抗震加固方法的种类和效果

1、实践编 抗震加固方法的种类和效果前言现有建筑物的抗震加固设计多按照日本建筑防灾协会的2001年改订版既存钢筋混凝土建筑物抗震修正设计方针·同解说实施。该改订版指针是关注到利用计算机能全面完成需要大量计算的详细的设计比较进行了修订的。但是同时强调业务担当者在重要的地方应进行工学判断，仔细分析结果,严禁只凭计算机的输出结果下结论。特别强调抗震加固设计时,只能利用抗震诊断软件进行中途设计比较。业务担当者应该有责任感地对计算机输出的数据进行仔细分析后，在重要的地方进行手动计算,最后进行工学上的判断。为了能够适当地选择加固方法,正确判断加固效果,业务担当者必须充分了解各种各样的加固方法。本稿,

2、介绍最近经常使用的各种加固方法,同时阐述了加固设计时应需注意的事项。现在实际上已经开发了许多针对现有钢筋混凝土建筑物的抗震加固方法并被广泛采用。而且近年在日本建筑学会的学术演讲会中也发表了特别多的相关研究论文。同时,本刊也经常对加固方法作相关介绍,并进行了信息的收集·整理·公布。本稿对所有的加固方法进行分类,并阐述了加固效果的一般倾向。随后选了现在广泛采用的外置加固方法,柱的炭素纤维加固方法等数种有代表性的加固方法，介绍对其优缺点进行考察的结果。对于在建筑学会发表的各种加固方法，只着重介绍了常用加固方法的效果。最近不仅是学校建筑进行抗震加固,住宅和办公建筑等进行抗震加固也很

3、多。不仅仅是强调抗震能力的改善，还根据实际情况从经济角度出发利用现有建筑物进行改修的方法逐渐成为主流。因此外置加固施法及震动控制加固方法的实施例子越来越多。因此,本稿以外置加固方法及有代表性的震动控制加固方法为中心，对加固方法的加固效果进行详细介绍。抗震加固方法种类及概要 现有建筑物抗震加固基本思想如图1所示。抗震加固方法的分类及特征,如图2所示。图2是对文献3进行了内容修正而做成的。对抗震加固方法进行了概略分类，如下记所示。强度增加型延性增加型强度·延性增加型效应控制型（减震加固,制振加固）其它（重量低减,形状指标改善等）图1 抗震加固基本思想各加固方法的概要如下所示。强度增加型加

4、固,强度·延性增加型加固1) 原有法原有法以学校校舍为主有非常多的实施例子。加固工程大概在暑假的2 个月里能完成。如果没有长时间的假期,也有设置临时校舍的情况。主要的加固方法有,抗震墙增设和带框钢拉杆增设。2)外置法最近,外置法的加固工程不断增多。希望学校校舍不仅只在暑假,而是能一边使用一边进行加固的越来越多，而且像集合住宅等建筑物也必须一边使用一边进行加固。因此开发了很多种能在使用同时进行加固的外置加固方法,并被广泛利用。本稿后半部分介绍了下列外置法。·内藏钢板的钢筋混凝拉杆（PITAKORAMU）法·外置门型钢骨加固（PG）法·外置拉杆加固（OFB）

5、法·摩擦控制型PCa拉杆法·外置拉杆法·KTB法图2 加固方法分类和特征延性型加固已经开发了许多种提高脆性部件的变形性能，增大建筑物终局界限变形（Fu值）的延性增加型加固方法。本稿后半部分，介绍了使用高延性聚酯纤维的SRF 法及使用了炭素纤维的SR-CF加固方法。同时,作为延性加固被广泛使用的构造微缝加固方法基本思想和注意事项在后面详细讲述。应答控制型加固1)减震加固 意在控制效应的减震加固方法实施例子最近几年正在稳步增加。减震法，分为基础减震和中间层减震2种。在进行减震加固方法时需注意以下几点,场地条件,减震装置的设置位置, 基础·地基的抗震性,内外置

6、及设备的减震化等。一般,减震加固的成本比普通的抗震加固方法的成本高很多,但减震加固后建筑物具有很高的抗震性能。2)制振加固制振加固方法,是将吸收能量构件编入加固构造中,吸收地震能量,从而控制建筑物主架构的效应,将现有建筑物的变形控制在安全水平的方法。本稿后半部分介绍了各审查委员会审定过多次的青木式制振拉杆法和力臂式制震法。现有建筑物问题点及加固方法选择进行抗震加固计划时要根据加固对象的特点适当的选择加固方法。在充分考虑现有建筑物问题点及终局限界变形的基础上,研究加固方法的选择。以下，对现有建筑物存在的问题点中重要的项目进行了阐述。低强度混凝土的情况 现有建筑物的混凝土强度低于13.5N/mm2

7、时,尽可能采用强度增加型加固。在加固方法选择时,最好采用对混凝土强度低建筑物的加固效果已被实验确认切实可行的方法。加固设计时除了要较高地设定加固目标值，用荒川式计算的剪断耐力应该低减外, 也需要对部件的附着割裂破坏,弯曲压缩破坏等进行检查。极脆性部件等极脆性柱子的情况下，即使不是第2种结构要素,也需进行脆性柱子的改善。同时对于第2种结构要素的剪断柱子应尽可能地进行加固。如果对上述情况的柱子没有进行加固，必须要有明确理由。对于柱子房梁结点处承载力低的建筑物,最好采用控制建筑物全体延性指标(F值)的加固计划。形状指标(偏心率，基柱建筑方式等)加固对象建筑物,偏心率·刚性率有问题时,最好采

8、用能够改善这些的加固计划。即使满足抗震判断指标的建筑物，如果偏心率·刚性率有问题,也要研究改善方法。对于伸缩装置间隔小的建筑物,即使抗震性能满足,也要研究改善方法。加固对象建筑物中,有很多基柱建筑方式的建筑物。加固计划时，加固后需要保留基柱建筑方式结构的情况下，基柱即使计算上不需要加固,原则也需对其进行加固。图3 构造微缝种类第一期建筑物加固计划建设时期为第期（年以前）的建筑物，柱箍筋间隔大体上是250-300mm,多数柱子容易发生剪切破坏。剪切柱子成为主体的壁少建筑物加固时,将剪切柱作为F=3 的回转壁考虑时,大地震作用下许多柱子都有发生剪切破坏的可能性。特别是大地震发生时还必须维

9、持建筑物机能时就必须避免这样，在评价加固后结构抗震指标（Is值）时使用的加固杆件的延性指标（F值）最好在2.0以下。用应答分析和骨组弹塑性分析进行抗震性能评价时,发生剪断破坏的柱子必须全部加固,充分改良之后再次解析评价。结构微缝加固结构微缝加固多与其他的加固方法并用。构造微缝对于在必要的范围改善加固对象建筑物的终局界限变形方面极其有效,因此被广泛采用。结构微缝使用时注意事项如下所示。结构微缝种类如图3所示。结构微缝相关联的柱内尺寸标注方法如图4所示。结构微缝置入方法 腰墙,纵墙,边墙等2次墙和构造框架之间设置微缝时,为了防止2次壁发生面外倾覆,现有混凝土内的钢筋至少留下端部根不切断。同时,窗框

10、上下, 纵墙底部·腰墙上部的混凝土，必须全部削去。微缝主要在腰墙,纵墙设置,边墙不设置微缝。施工方面,在柱端设置微缝时，微缝应在距柱端100mm左右的位置设置。构造微缝的长度分为,腰墙纵墙全高置入的全微缝和切到中间的中间微缝。结构微缝的幅 微缝的幅应在30mm以上,并且是微缝高的50分之一以上。图4 根据结构微缝的种类柱内侧尺寸的标注方法2次壁和结构躯体之间的连接类型 结构微缝原则上应在两侧设置,但2层以上并且结构方面没有大问题的情况下,可以只在一侧设置微缝。原则上残留混凝土厚度应在3050之间。两面各设置半个微缝的情况下,错开的幅最好在50100之间。并且,此种方法设置微缝,即使微

11、小地震发生混凝土也容易开裂，需要注意雨后维护。加固设计时使用的计算方法如果设置完全微缝, 假定微缝终端位置是危险断面进行计算。如果设置部分微缝,可以将微缝长度的2/3左右与现有柱子内侧高度相加计算。使用上的注意点构造微缝的抗震加固，最重要的是采用能确实得到加固效果的细节设计。构造微缝选择时,必须综合考虑建筑物的延性性能,柱子尺寸,2次壁厚等。原则上,对建设时期属于期(19711981年)的建筑物，按照加固后建筑物的延性性能考虑设置微缝时,判断不是极脆性柱子的时候可以不放入微缝。对于建设时期属于期（1971年以前）的建筑物,为了改善极脆性部件最好有效地利用结构微缝。同时，为了尽可能地维持建筑物的

12、强度·刚度,最好采用中间微缝。小结现在实际上已经提出并开发了各式各样的加固方法。按照预想加固目的开发的各种合理加固方法,其加固效果已通过实验验证，并被广泛采用。然而,作为普通的抗震加固业务担当者,横向地概括地比较这些加固方法非常困难。基于这种现状,本稿计划尽可能多的介绍最近被大量使用的加固方法。但不是笼统地列举各种加固方法,而是着重介绍被关东地区抗震判断委员会等评价·认定·实施过的加固方法。下一页开始,列举介绍了本稿采访的一些加固方法。 清水泰 周建东参考文献1)日本建築防災協会:2001年改訂版既存鉄筋造建築物耐震診断基準同解説2)制建築研究振興協会:既存建築物

13、耐震診断耐震補強設計,2003年版3)広沢雅也,山崎裕:復旧事例見耐震診断補強設計実務,建築技術,1991年3月4)構造調査協会:協会STREC,No,34.2005年7月5)菅野俊介,藤村勝:既存鉄筋造建物鉄筋,耐震補強,第7回工学年次講演会論文集,肌709-712.1985年6月外置加固方法 内藏钢板的钢筋混凝拉杆法加固方法概要将内嵌钢板的比较薄的钢筋混凝土构件(250mm)组成的平面框架, 用锚固螺栓安装到现有的钢筋混凝土建筑物外壁进行加固。在柱和梁的框架中编入拉杆,间柱等抗震要素组成加固框架。但也有只有框架的情况,这是由耐力值,外观,开口部配置决定。加固方法特点完全外置法。居住的情况下

14、能够施工。加固结构尽管是钢筋混凝土结构,但因为壁薄,不需要很大的空间。和原有构造通过锚固螺栓穿过钢板直接结合(柱,梁部分),加固结构不会脱落。加固构件内嵌钢板，抗剪切能力提高。因为加固部件和既设本体连接成为一体，延性也被改善。加固部件不需要特殊管理。适用范围结构类别:钢筋混凝土·钢骨钢筋混凝土适用部件:柱、梁、墙材料强度:现有建筑物的混凝土压缩强度13.5N/mm2以上(评价时)。实验确认能够达到8.9N/mm2的加固效果。采用的值:加固部件的值最大1.5加固效果被加固部件的剪切耐力提高，延性也大幅度改善。能很大程度地采用与建筑物的终局界限变形对应的Fu值技术评价/（财）日本建筑防灾

15、协会（2001 年7月）施工实例/260件图1 内藏钢板的钢筋混凝拉杆加固方法概念图图2 加固部件连接 外置加固法 外置钢框加固（PG）法加固方法概要在钢筋混凝土、钢骨钢筋混凝土结构现有建筑物柱子房梁外侧，贴付不含拉杆的钢框使之成为一体，从而提高抗震性能的加固方法。加固方法特点完全外置法。居住的情况下能够施工。因为没有设置拉杆,不妨碍采光和观景,出入阳台也很方便。通过锚固螺栓与既设结构间接连接。把加固钢骨做为架子,能够重新进行外观设计。因为不需要拉杆,不进行复杂的钢骨加工,工期缩短。适用范围构造类别:钢筋混凝土·钢骨钢筋混凝土结构适用部件:柱、梁适用条件:现有柱的长期轴力比在0.25

16、以下,剪切富余量在0.8以上, H0/D在2.0以上。采用的值:加固部件的值最大2.0加固效果被加固部件的剪切耐力提高，延性也大幅度改善。能很大程度地采用与建筑物的终局界限变形对应的Fu值。另外，PG法对延性改善能够很好地发挥效果。如果应用到强度抵抗型的建筑物时,需要考虑强度贡献系数。技术评价/(财)日本建筑综合实验所(2006年3月)施工实施例子/4件(2006年4月现在)图1 PG法概念图 图2接合部详细 外置加固法 OFB法(外置拉杆的抗震加固方法)加固方法概要在现有建筑物阳台下面增设钢筋混凝土梁,在增设梁前端设置拉杆取付用金具，通过压接法使之一体化,钢拉杆承担一部分地震力从而改善建筑物

17、抗震性能的加固方法。钢拉杆通过连接销与取付金具连接。加固方法特点完全外置法。居住的情况下能够施工。加固后阳台仍能够使用。不影响采光和通风。室内方面的工程只是短期的简单作业。与原有的加固方法比较,成本低。适用范围构造类别:钢筋混凝土·钢骨钢筋混凝土结构材料强度:现有建筑物的混凝土压缩强度13.5N/mm2以上采用的值:采用现有建筑物的值(最大1.27)加固效果相对于现有结构的屈服和破坏,设计要求拉杆引张先屈服。适用于延性型建筑物加固。技术评价/（财）日本建筑防灾协会（2004 年4月）施工实例/2件（2006年4月现在）图1 OFB法概念图 图2接合部详细图 图3 加固图外置加固法 摩

18、擦控制型预应力拉杆法加固方法概要拉杆部件轴方向导入预应力，提高了其抗引张开裂能力，同时，当超过设计水平耐力的水平力作用在拉杆上时，由于同现有梁结点部位能够滑动,从而不承担超过设计水平耐力部分的水平力的摩擦控制机构。加固方法特点完全外置法。居住的情况下能够施工。不需要维护管理。建设噪音、粉尘、建设废弃物少,利于环境维护。如果超过了规定的水平力，通过接合部位的摩擦滑动变形保持水平耐力，同时通过摩擦阻尼吸收地震能量。适用范围构造类别:钢筋混凝土·钢骨钢筋混凝土结构材料强度:现有建筑物的混凝土压缩强度在13.5N/mm2以上采用的值:采用现有建筑物的值加固效果提高现有建筑物的抗剪切能力。对强

19、度型建筑物进行加固的时候,不考虑摩擦阻尼。技术评价/（财）日本建筑防灾协会（1999 年7月）施工实例/109件（2005年8月现在）图1PCa拉杆概念图 图2接合部详细图 图3 力滑动变位关系 外置加固法 外置拉杆法加固方法概要外置拉杆法是在现有钢筋混凝土建筑物外侧安装钢骨拉杆,用预应力钢棒连接使之与现有建筑物成为一体，从而提高抗震性能的加固方法。安装拉杆时，在现有房梁侧面削孔,从钢架的交叉部位(台座)插入预应力钢棒，台座和现有房梁的间隙用无收缩灰浆填充硬化后，导入预应力使之一体化。在拉杆上设置切口，避免现有房梁先行破坏。加固方法特点完全外置法。居住的情况下能够施工。透过窗户能够看见斜材能,

20、不过，对采光的影响比较少建设噪音,粉尘, 建设废弃物少,利于环境维护。适用范围构造类别:钢筋混凝土·钢骨钢筋混凝土结构适用部件:柱、梁 材料强度:现有建筑物的混凝土压缩强度在13.5N/mm2以上现有值:加固对象钢筋混凝土结构的值在1.0以上采用的值:根据抵抗形式值在1.0 3.0之间推荐:适用于强度·延性抵抗型加固效果提高现有建筑物的抗剪切能力。对强度型建筑物进行加固时需注意。施工实例/52件（2006年3月现在）图1 外拉杆法概念图 图2 接合部详细图 外置加固法 预应力外置框架抗震加固方法（KTB法）加固方法概要预应力外置框架抗震加固方法是将KTB协会预应力混凝土压着

21、技术研究所的预应力混凝土压着法委员会的研究成果应用到抗震加固上的方法。KTB法加固概念图如图1所示。本法是在现有建筑物外构面,现场安装工厂预制的预应力混泥土框架,通过房梁和混凝土板与现有部联结成为一体。同时，重新设置框架专用的基础和基础房梁，将各框架和现有部连接。如果基础上产生引拔力，需设置侧覆防止用的【KTB引张型铅直SC地盘基础螺栓】。加固方法特点加固部件的抗震性能(实验结果参照)·耐久性能出色。居住的情况下能够施工。工期缩短。加固部件的表面能够自由配色。开口部能够确保。加固工程只在建筑物外部就能完成。适用范围构造类别:钢筋混凝土·钢骨钢筋混凝土结构建筑物规模:钢筋混凝

22、土结构大约6层, 钢骨钢筋混凝土结构要求高度在45m以下（大约12层）材料强度:现有建筑物的平均混凝土压缩强度在18N/mm2以上。不过, 现有建筑物的加固接合部分的混凝土压缩强度在18N/mm2以下的时候,通过其它方法确认之后强度满足要求也适用。采用的值:加固部件的值最大1.5实验结果 从预应力框架的性能实验结果来看,中小规模地震时采用刚构造，大规模地震时通过设置支持构件使柱梁结合部产生回转变形成为柔性结构。根据这个特性, 层间位移角即使达到1/33rad也不会使耐力降低,且残留变形很小。技术评价/（财）日本建筑防灾协会（评价中2006年5月现在）图1 预应力外置框架加固概念图图2 层剪切力

23、层间位移角之间的关系使用高延性材料的加固方法 SPF加固方法加固方法概要SRF（Super Reinforcement with Flexibility）加固方法，是使用高延性材料(聚酯等)和中强度粘着剂(聚氨基甲酸酯粘着剂等)进行加固的技术。用粘着剂将聚酯纤维固定粘贴在现有柱子墙壁表面。SRF法加固概念图如图1所示。加固方法特点加固部件厚度薄,重量轻。居住的情况下能够施工。粘着剂为单液体，品质管理简单。不需要除去修饰用灰浆。狭窄的地方也能施工。有提高柱子剪切强度、延性、变动耐力的作用。适用范围构造类别:钢筋混凝土·钢骨钢筋混凝土结构、木制结构适用部件:柱、带边墙的柱子、墙壁材料强度

24、:现有建筑物的平均混凝土压缩强度在13.5N/mm2以下也适用。采用的值:加固部件的值最大3.2加固效果经实验验证, 用SRF法加固的钢筋混凝土柱子,即使受到很大的变动轴力,也能保持轴力稳定。能很大程度地采用与建筑物的终局界限变形对应的Fu值。技术评价/（财）日本建筑防灾协会（2002年11月）施工实例/129件（加固柱子1873根, 加固墙壁8面,加固粱21根）图1 SRP加固概念图 图2 各种加固材料性能比较表 图3各种加固方法力变形关系用炭素纤维加固方法 SR-CF加固方法加固方法概要SR-CF(Seismic Retrofit by Carbon Fiber Sheet) 法,是在现有

25、柱子表面缠上炭素纤维布进行加固的方法。同时使用炭素基础螺栓,更好的发挥炭素纤维加固的施工性·安全性·肃静性的优点。对带边墙的柱子和带混凝土板梁·抗震墙进行加固，也能获得同独柱一样高的加固效果。SR-CF加固方法的加固概念图如图1所示。加固方法特点加固部件厚度薄,重量轻。居住的情况下能够施工。不需要除去修饰用灰浆。由于使用炭素基础螺栓,不需要撤去修复原有窗框。狭窄的地方也能施工。抗震墙也能容易地加固。带墙的柱子的情况下,在墙壁上面开个小孔插入CF基础螺栓，连接被分割了的炭素纤维布，能形成封闭型的加固层。适用范围构造类别:钢筋混凝土·钢骨钢筋混凝土结构适用部

26、件:柱、带边墙的柱子、墙壁、粱材料强度:现有建筑物的混凝土压缩强度在11.8N/mm2以上,轴力在0.4bDFe以下。采用的值:加固部件的值最大为3.2加固效果用碳素纤维加固的部件, 抗剪切耐力提高，延性也大幅度改善。能很大程度地采用与建筑物的终局界限变形对应的Fu值。技术评价/（财）日本建筑防灾协会（1999年10月）获奖/国土技术开发奖,日本材料学会技术奖,日本建筑学会奖（技术）施工实例/372件（2006年1月现在）图1 碳素纤维加固方法概念图 图2 CF螺栓加固效果图制震加固方法青木式制震拉杆法加固方法概要为进行钢筋混凝土建筑物抗震加固开发的本法，是在建筑物外壁面安装设置了摩擦减振器的

27、制震拉杆,地震时制震拉杆通过极小变形高效吸收建筑物摇曳的能量。在有人居住情况下,也能提高现有建筑物抗震性能的应答控制型的加固方法。加固方法特点建筑物在使用状态下能够完成加固工程。几乎不需要撒去、修复框格和内置材。工程工时大幅度削减，成本低，工期短。内部装饰拆卸时,废材少,噪音小，有利于环境保护。使用利用极小变形高效吸收地震能量的摩擦减振器。能够独立设定各个制震拉杆的强度和刚度。制震拉杆的强度能控制在300kN,不加重安装部的负担，安装方便。使用外径190mm左右的钢管,对采光影响小,外表细长。用通常的抗震诊断同样的评价标准能很好的判定制震加固效果。使用了预定拆卸的钢筋混凝土结构学校校舍实物进行抗震实验,确认了制震加固效果。图1 摩擦减振器的构成和机构 图2 不稳定加振时履历曲线 摩擦减振器的性能摩擦减振器的摩擦负荷几乎不受振速度,振幅，温度，加振波形的影响。大地震的时候摩擦减振器履历曲线稳定,具有很高的能源吸收能力。即使多次发生大地震，减振器的摩擦负荷几乎不变化，具有充分