隔震技术在砌体结构抗震加固中的应用研究

1、隔震技术在砌体结构抗震加固中的应用1、引言 砌体结构在我国被广泛应用于住宅、办公楼、医院、教学楼等民用建筑和公共建筑。历次震害表明砌体结构整体砌体结构整体抗震性能差、延性低、易发抗震性能差、延性低、易发生脆性破坏生脆性破坏,通常造成大量的人员伤亡和财产损失。传统的多层砌体加固方法被加固构件受力机理复杂,加固后的整体结构很难达到强度和延性的合理匹配,在增加结构刚度的同时也增加了地增加了地震作用震作用！ 隔震原理示意图隔震原理示意图基础基础地震波地震波建建筑筑物物地面地面隔震装置隔震装置隔震沟隔震沟采用隔震技术对建筑物进行抗震加固改造则是一种全新的抗震加固思路,即将常规加固所采用的“硬抗”思想转变

2、为“软抗”。该技术通过在建筑物下部设置的一道隔震层来吸收和阻断地震能量对上部结构的输入,以减少上部结构的地震反应,提高建筑物抗震能力。这种加固技术只需在建筑物的下部施工,从而保证了施工过程中上部建筑的正常使用。2、案例2.1工程概况工程概况 9 度抗震设防区类场地上某5 层砖混结构办公楼,采用横墙承重体系,墙厚为240mm ,层高3m。除底层外,在房屋每层均设有9m 跨的会议室。屋盖和楼盖为钢筋混凝土预制板, 门宽1m , 窗宽1.8m ,砌筑砂浆强度等级13 层为M2.5 ;45 层为M1 ,楼层平均重量10kN/m2底层平面简图及结构剖面图2.2 抗震鉴定抗震鉴定根据建筑抗震鉴定标准( G

3、B50023-2009) 经第一级抗震鉴定得到结果如下按9 度抗震设防标准进行抗震鉴定后可以看出,原结构首先在高度和层数上超标,若采用常规加固措施则必须进行减层降高;其次,抗震墙最大间距也局部超标,相应的要增设抗震横墙。由此可见,若采用常规加固方法,则会给原办公楼的后期使用带来很大影响,且加固施工的投入也会较大。若采用隔震加固的方法,可大大降低隔震层以上结构的地震作用, 按照建筑抗震设计规范( GB50011-2010) 的规定,可以降低其抗震设防烈度,按8 度抗震设防来进行抗震鉴定。2.3 隔震设计与计算隔震设计与计算(1) 隔震支座的布置与选型原则按照抗规的要求,叠层橡胶垫隔震支座应设置在

4、砌体房屋上部结构与基础之间受力较大的位置,如纵横向承重墙交接处等;其规格、数量和分布,应根据竖向承载力、侧向刚度和阻尼的要求通过计算确定;支座面压力最大不超过15MPa ,且不宜出现拉应力;支座的最大水平变形宜不超过支座橡胶总厚度的2.5 倍或支座直径的50 %。隔震层的刚度中心与上部结构的质量中心宜相互重合,以减小扭转效应;在罕遇地震下隔震层应保持稳定,不宜出现不可恢复的变形。结构计算简图结构计算简图 (2) 隔震计算分析根据抗规提供的隔震设计简化计算方法对结构的横向(弱轴方向) 进行计算分析,。由表中可以看到,隔震后楼层的层间剪力与原结构层间剪力比为0.336 ,满足了抗规关于设防烈度降低

5、一度(减震系数为0.5) 时所对应的层间剪力比最大值为0.35 的限值要求。也就是说,采用隔震技术加固后原上部结构可以降低一度按8 度抗震设防要求进行抗震鉴定。楼层剪力楼层剪力按8 度抗震设防要求进行抗震鉴定，鉴定结果如下表 隔震层上部结构各项指标均满足鉴定标准的要求,可不再采用常规加固方法对其进行抗震加固,只需对底层进行托换施工和对基础进行加固处理,原结构的使用功能基本上未受影响,而且还增强了结构抵抗大震的能力,使结构同时满足了强度和延性的要求。3.1 工艺原理工艺原理对砌体结构进行隔震加固的工艺原理主要包括以下两点:(1) 采用框式托换技术,利用托换夹梁和贯穿墙体的连系梁形成一个刚性底盘,

6、上部结构荷载转移到底盘上,使上部结构与基础分离。其中,墙下托换梁的设计构造是隔震加固过程中关键点之一。(2) 在底盘与基础之间安装隔震支座,对隔震支座与上下结构构件进行可靠的连接,同时对基础进行加固处理。其中基础加固也是砌体房屋隔震加固设计施工的重点和难点。3.2 施工工序施工工序根据工程特点,为使隔震加固安全实施,确定正确的施工工序为:水准测量室内外土方开挖施工放样控制标高基础加固施工段划分墙体托换墙体开凿隔震支座就位混凝土养护、拆模3 3 施工工艺原理和施工工序施工工艺原理和施工工序4.1 墙体托换设计墙体托换设计多层砌体结构墙体托换的难度较大,采用框式托换技术则能达到较理想的效果。该技术

7、的特点是先施工托换框架,待其形成强度后再拆除被托换的承重墙体,达到安全、可靠、方便、快捷的目的。托换框架由两条矩形梁和等间隔的连系梁组成,如图所示。托换框架与其上计算高度范围内的墙体组成墙梁结构来支承上部结构传来的均布荷载,并将其转换成隔震支座处的集中荷载。而托梁下的隔震支座因其竖向刚度非常大,可作为整个墙梁构件的竖向支座。框式托换结构的内力分析分为两部分内容: (1) 计算托换夹梁和连系梁构成的托换框架的内力; (2) 计算由托换框架和其上的墙体所组成的墙梁的内力。4 4 构造与计算要点构造与计算要点4.2 基础加固处理基础加固处理砌体结构隔震加固后,上部结构荷载将通过隔震支座传至基础,基础所受荷载由线荷载转变为集中荷载,其下的原条基必须进行加固处理。将隔震支座下的混凝土原条形基础加宽加厚,与隔震层底板形成板筏基础,如图所示,隔震层底板应按筏板来设计。5、结语通过分析可以看出,采用隔震技术可以大大减小砌体结构在地震作用下的楼层剪力,使得原结构的抗震设防烈度可降低12 度。对于抗震设防区,特别是高烈度区经抗震鉴定后超标(主要指在结构高度、层数和抗震墙间距等方面) ,而采用常规加固方案投入较大,加固后难以满足外观及功能要求的多层砌体房屋,可以采用隔震加固技术。通过降低隔震层上部结构的抗震设防烈度来降低其抗震鉴定标准,从而使其满足抗震鉴定的