新增抗震設防地區已建砌體房屋鋼混加固技術研究

干唯健,謝祥雄,唐文宣

(湖南科技學院 土木與環境工程學院,湖南 永州 425199)

1 研究背景

砌體結構極易在地震中被破壞,1976年的唐山大地震中有90%的砌體結構房屋倒塌[1]；2008年汶川地震中超過70%的砌體結構房屋倒塌[2-3]；2010年玉樹地震導致玉樹縣90%以上砌體結構平房損毀倒塌[4]。為了保證砌體房屋的使用安全,避免地震可能造成的損害,我國在2015年發布的第五代《中國地震動參數區劃圖》中取消了無抗震設防地區。

新增抗震設防地區一方面要考慮新建建筑進行抗震設計,另一方面,對已投入使用但未進行抗震設防的已建建筑,尤其是易被地震破壞的砌體結構房屋也要進行加固。由于加固對象為正在使用中的已建成砌體結構房屋,基數大分布范圍廣,全部加固則面臨造價高,施工周期長,施工作業不方便的問題[5-6],所以有必要根據砌體房屋特點,研究施工快捷且成本低,簡單易行的加固方法。

2 基于托換理念的鋼混支撐加固設計

托換技術通過改造承重結構改變受力體系,使建筑的傳力途徑發生變化,提升結構的安全可靠度[7]。梁柱托換技術可以將磚墻承重的砌體結構改造成梁柱承重的框架結構,從而實現提高已有砌體結構房屋抗震能力的目標。考慮到托換技術的特性及對支撐、加固的要求,可以用鋼材為主要材料,將模板與承重構件相結合,通過鋼板骨架,在施工時充當承載構件,頂替部分腳手架作用,在混凝土達到設計強度前充當臨時承重構件。當混凝土澆筑完畢后,鋼骨架與混凝土一起承重,由鋼板承受彎矩、扭矩,混凝土承受壓力,完成結構承重體系的轉變,提升結構抗震能力,保證結構安全。

3 技術方案

圖1 鋼混支撐托換結構示意圖

使用一種用于托換承重墻的鋼骨架體系,并將混凝土填充于模板構成的骨架中,將建筑由墻體承重托換為由鋼混框架柱和梁聯接組成的框架承重結構,構件組成如圖1所示,其中構件包括：①框架梁；②框架頂梁；③角底柱；④角中柱；⑤邊底柱；⑥邊中柱；⑦底柱；⑧中柱；⑨墊板以及灌漿孔蓋板,內部連接柱子的連接板和底連接板,M24高強螺栓,填充骨架的混凝土。

框架梁用于充當除頂層以外粱的框架。框架頂梁作為鋼框架混凝土粱承載屋頂板重量。角底柱用于連接底層轉角處的粱,并與基礎相連。角中柱用于連接除底層外其他樓層轉角處的粱。邊底柱如于連接底層三根梁相交處的粱,并與基礎相連。邊中柱用于連接除底層外三根梁相交處的位置。底柱用于連接底層四根梁相交處的粱,并與基礎相連。中柱用于連接除底層外四根梁相交處的位置。

柱構件通過墊板和螺栓與基礎相連,梁與柱通過螺栓相連,梁鋼板上端頂緊樓面下方；梁、柱鋼板部分同時作為澆筑模具,包括用于澆筑梁的容納空間,容納空間的寬和高分別與梁的寬和高相等,混凝土澆筑孔設置于鋼板中間并將所述梁澆筑模具的容納空間的上方與外界聯通。然后澆筑混凝土,形成鋼混支撐框架結構,一層澆筑完畢后,蓋上蓋板,再進行第二層搭接,上層柱與下層梁柱交接處通過連接板相連。

4 工程應用

湖南省永州市冷水灘區某砌體辦公樓,建于2000年,建筑長142.5m,寬7.2m,層數為2層,高7.35m,總建筑面積為3500m2,設計時未考慮抗震設防。由于建筑原設計布局與使用功能安排無法滿足現有業務需求,故需要進行大規模改造,同時進行抗震加固。拆除原建筑所有樓梯間,一樓增設了外部走廊、裝飾柱、3個樓梯間、2個衛生間,并拆除了兩個辦公室,將其空間合并入大廳；拆除二樓3個辦公室合并入大會議室擴大,拆除4個辦公室改造為2個小會議室。

施工時先破開地面,挖出墻下粱周圍土體,綁扎基礎鋼筋籠,將⑨墊板焊接于鋼筋籠頂部,澆筑基礎混凝土至墊板底部標高處；然后在一樓安放梁、柱位置周邊搭設腳手架,拆除柱子所在位置的墻體與樓板,將底層柱鋼板放在被拆除墻體位置,通過螺栓將底層柱與墊板連接,再將基礎澆筑完畢。拆除粱所在位置的樓板,將框架梁通過螺栓與柱相連,隨后通過柱上方開口澆筑混凝土至連接板下方標高處,在上層柱所在位置附近搭設腳手架,拆除上層柱所在位置的墻體與樓板,將連接板下端放在下層柱上方內側,連接板上端放在上層柱下方內側,通過螺栓將連接板與上下層柱相連。通過上層柱開口與下層粱上灌漿孔澆筑混凝土,當混凝土充滿框架梁后,在混凝土初凝前,將灌漿孔蓋板蓋住灌漿孔。一層澆筑完畢后再進行第二層搭接,先安裝腳手架,待二層梁柱鋼板安裝好后,拆除一層承重墻和一層腳手架,然后繼續向上層施工,直至整棟建筑完成梁柱托換。為了避免混凝土振搗不到位的問題,使用流動性好的干混自密實混凝土,不需要泵送就可以讓混凝土飽滿地填充鋼板骨架,現場施工難度小,速度快。

5 結論

在新增抗震設防地區使用鋼混骨架進行砌體結構房屋加固,梁柱鋼板將施工支撐與結構承重相結合,施工時充當模板和腳手架的作用,施工結束時和混凝土共同承擔荷載。施工方便,造價低,工期短,具有市場競爭力,值得在新增抗震設防地區已建砌體房屋加固市場推廣,有很大的發展潛力。

[1]李國強,李杰,陳素文,等.建筑結構抗震設計[M],北京：中國建筑工業出版社,2014．

[2]李英民,韓軍,劉立平,等.“5.12”汶川地震砌體結構房屋震害調查與分析[J].西安建筑科技大學學報(自然科學版),2009,41(5)：606-611．

[3]王威,周穎,梁興文,等.砌體結構在2008汶川大地震中的震害經驗[J].地震工程與工程振動,2010,30(1)：60-68．

[4]邵楠.青海玉樹地震建筑震害淺析[J].工程抗震與加固改造,2011,33(4)：136-140．

[5]張權.隔震技術在砌體結構抗震加固中的運用[J].江西建材,2017(17)：45-46．

[6]賈茹,文華,樊敏全.新農村建設中砌體結構房屋抗震加固措施研究現狀分析[J].江西建材,2016(04)：125,130．

[7]張愛彬.托換技術砌體結構加固改造設計與應用[J].工程建設與設計,2015(01)：44-46.