂隙将房屋撕裂。2.3.3 形成多道抗震防线。它是建筑物采用多重抗侧力体系，第一道防线的的抗侧力构件在强烈的地震作用下遭到破坏后，后备的第二道乃至第三道防线的抗侧力构件立即接替，抵挡后续的地震冲击，可保证建筑物最低限度的安全，使建筑物免于倒塌。2.4 现有砖混结构房屋加固的方法及特点根据目前既有砖混结构房屋抗震加固理论及加固方法的研究及应用情况，为提高既有砖混结构房屋的抗震性能，现有主要的抗震加固方法包括下述三个方面：2.4.1 提高房屋结构抗震承载力方面。（1）拆砌或增设抗震墙：对局部强度过低的原墙体可拆除重砌；重砌和增设抗震墙的结构材料宜采用与原结构相同的砖或砌块，也可采用现浇钢筋混凝土。（2）修补和灌浆：对已开裂的墙体，可采用压力灌浆修补，对砌筑砂浆饱满度差且砌筑砂浆强度等级偏低的墙体，可采用满墙灌浆加固，修补后墙体的刚度和抗震能力，可按原砌筑砂浆强度等级计算。（3）面层或板墙加固：在墙体的一侧或两侧采用水泥砂浆面层、钢筋网砂浆面层、钢绞线网-聚合物砂浆面层或现浇钢筋混凝土板墙加固。（4）外加柱加固：在墙体交接处增设现浇钢筋混凝土构造柱加固。外加柱应与圈梁连成整体，并与原有钢筋混凝土楼、屋盖可靠连接。（5）包角或镶边加固：在柱、墙角或窗洞边用型钢或钢筋混凝土包角或镶边；柱、墙跺还可以用现浇钢筋混凝土套加固。（6）支撑或支架加固：对刚度差的房屋，可增设型钢或钢筋混凝土支撑或支架加固。2.4.2 提高房屋结构抗震整体性方面。（1）当墙体布置在平面内不闭合时，可在开口处增设现浇钢筋混凝土框形成闭合。（2）当纵横墙连接较差时，可采用钢拉杆、长锚杆、外加柱或外加圈梁等加固。（3）当楼、屋盖构件支撑长度不满足要求时，可增设托梁或采取增强楼（屋）盖整体性等的措施。2.4.3 防止房屋结构抗震时易倒塌的部位发生加固方面。（1）窗间墙宽度过小或抗震能力不满足要求时，可增设钢筋混凝土窗框或采用钢筋网砂浆面层、板墙等加固。（2）支承大梁等的墙段抗震能力不满足要求时，可增设砌体柱、组合柱、钢筋混凝土柱或采用钢筋网砂浆面层、板墙加固。（3）支撑悬挑构件的墙体不符合鉴定要求时，宜在悬挑构件端部增设钢筋混凝土柱或砌体组合柱加固，并对悬挑构件进行复核。2.5 改进的砖混结构房屋抗震加固方法研究根据上述砖混结构房屋受震害破坏的原因分析、抗震加固的基本原则，以及学校建筑的特点，为提高既有砖混结构房屋的抗震性能，对现有增设构造柱、钢圈梁及钢拉杆的整体加固法。2.5.1新增构造柱与原结构的连接方法改进在纵、横墙交接处增加构造柱，构造柱断面尺寸可取bh=370240mm，箍筋6.5200，混凝土强度等级大于c20。为了提高新增构造柱与原结构的连接性能，保证新旧结构的整体工作，构造柱应新做混凝土基础，并与原砖基础及墙体采用植筋方法连接。植筋采用1416钢筋，植筋间距取400mm（双排），植筋孔深220mm，孔径d22mm，植筋采用专用无机植筋料植筋，植筋拉拔力应不小于按植筋钢筋屈服强度计算得到的拉力值。2.5.2新增钢圈梁及原结构新增构造柱的连接方法改进应在楼盖板及屋盖底设置钢圈梁，钢圈梁可选用1618槽钢圈梁，槽钢圈梁沿外纵墙和山墙及横墙布置。为了增强新增钢圈梁与原结构的连接性能，保证新旧结构的整体工作，槽钢圈梁植筋采用1416钢筋，间距300mm-500mm，孔深220mm，植筋外露部分（直钩）与槽钢圈梁采用焊接连接。新增钢圈梁遇原钢筋混凝土外挑梁楼盖处采用植筋及钢连接板焊接连接。新增构造柱钢筋遇槽钢圈梁处采用焊接连接，新增槽钢圈梁安装就位后，槽钢外侧采用专用加固料及高标号砂浆封闭。2.5.3钢拉杆设置沿房屋内横墙及大开间混凝土梁两侧设置钢拉杆（设钢拉杆则不再加槽钢圈梁），钢拉杆采用18圆钢，钢拉杆与新增钢圈梁采用连接板螺栓连接。先采用扭矩扳子拉紧后，再采用焊接方法把拉杆与细帽焊接牢固，最后浇灌进构造柱混凝土内。3 结束语在我国，有很多建造于七十年代前后的砖混结构建筑物，限于当时的具体条件，基本上都没有或者很少考虑抗震设防。另外，有的房屋已经出现基础不均匀沉降、墙体开裂、倾斜、面层剥落等现象或隐患，若遇