磚混結(jié)構(gòu)房屋抗震加固方法研究

【摘 要】本文通過分析磚混結(jié)構(gòu)主要的承重墻體包括橫墻、縱墻的破壞特征、破壞原因，及抗震加固機(jī)理，對現(xiàn)有磚混結(jié)構(gòu)房屋增加構(gòu)造柱、鋼圈梁、鋼拉桿的整體加固提出了改進(jìn)方法，由此保證新加構(gòu)造柱、鋼圈梁及鋼拉桿的整體工作性能和與原結(jié)構(gòu)的可靠連接性能，提高磚混結(jié)構(gòu)房屋抗震加固的效果。

【關(guān)鍵詞】磚混結(jié)構(gòu)；抗震

1 引言

由于磚混結(jié)構(gòu)選材方便，施工簡單，工期短，造價(jià)低，耐火耐久性能較好，因此，迄今為止，多層磚混結(jié)構(gòu)房屋是我國現(xiàn)存既有民用建筑中主要的結(jié)構(gòu)形式之一，約占我國既有民用建筑總量的百分之六十以上。然而，由于組成磚混結(jié)構(gòu)的基本材料和連接方式?jīng)Q定了其脆性性質(zhì)，變形能力小，導(dǎo)致房屋的抗震性能較差，因此磚混房屋在歷次地震中的震害比較嚴(yán)重。為了確保人民生命財(cái)產(chǎn)的安全，充分利用原有舊房，對舊房分期分批進(jìn)行抗震鑒定，對不符合抗震要求的進(jìn)行加固處理，以滿足抗震設(shè)防要求，是十分必要的。我國人口眾多，地震災(zāi)害頻繁，因此，多途徑研究和探索既有建筑物的抗震加固方法，對保證國家和人民的財(cái)產(chǎn)和人身安全具有重大的社會意義和經(jīng)濟(jì)意義。

2 磚混結(jié)構(gòu)房屋震害破壞的原因分析

從許多有關(guān)震害破壞實(shí)例、破壞試驗(yàn)和有關(guān)資料分析研究中可以發(fā)現(xiàn)，多層砌體結(jié)構(gòu)房屋震害破壞的主要情況有以下幾方面：

2.1 承重橫墻的破壞特征及成因分析。

承重橫墻破壞情況主要表現(xiàn)在由剪切變形引起的剪切破壞，一般呈斜向交叉的x型，也即通常所說的交叉裂縫。當(dāng)墻體高寬比不同時(shí)，裂縫的變形形式也有所不同。多層砌體建筑的承重橫墻破壞具有以下特點(diǎn)：

2.1.1 一般表現(xiàn)為底層橫墻比上層橫墻破壞嚴(yán)重，且大部分發(fā)生在底層，特別是當(dāng)上層結(jié)構(gòu)無大開間時(shí)尤為嚴(yán)重；

2.1.2 橫墻破壞與圈梁設(shè)置有重要關(guān)系。調(diào)查資料表明，遭受震害的磚混結(jié)構(gòu)房屋，在上下圈梁間墻體往往會發(fā)現(xiàn)鋸齒形塌落破壞，說明圈梁設(shè)置對墻體有顯著地約束作用。

圈梁可增強(qiáng)縱橫墻連接，增加建筑整體性及整體剛度，增加墻體穩(wěn)定性，提高墻體抗剪能力，約束墻面裂縫開展，抵抗建筑不均勻沉降對建筑造成破壞等；

2.1.3 與橫墻門洞大小及布置的影響。橫墻墻肢是以其抗側(cè)移剛度的比例來分別承擔(dān)水平地震作用的。因此，磚墻開洞要適當(dāng)控制且洞口位置盡量上下對齊，保持一致。開洞位置不能影響縱橫墻體整體連接、不要在磚墻上任意預(yù)留施工洞。

2.1.4 墻體之間的連接是通過砂漿實(shí)現(xiàn)的，砌筑砂漿具有一定的抗壓強(qiáng)度，但抗拉強(qiáng)度只有抗壓強(qiáng)度的1/10左右，無法抵抗地震時(shí)因地震剪力而產(chǎn)生的拉應(yīng)力，從而使得墻體產(chǎn)生裂縫并迅速擴(kuò)大。

2.2 縱墻的破壞特征及成因分析。

縱墻破壞形式有以下幾種情況：

2.2.1 外縱墻整片倒塌。主要原因是施工中內(nèi)外墻沒有同時(shí)咬槎砌筑，交接處留有直縫或馬牙槎；

2.2.2 外縱墻窗間墻剪切破壞。其破壞情況與承重橫墻破壞情況相似且多發(fā)生在底部1—2層墻體，主要原因是窗間墻抗剪能力較差，外縱墻受內(nèi)橫墻頂推破壞。

2.2.3 墻角的破壞特征及成因分析。

墻角破壞主要原因是地震對建筑扭轉(zhuǎn)作用在墻角容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，加之墻角位于建筑盡端，建筑對它的約束作用相對偏弱，其破壞形式按墻肢高寬比不同而不同。特別當(dāng)建筑端部存在在樓梯或大開間建筑，由于其整體剛度相對較弱，墻角破壞更為嚴(yán)重，甚至?xí)霈F(xiàn)天棚墻角被局部拋出，也即通常說的“鞭端效應(yīng)”的現(xiàn)象，危害特別嚴(yán)重。

2.2.4 樓梯間墻體破壞。

大量震害調(diào)查資料表明，樓梯間部位的墻體破壞往往比其它部位墻體破壞嚴(yán)重的多，而樓梯構(gòu)件本身則很少破壞。其主要原因是由于該部位墻體橫向支撐較少，其整體剛度相對較弱，從而導(dǎo)致該部位容易產(chǎn)生較大變形而破壞。特別是當(dāng)樓梯設(shè)置在建筑端部時(shí)，這種破壞更為明顯。

2.3 磚混結(jié)構(gòu)房屋抗震加固機(jī)理分析

從結(jié)構(gòu)抗震機(jī)理出發(fā)，抗震加固可以分為減小地震作用加固法、增大結(jié)構(gòu)抗震能力加固法、多道防線抗震加固法。其加固機(jī)理如下：

2.3.1 減小地震作用。它主要是通過增大結(jié)構(gòu)周期或加大結(jié)構(gòu)阻尼來實(shí)現(xiàn)，一般應(yīng)用于大型公共建筑的抗震加固，如北京火車站中央大廳、北京飯店西樓的抗震加固等。

2.3.2 增大結(jié)構(gòu)抗震能力。如增大墻體抗震性能的外包鋼筋混凝土面層（俗稱夾板墻加固法）、鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層加固法、及磚柱外包加固等構(gòu)件加固法；增設(shè)圈梁、構(gòu)造柱及鋼拉桿的整體加固法；通過增設(shè)抗震墻的區(qū)段加固法來提高房屋的抗震能力等。這些方法施工相對簡單，大量應(yīng)用于多層的磚混結(jié)構(gòu)當(dāng)中，尤其是民用建筑中。

增設(shè)構(gòu)造柱，能顯著提高磚砌體的延性。延性的提高意味著房屋抗震能力的提高，特別是構(gòu)造柱與各層圈梁一起形成磚墻的邊框，可箍住開裂的墻體，阻止裂縫進(jìn)一步開展，限制開裂后墻體的錯位，使磚墻的豎向承載力不至于大幅度地下降，從而防止磚墻的坍塌。另外，設(shè)置構(gòu)造柱，可增大房屋的抗側(cè)向變形能力。在墻體開裂后，以其塑性變形和滑移、摩擦來消耗地震能量。特別是構(gòu)造柱在限制破碎墻體位移方面具有突出的作用，它使墻體被約束在其自身的平面內(nèi)滑移，若摩擦作用繼續(xù)存在，墻體仍能承擔(dān)豎向壓力和一定的水平地震力，這就是對磚混結(jié)構(gòu)在大地震時(shí)所企求的目標(biāo)—裂向不倒。

增設(shè)圈梁的加固機(jī)理有如下幾個(gè)方面：

（1）加強(qiáng)房屋的整體性。由于圈梁的約束作用，減小了預(yù)制板散開及墻體出平面倒塌的危險(xiǎn)性，使縱、橫墻能保持為一個(gè)整體的箱形結(jié)構(gòu)，可充分發(fā)揮各片墻體的平面內(nèi)抗剪強(qiáng)度，有效抵御來自任何方向的水平地震作用；

（2）圈梁作為樓蓋的邊緣構(gòu)件，提高了樓蓋的水平剛度，同時(shí)箍住樓（屋）蓋，增強(qiáng)了樓蓋的整體性；

（3）圈梁可限制墻體斜裂縫的開展和延伸，使墻體裂縫僅在兩道圈梁之間的墻段內(nèi)發(fā)生，使墻體的抗剪強(qiáng)度得以充分發(fā)揮，使墻體的穩(wěn)定性得到提高；

（4）圈梁可減輕地震時(shí)地基不均勻沉陷對房屋的影響；

（5）圈梁可減輕和防止地震時(shí)的地表裂隙將房屋撕裂。

2.3.3 形成多道抗震防線。它是建筑物采用多重抗側(cè)力體系，第一道防線的的抗側(cè)力構(gòu)件在強(qiáng)烈的地震作用下遭到破壞后，后備的第二道乃至第三道防線的抗側(cè)力構(gòu)件立即接替，抵擋后續(xù)的地震沖擊，可保證建筑物最低限度的安全，使建筑物免于倒塌。

2.4 現(xiàn)有磚混結(jié)構(gòu)房屋加固的方法及特點(diǎn)

根據(jù)目前既有磚混結(jié)構(gòu)房屋抗震加固理論及加固方法的研究及應(yīng)用情況，為提高既有磚混結(jié)構(gòu)房屋的抗震性能，現(xiàn)有主要的抗震加固方法包括下述三個(gè)方面：

2.4.1 提高房屋結(jié)構(gòu)抗震承載力方面。

（1）拆砌或增設(shè)抗震墻：對局部強(qiáng)度過低的原墻體可拆除重砌；重砌和增設(shè)抗震墻的結(jié)構(gòu)材料宜采用與原結(jié)構(gòu)相同的磚或砌塊，也可采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土。

（2）修補(bǔ)和灌漿：對已開裂的墻體，可采用壓力灌漿修補(bǔ)，對砌筑砂漿飽滿度差且砌筑砂漿強(qiáng)度等級偏低的墻體，可采用滿墻灌漿加固，修補(bǔ)后墻體的剛度和抗震能力，可按原砌筑砂漿強(qiáng)度等級計(jì)算。

（3）面層或板墻加固：在墻體的一側(cè)或兩側(cè)采用水泥砂漿面層、鋼筋網(wǎng)砂漿面層、鋼絞線網(wǎng)-聚合物砂漿面層或現(xiàn)澆鋼筋混凝土板墻加固。

（4）外加柱加固：在墻體交接處增設(shè)現(xiàn)澆鋼筋混凝土構(gòu)造柱加固。外加柱應(yīng)與圈梁連成整體，并與原有鋼筋混凝土樓、屋蓋可靠連接。

（5）包角或鑲邊加固：在柱、墻角或窗洞邊用型鋼或鋼筋混凝土包角或鑲邊；柱、墻跺還可以用現(xiàn)澆鋼筋混凝土套加固。

（6）支撐或支架加固：對剛度差的房屋，可增設(shè)型鋼或鋼筋混凝土支撐或支架加固。

2.4.2 提高房屋結(jié)構(gòu)抗震整體性方面。

（1）當(dāng)墻體布置在平面內(nèi)不閉合時(shí)，可在開口處增設(shè)現(xiàn)澆鋼筋混凝土框形成閉合。

（2）當(dāng)縱橫墻連接較差時(shí)，可采用鋼拉桿、長錨桿、外加柱或外加圈梁等加固。

（3）當(dāng)樓、屋蓋構(gòu)件支撐長度不滿足要求時(shí)，可增設(shè)托梁或采取增強(qiáng)樓（屋）蓋整體性等的措施。

2.4.3 防止房屋結(jié)構(gòu)抗震時(shí)易倒塌的部位發(fā)生加固方面。

（1）窗間墻寬度過小或抗震能力不滿足要求時(shí)，可增設(shè)鋼筋混凝土窗框或采用鋼筋網(wǎng)砂漿面層、板墻等加固。

（2）支承大梁等的墻段抗震能力不滿足要求時(shí)，可增設(shè)砌體柱、組合柱、鋼筋混凝土柱或采用鋼筋網(wǎng)砂漿面層、板墻加固。

（3）支撐懸挑構(gòu)件的墻體不符合鑒定要求時(shí)，宜在懸挑構(gòu)件端部增設(shè)鋼筋混凝土柱或砌體組合柱加固，并對懸挑構(gòu)件進(jìn)行復(fù)核。

2.5 改進(jìn)的磚混結(jié)構(gòu)房屋抗震加固方法研究

根據(jù)上述磚混結(jié)構(gòu)房屋受震害破壞的原因分析、抗震加固的基本原則，以及學(xué)校建筑的特點(diǎn)，為提高既有磚混結(jié)構(gòu)房屋的抗震性能，對現(xiàn)有增設(shè)構(gòu)造柱、鋼圈梁及鋼拉桿的整體加固法。

2.5.1新增構(gòu)造柱與原結(jié)構(gòu)的連接方法改進(jìn)

在縱、橫墻交接處增加構(gòu)造柱，構(gòu)造柱斷面尺寸可取b×h=370×240mm，箍筋Φ6.5@200，混凝土強(qiáng)度等級大于C20。為了提高新增構(gòu)造柱與原結(jié)構(gòu)的連接性能，保證新舊結(jié)構(gòu)的整體工作，構(gòu)造柱應(yīng)新做混凝土基礎(chǔ)，并與原磚基礎(chǔ)及墻體采用植筋方法連接。植筋采用Φ14～Φ16鋼筋，植筋間距取400mm（雙排），植筋孔深220mm，孔徑d22mm，植筋采用專用無機(jī)植筋料植筋，植筋拉拔力應(yīng)不小于按植筋鋼筋屈服強(qiáng)度計(jì)算得到的拉力值。

2.5.2新增鋼圈梁及原結(jié)構(gòu)新增構(gòu)造柱的連接方法改進(jìn)

應(yīng)在樓蓋板及屋蓋底設(shè)置鋼圈梁，鋼圈梁可選用[16—[18槽鋼圈梁，槽鋼圈梁沿外縱墻和山墻及橫墻布置。為了增強(qiáng)新增鋼圈梁與原結(jié)構(gòu)的連接性能，保證新舊結(jié)構(gòu)的整體工作，槽鋼圈梁植筋采用Φ14～Φ16鋼筋，間距300mm-500mm，孔深220mm，植筋外露部分（直鉤）與槽鋼圈梁采用焊接連接。新增鋼圈梁遇原鋼筋混凝土外挑梁樓蓋處采用植筋及鋼連接板焊接連接。新增構(gòu)造柱鋼筋遇槽鋼圈梁處采用焊接連接，新增槽鋼圈梁安裝就位后，槽鋼外側(cè)采用專用加固料及高標(biāo)號砂漿封閉。

2.5.3鋼拉桿設(shè)置

沿房屋內(nèi)橫墻及大開間混凝土梁兩側(cè)設(shè)置鋼拉桿（設(shè)鋼拉桿則不再加槽鋼圈梁），

鋼拉桿采用Φ18圓鋼，鋼拉桿與新增鋼圈梁采用連接板螺栓連接。先采用扭矩扳子拉緊后，再采用焊接方法把拉桿與細(xì)帽焊接牢固，最后澆灌進(jìn)構(gòu)造柱混凝土內(nèi)。

3 結(jié)束語

在我國，有很多建造于七十年代前后的磚混結(jié)構(gòu)建筑物，限于當(dāng)時(shí)的具體條件，基本上都沒有或者很少考慮抗震設(shè)防。另外，有的房屋已經(jīng)出現(xiàn)基礎(chǔ)不均勻沉降、墻體開裂、傾斜、面層剝落等現(xiàn)象或隱患，若遇較大地震，必然給國家和人民造成重大損失。因此，認(rèn)真研究磚混結(jié)構(gòu)房屋抗震加固方法是一件利國利民的大事，對提高人民的生命財(cái)產(chǎn)安全具有重要的意義。

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