談混凝土結構抗震加固方案

張 娥

(首都師范大學基建處，北京 100048)

談混凝土結構抗震加固方案

張 娥

(首都師范大學基建處，北京 100048)

結合抗震加固工程實踐，對抗震加固工程領域存在的主要問題進行了闡述，探討了抗震加固工程的設計原則、常用加固方案及選擇要點，并以教學樓抗震加固工程為例進行介紹，為相關工程提供參考。

混凝土結構，抗震加固，設計原則，加固方案

1 概述

目前建筑工程抗震加固的要求已擴大到6度設防區，與GB 50011 抗震設計規范配套的鑒定與加固的技術標準已被實施，結構抗震能力的綜合分析研發被突出強調。

為確保我校師生員工的生命安全及響應上級主管部門對“校安工程”的工作部署，2008年8月開始由本人負責組織對我校校舍進行了全面的抗震排查鑒定，并根據鑒定結果采取了更新、加固改造及維修等措施。因此，結合我校抗震加固工程實踐，本人對多層混凝土結構的抗震加固設計原則、設計方案等進行了系統分析，以供相關工程參考。

2 抗震加固工程存在的主要問題及設計原則

考察了兄弟院校的抗震加固工程實例，發現當前抗震加固工程存在的主要問題有：1)工程造價的限制。學校加固工程資金來源多為財政專項，基本控制在400元/m2～500元/m2以內，限制了加固方案的選擇；2)加固設計所需的原始數據可靠性差。原設計資料遺失的現象較多，現場補測難以做到全面、細致；3)施工技術水平的制約。加固施工單位大多資質較低，技術水平不高；4)施工工期較短。校舍加固施工一般要求在暑期完成，工期較短，且施工過程中變更洽商較多等。

抗震加固結構的受力特點不同于新建結構，屬于二次組合結構，新舊結構之間存在應力、應變滯后的現象，故設計時需遵循以下原則：1)應根據專業鑒定結論經綜合分析后確定加固方案，側重改善構件的受力狀況、提高結構的綜合抗震能力；2)加固方案應消除或減少抗震不利因素，避免局部加強導致結構剛度或強度突變；3)新增構件與原構件之間連接應可靠、協同工作，新增的豎向構件的基礎應可靠；4)加固所用材料類型與原結構相同時，其強度等級不應低于原材料的實際強度等級。

3 常用抗震加固方案及選擇要點

3.1 常用抗震加固方案及其特點

隨著我國經濟和科技水平的發展，抗震加固領域出現了一批新技術、新工藝、新材料。目前混凝土結構抗震加固方案有傳統抗震加固法和新型抗震加固法兩大類，各種加固方案的特點如下：

1)傳統抗震加固方案。

加大截面法，即外包混凝土加固法，通過在原混凝土構件外，疊澆新的鋼筋混凝土，以提高構件承載力和結構剛度、改善延性，加固后能保證結構的整體性能。此法加固效果可靠，質量穩定，適應面廣；但由于是濕作業，具有工作量大、養護時間長、占用空間及加固后建筑物的凈空有一定的減小等缺點。

外包鋼加固法，常采用濕式外包鋼加固法，即在型鋼與原有構件之間采用乳膠水泥或環氧樹脂化學灌漿等方法，使外包鋼與原有構件粘結成整體共同工作。此法適用面廣、施工周期相對較短，且可顯著提高構件的承載力和抗震性能。但加固費用較高，多用于需大幅度提高抗震承載力的鋼筋混凝土梁與柱的加固。

粘鋼加固法，用粘結劑將薄鋼板粘貼在被加固混凝土構件的表面，使鋼板與混凝土協同工作，以提高構件承載力、抗裂性、延性的一種加固方法。此法對構件的外觀、建筑使用空間影響較小，且施工快、對鋼材的利用率高，加固成本低等，得到了廣泛應用。

粘碳纖維加固法，采用粘結劑將碳纖維片材粘貼于被加固構件的表面，從而達到提高構件承載力、改善抗震性能的目的。碳纖維布質輕薄，基本不改變原構件截面尺寸，且對原構件承受的荷載增加有限，因此極適合于鋼筋混凝土結構的加固。

2)新型抗震加固方案。

改變結構受力體系法，通過增加抗側力構件如抗震墻、鋼支撐等，改變地震作用下結構的受力體系，將地震作用的絕大部分轉由新增抗側力構件承擔。此法加固效果明顯，僅需對增設抗側力構件區域進行施工，但需進行加固后結構的整體抗震計算，避免加固后出現新的薄弱層，保證新舊構件的可靠連接、協同工作。

效能減震加固法，通過減震的途徑對既有建筑進行加固，即在既有抗側力構件中設置消能部件，通過消能部件的局部變形提供附加阻尼以耗散或吸收地震能量，減少主體結構地震反應。耗能減震結構體系因安全可靠、經濟合理而得到了廣泛應用。目前效能減震裝置應用較多的是粘滯阻尼器。

隔震加固法，通過隔震的途徑對既有建筑進行加固，即在既有建筑的上部結構與基礎之間及上部結構層間設置隔震層，將地震變形集中到隔震層，以隔離地震能量阻止其向上傳遞，從而減小結構的地震反應。當前常采用基礎隔震法。隔震加固技術具有投資少、速度快、節能環保的特點，但需綜合考慮結構合理性、造價、施工周期等因素，較適用于裝修檔次較高、場地條件好且基礎穩定性較好的建筑等。

3.2 加固方案的選擇要點

建筑加固方案的優劣不僅影響加固成本、施工難易、對生產生活的影響等，更重要的是影響加固的效果和質量，這就涉及到方案的優選。

選擇加固方案時應處理好以下幾點：

1)強化抗震加固的概念設計理念，確定建筑的設防目標，弄清使既有結構總體抗震能力達到設防要求的關鍵措施，消除原結構存在的不規則、不合理等抗震不利因素。

2)抗震加固不同于工程事故處理，強調整體加固，避免構件加固。結合使用功能、環境影響、投資控制、施工對生產生活的影響等要求，選擇合理的加固方案。

3)保證加固措施的有效性，保證加固構件與原結構可靠連接、協同工作，避免加固后出現新的薄弱層。同時便于施工，且盡可能減少對原結構構件的損壞。

4)充分利用地基基礎的現有承載力，盡可能減少地基基礎加固的工作量。主要原因有兩點：

a.地基基礎加固的難度較大。

b.根據統計分析，地震造成的地基震害，如液化、不均勻土層的差異沉降等，一般尚未導致建筑的坍塌或喪失使用價值。因此采取提高上部結構抵抗不均勻沉降能力的措施，即可減輕結構的震害。

5)設計文件中應對選用加固材料要求作明確說明，不宜選用強度等級過高的材料，因過高的強度并不能真正發揮作用。

4 案例分析

4.1 工程概況

我校北二區教學樓工程建于20世紀80年代，總建筑面積為13 185 m2，6層鋼筋混凝土無梁樓蓋板柱和鋼筋混凝土框架組成的混合結構。

4.2 鑒定結論

查閱原始資料，發現原結構設計缺少必要的抗震構造措施，多項內容明顯不符合現行規范要求。經專業檢測中心鑒定：原建筑未發現明顯由于地基不均勻沉降產生的有害裂縫，外觀狀況良好；混凝土強度偏低，個別柱僅達到C18；配筋率偏低、主筋級別及直徑不滿足現行設計規范要求；框架抗震墻間屋蓋長寬比超出規范要求等等，表明該建筑不符合我國現行抗震規范設計要求，需進行加固處理。

4.3 加固方案

按使用功能不變、后續使用年限30年為目標，對該建筑進行了抗震加固設計。據原竣工圖紙、鑒定報告、結構實際狀況，經計算、方案比選及經濟分析，最終確定如下加固方案：對配筋不足的混凝土梁采用粘貼碳纖維布加固法，梁底粘貼與梁同寬的碳纖維布、梁側粘貼U形碳纖維箍；對軸壓比超限的混凝土柱采用增大截面加固法；對框架部分增設鋼筋混凝土抗震墻、增設樓面疊合層對樓板、梯板進行加固處理。

5 結語

由于抗震加固是提高既有建筑結構抗震性能的一項重要技術措施，因此得到了各界的高度重視。近年來相關技術標準也被更新實施，使得此項工作的實施更科學、安全、經濟合理。抗震加固結構的受力特點不同于新建結構，設計時需搞清使結構總體抗震能力達到設防要求的關鍵措施,消除原結構存在的不規則、不合理等抗震不利因素，并保證新舊結構可靠連接、協同工作，避免加固后出現新的薄弱部位。

[1] GB 50023—2009，建筑抗震鑒定標準[S].

[2] JGJ 116—2009，建筑抗震加固技術規程[S].

[3] GB 50367—2006，混凝土結構加固設計規范[S].

[4] DB 11/T689—2009，建筑抗震鑒定與加固技術規程[S].

[5] 程紹革，史鐵花，戴國瑩.現有建筑抗震加固的基本規定[J].建筑結構，2011，41(2)：33-35.

Simple analysis of seismic strengthening scheme of concrete structures

Zhang E

(CapitalConstructionDepartmentofCapitalNormalUniversity,Beijing100048,China)

Combined seismic strengthening engineering practice, the paper expounds the main problems in the field of seismic strengthening engineering, and discusses the design principle, and common seismic strengthening scheme and characteristics, the selection of reinforcement scheme. Taking teaching building seismic strengthening project as an example, this paper provides reference for relevant engineering.

concrete structures, strengthening, design principle, strengthening scheme

2015-06-26

張 娥(1980- )，女，工程師

1009-6825(2015)25-0057-03

TU352

A