第五章 房屋抗震与加固

第五章房屋抗震与加固 第一节房屋抗震第二节房屋工程加固方法介绍 第一节房屋抗震 一 基本概念1 震级 衡量一次地震释放能量大小的等级 用符号M表示 1 距震中100km处 2 地面最大水平位移A 以微米 10 3mm 为单位 3 A的常用对数值为震级M 震级大小的描述 1 对于M 2的称为微震 2 M 2 4的称为有感地震 3 M 5的称为破坏性地震 4 M 7称为大地震 5 M 8称为特大地震 地震烈度 某一地区 地面及房屋建筑等遭受到一次地震影响的强弱程度 共设1 12度 2 地震烈度 小震 中震 大震 1 地震烈度超越概率约为63 的称众值烈度Im 也称小震 2 地震烈度超越概率约为10 13 的称基本烈度Ib 也称中震 3 地震烈度超越概率为2 的称大震烈度I 也称大震 三者间的关系 Im Ib 1 55I Ib 1基准期为 50年 建筑抗震设防分类及要求 1 结构丧失整体性 局部节点强度不足 延性不好 锚固连接不牢等 但是主要承重结构并未破坏 2 承重结构强度不足引起破坏 柱 梁 承重墙等承重构件发生破坏 3 地基失效 地基承载力下降 引起结构整体破坏 二 房屋结构的地震破坏现象 1 三水准 设计原则 第一水准 当遭受到多遇的低于本地区设防烈度的地震影响时 建筑物一般应不受损坏或不需修理仍能继续使用 第二水准 当遭受到本地区设防烈度的地震影响时 建筑物可能有一定的损坏 但经一般修理或不经修理仍能继续使用 第三水准 当遭受到高于本地区设防烈度的罕遇地震影响时 建筑物不致倒塌或发生危及生命的严重破坏 三 结构抗震设计原则 2 两阶段 设计方法 第一阶段 按多遇震作用效应和其它荷载效应的基本组合验算结构构件的承载能力 以及在小震作用下验算结构的弹性变形 第二阶段 在罕遇震作用下验算结构的弹塑性变形 四按地震作用考虑的设计 1设计类型 1 底部剪力法 单体建筑 多层建筑 2 振型分解法 高层建筑 3 时程分析法 超高层建筑和特别不规则建筑 1 结构控制概念 在结构的特定部位 装设某种装置 如隔震支座 某种机构 如消能器 或施加外力 以改变或调整结构的动力特性或动力作用 从而使地震作用下的动力反应得到合理控制 确保结构安全 五结构抗震的控制设计 2 类型 1 不加控制的自控制 改变塑性铰出现位置的框架设计 a人工塑性铰 在梁中受拉区设置人工缝 或增加跨中配筋量 使按实际配筋求出的两支座极限弯矩平均值加跨中弯矩不小于简支弯矩 从而使梁中先出现塑性铰而获得较大的延性 b带槽缝的剪力墙和梁 使构件变脆性破坏为延性破坏 2 加装置的被动控制 被动控制体系与结构共同提高整体的动力性能 在上部结构与基础间设置隔震元件 以增加原结构的自振周期和阻尼 减少输入上部结构的地震能量 3 加装置的主动控制 通过控制器向被控制的结构施加反向力 使动力反应降低到允许的范围 第二节房屋工程加固方法介绍 一 问题原因 1 灾害引起 地震 火灾等2 设计问题 勘察有误 设计不当3 施工问题 地基 失稳 液化 不均匀沉降基础 构件偏心主体结构 材料强度不足 施工工艺有误4 改变用途 重要设备 结构加层等5 文物 二 加固设计原则 1 结构的刚度和强度要分布均匀 避免新的薄弱层 2 竖向受力构件要连续 传力清晰 3 增加或加强构件时 应考虑结构整体扭转效应的降低 4 考虑加固引起的地震作用的增加 加强薄弱处的抗震构造 5 使构件受力更合理 防止脆性破坏 消除强梁弱柱 强构件弱节点等不利抗震的受力状态 1 增大截面法 外包砼法 在原砼构件外 叠浇新的钢筋砼 增大构件截面积和配筋 提高承载力和刚度 适用于设计强度不足 偏心受压 受弯的砼柱 梁 板等构件 采取单侧 双侧 三面 四面加固 加固区应配置构造钢筋 同时考虑其应力滞后 新加钢筋砼设计时应进行强度折减 三 砼构件加固设计方法 在原砼构件外包以型钢 提高构件承载力 适用于柱 梁构件 采取扁钢 角钢等单面或双面加固 方法有干式和湿式两种 1 干式指把型钢直接包于构件外 或填以水泥砂浆 结合面不能保证有效传递剪力 2 湿式指在型钢与构件间灌填乳胶水泥浆 环氧砂浆或细石混凝土 使两者粘成整体 协同工作 2 外包钢法 外包钢法 采用体外补加预应力拉杆或撑杆 来改变内力分布 消除应力滞后 使后加部分与原构件协同工作 提高承载力 适用于大跨度结构加固 分为 预应力拉杆 受弯构件 直线式 折线式预应力撑杆 受压构件 单侧 双侧 3 预应力加固法 预应力拉杆锚固节点可采取钢套焊接 螺栓锚接等 张拉方法有中部横向 竖向 张拉法 端部张拉法和电热张拉法 降低构件的内力峰值 调整各截面的内力分布 以提高结构的承载力 1 增设支点 适用于板 梁等受弯构件 通过减小计算跨度来降低弯矩与剪力的峰值 限制挠曲变形 分为刚性支点和弹性支点两种 2 多跨简支梁连续化 在支座处增加抵抗负弯矩的钢筋 减少跨中弯矩 4 改变传力途径 使用不低于砼强度的环氧树脂等结构胶将薄钢板粘贴于砼构件表面 使之协同工作 适用于承受静载的受弯和受拉构件 速度快 钢材用量少 施工方便 几乎不影响构件外观 5 粘贴钢板法 1 表面修补 修补表面宽度 0 5mm的细小裂缝 有涂刷 粘贴 抹灰三种方法 2 压力灌浆 修补宽度 0 1mm的裂缝 依据裂缝宽度 选用甲凝液 0 3mm 环氧树脂 0 3 1 0mm 和膨胀水泥砂浆 1 0mm 3 填充密封 修补中等宽度的裂缝 先将砼表面凿毛 再填以水泥砂浆 丙酸脂 合成橡胶等密封材料 6 表面裂缝处理 1 钢筋网水泥砂浆法 将砖墙表面清除粉刷层后 附设 4 8组成的钢筋网片 喷射砂浆 或细石混凝土 或分层抹上密缀的砂浆层 形成组合墙体 夹板墙 适用于大面积墙面 不宜用于孔径大于15mm的空心砖墙及厚240mm的空斗砖墙 四 砌体加固设计方法 钢筋网水泥砂浆面层加固 砖墙一侧或双侧增加砖砌或钢砼扶壁柱 连接可采取插筋法或挖镶法 2 扶壁柱法 1 裂缝处理 1 焊接 首先清洗裂缝两边80mm以上范围内金属表面 再加工出坡口并分层逆向施焊 最后打磨焊缝 使之于构件表面齐平 2 嵌板 首先将大于缺陷范围100mm以上的部分切除 再将等厚同质的钢板嵌入原部位 两端留出坡口 最后分层逆向施焊并打磨平整 五 钢结构加固设计方法 1 铆钉 螺栓连接缺陷 采用高强螺栓替换 2 焊接缺陷 咬边 打磨或打磨后补焊 焊瘤 清除多余焊缝堆积 夹渣 气孔 清除后补焊 40mm的焊缝 弧坑 未焊透 补焊 2 连接缺陷处理 3 锈蚀处理 清洗表面 除锈并涂刷涂料 4 结构加固 1 加固设计应考虑施工 确保新构件与原结构协同工作 并不影响未加固构件 2 加固材料应符合 钢结构设计规范 要求 且与原构件在强度 韧性 塑性和焊接性能上相匹配 3 加固设计考虑的荷载 安全等级 抗震性能应相应提高 施工时应尽量卸载 1 基础托换 补救性 预防性 维持性1 扩大基础通过设置素砼围套或钢筋砼围套 增加基础底面积 降低地基土中附加应力 以减少建筑物的沉降 原基础应先凿毛并清洗干净 保证其与围套的有效连接 施工应分段间隔进行 六 基础加固设计方法 2 坑式托换直接在被托换基础下挖坑至新持力层 坑底与原基底间浇砼形成支墩 传递荷载 先在基础侧面开挖导坑 大小应便于施工 至基底下2m处横向扩展至基础下 继续开挖至持力层 然后浇注支墩 对于条基 基坑可不设支撑 对于柱下独立基础 一般应设置临时支撑 支墩形式可以采取连续或间断式 3 桩式托换a 顶承静压桩 先开挖导坑及横坑 利用基底反力 使用千斤顶将钢管或砼方桩顶入土中 压入钢管时应清孔并浇注砼 适用于与匀质土层 b 锚杆静压桩 先在基础上开凿压桩孔和锚杆孔 设置压桩架 利用结构自重作为压桩反力 使用千斤顶将桩从压桩孔中压入土中 再将基础与桩连结 c 预试桩 顶承静压桩撤除千斤顶时 压入桩会产生反弹 预试桩在撤除千斤顶前 在桩顶与基底间加入一个楔紧的工字钢短柱 阻止反弹 减少附加沉降 d 灌注桩 采用钻孔 挖孔 沉管等方法 孔中下钢筋笼浇砼 e 灰土桩 适用于软土或湿陷性黄土地基 挖孔分层填入夯实灰土 桩顶浇筑钢筋砼底板 f 树根桩 成排的小直径钻孔灌注