單層工業廠房鋼筋混凝土柱的抗震加固設計

作者簡介：周一帆 男 1988.06.16 湖南長沙 漢族 閩南理工學院土木工程學院 助教 碩士研究生，研究方向： 結構工程。

摘要：單層工業廠房是較為常見的廠房結構，該結構的抗震主要依靠鋼筋混凝土柱系統。該系統中的排架柱以及柱間的支撐都可以通過加固設計的方式，來使得整間單層工業廠房的抗震性能得到升華。需要注意的是，現階段技術人員不僅會使用相應的加固設計方式來進行新建單層工業廠房的抗震加固設計，還會對老舊工業廠房進行抗震加固，本文將對相應加固抗震設計的完善進行深入的研究與分析。

關鍵詞：單層工業廠房;鋼筋混凝土柱;抗震加固

引言：想要對有關抗震加固設計進行全面的了解，首先要對單層工業廠房中的鋼筋混凝土柱有一個更為明確的認知，所謂的鋼筋混凝土柱其實是鋼筋混凝土結構中較為重要的抗側力構件，倘若鋼筋混凝土柱發生了倒塌，那么整個單層工業廠房也會因此而發生坍塌現象，因此，鋼筋混凝土柱的抗震性能會直接對單層工業廠房的整體抗震性能產生重大影響。為了保障單層工業廠房的抗震性能，有關施工人員必須要對鋼筋混凝土柱進行抗震加固設計。

一、老舊單層工業廠房設計存在問題分析

我國的工業廠房建設歷史由來已久，但在上世紀五六十年代的單層工業廠房建設過程中，大多數廠房設計并沒有進行抗震性能的考慮。倘若在相應地區出現了地震等自然災害，那么沒有進行過抗震性能考慮的單層工業廠房，很容易出現垮塌現象，最終不僅會引起大量的人員傷亡，還會帶來不小的財產損失。之所以不對有關單層廠房建設進行抗震性能的考慮，除了當時的廠房設計和建造技術，尚未達到相應抗震標準之外，還有一部分原因是因為當時的地震烈度區劃與現階段有所不同。因此在上世紀五六十年代尚未劃入抗震設防區的建筑，在現階段必須進行抗震加固建設。由于有關房屋仍然未超出使用年限，許多上世紀建造的單層工業廠房，目前仍然在進行使用。為了保障使用人員的安全，避免出現任何形式的安全故障，技術人員與施工人員務必要對老舊單層工業廠房進行必要的抗震加固建設。因此，我國逐步進入到了廠房新建以及既有廠房維護和重新加固的廠房修建期，在這一時期內，有關施工建設團隊不僅會對現階段新建廠房采用先進技術進行鋼筋混凝土柱的抗震加固，還會對老舊廠房進行必要的翻新和抗震加固。

二、相應抗震加固技術研究

為了保障人民群眾的安全以及公共財產安全，相應施工人員應當采取先進的抗震加固技術，來對單層工業廠房的鋼筋混凝土柱進行抗震加固設計，下文將對較常使用的抗震加固方法進行必要的研究與分析。

1.進行截面的增大與加固

所謂的進行截面增大和加固，有的是在進行單層工業廠房的建設過程中，需要在原鋼筋混凝土構件截面的基礎上，進行面積的進一步擴大或通過進行鋼筋增配的手段來令新增配的鋼筋原鋼筋共同工作，這樣一來，原本的混凝土構件截面剛度就獲得了較為良好的提升，其承載力也獲得了一定的提升。當相應的截面增大和加固工作完畢后，原本構件截面的自振頻率就得到了有效的改善，這樣一來整個單層工業廠房的安全性能也會因此而得到明顯的提升相比較其他的抗震加固方法而言，這類抗震加固方法的技術使用準入門檻較低，并且不需要花費過多的費用，因此是現階段較為常見的加固方法，此外這類架構方法還能夠有效的提升原本構件的抗剪能力和抗彎能力，使得受到損傷的構建，能夠進行使用質量的恢復，延長使用壽命，但需要注意的是該類使用方法的養護周期較長，需要花費較長的時間才能夠完成加固設計。并且加固設計一旦完成，雖然整個單層工業廠房的看重性能得到了一定的提升，但有效使用空間和面積也會明顯減少，因此該使用方法有利有弊。

2.進行外包鋼的加固

外包鋼加固方法也是一種較為常見的抗震加固手段，這種加固方法指的是在原本的構件外部，包上型鋼，使得型鋼與原本的構建成為一個整體，共同進行抗震性能的負擔。在制作過程中，技術人員需要使用到環氧樹脂，以及乳膠水泥等物品來對型鋼和原本固件進行必要的焊接和灌漿。而使用這種方法進行抗震加固設計的過程中，需要注意新舊材料之間的粘合性，只有新舊材料之間的契合較為完美，才能夠更好的展開協同工作，使得構件的承載力獲得較為明顯的提升。一旦使用該方法成功的進行外包鋼的加工，那么原本夠賤的，延性和剛度都能夠得到有效的改善，這類方法的使用并不會增加構件的截面面積，并且不需要花費大量的工期來進行加固設計，也無需進行大量的詩作，也因此相比較截面增大與加固方式而言，這類方式有施工方便，工期不長等優勢，但需要注意的是，這類方法的使用需要耗費大量的鋼材，因此需要花費一定的資金成本才能夠完成。

3.進行混凝土的置換

進行混凝土的置換也是一種較為常見的抗震加固方法，該類方法的原理是將原單層廠房結構中，鋼筋混凝土柱構件上破損的部分進行剔除，使用強度更高的新混凝土進行重新澆灌，讓原本質量受損的混凝土構件與新混凝土進行高度粘合，共同進行抗震性能的負擔。不過單層工業廠房本身的承重構件混凝土柱所受到的強度較低，便可以使用這種方式來進行抗震加固。當然，如果目標單層工業廠房，承重構件本身在承壓上具有較為嚴重的缺陷，那么也可以使用該類方法來進行承重構件，承壓能力的提升，使用這種方法能夠在很大程度上恢復承重構件的原貌，并且不會對原本的使用空間進行占用。但這類方法也有一定的缺點，那就是需要進行原有混凝土的剔除，這是一項較大的工程，需要花費較長的時間，并且該方法的使用需要花費大量的時間進行濕作業，在這一時期內這一單層工業廠房便不能繼續進行使用。

4.進行結構受力的改變

進行結構受力的改變，也能夠有效的幫助單層工業廠房進行抗震性能的加固。其工作原理是通過結構抗側力構件的增加，來改變地震事故災難發生過程中的結構受理方式，使得地震事故發生過程中所釋放的能量能夠通過新增構件來進行承擔，原有的結構構件只需要承擔小部分的地震能量，這樣一來單層工業廠房的主體結構便不會輕易變形，整體廠房的抗震性能也能夠得到較為明顯的提升。但需要注意的是進行結構受力體系的改變，不僅需要進行框架的增設和加固，新增構件還需要進行攜程的增設和加固同時技術人員和施工人員還需要進行剪力墻的設計和翼墻的設計，并根據設計圖紙進行剪力墻和翼墻的補充和加固。該方法的使用，能夠從根本上，提升原單層工業廠房所具備的抗扭剛度，使得原本可能存在的層間位移得到了控制，導致整間工業廠房的抗震性能得到進一步的提升，這種通過新增預制構件來進行結構受力體系，改變的方式，不需要進行太過復雜的施工，也不需要花費太漫長的時間來進行工程改造，因此是一種現階段所能夠做到的，較為切實方便可行的抗震加固方法，但需要注意的是，在使用該方法進行單層工業廠房抗震性能加固的同時，需要對新增構件和原構件之間的連接堅固程度進行必要的關注。倘若原構建和新增構件無法很好的兼容，無法進行穩固的連接，那么該方法的使用就不能算得上是成功的。

5.進行碳纖維的粘貼

碳纖維的黏貼是一種新興的單層工業廠房鋼筋混凝土柱抗震加固方式，這種方式的使用，能夠將碳纖維材料粘貼至需要進行加固的構件表面，在黏貼完畢后，碳纖維連貼片會發揮較為明顯的抗拉作用。這種抗拉作用能夠增強原構件的約束作用，使得原構件的抗堿性能得到較為明顯的提升，進而達到抗震性能提升的目標。之所以碳纖維黏貼片能夠發揮如此明顯的效果，是因為碳纖維黏貼后的墻體，一旦出現斜裂縫，碳纖維的強抗拉作用能夠有效的抑制裂縫的延伸，促進構件受力狀態的改進。雖然有一些材料也具備較為良好的抗拉作用，但不如碳纖維那樣，具有較強的粘合性和抗腐蝕性，因此相比較其他的材料而言，碳纖維復合材料無疑是進行構件表面粘貼的首選材料。這一材料的使用會對單層工業廠房的空間進行過度侵占，也不需要使用太過專業的施工技術來進行加固，更不需要通過濕作業來進行相應加固方式的完成，因此相比較其他的抗震加固設計方式而言，這類加固方法具有諸多的優點。但需要注意的是，碳纖維黏貼片本身的造價高昂，因此在使用過程中需要進行大量的資金投入，并且進行碳纖維制作的高強度樹脂本身具有一定的毒性，如果大量使用，很可能會對人體的身體健康造成危害。此外，倘若再進行碳纖維連接片使用的過程中基底處理出現了問題，或使用的膠黏劑質量無法達到核定標準，那么已經連接完成的碳纖維片也很可能會出現剝離現象，最終導致目標加固構件無法進行抗震性能的提升。因此該方法的使用仍然需要進行慎重的考慮。

三、待解決問題分析

雖然現階段有關部門和施工人員已經對單層工業廠房的抗震加固問題引起了足夠的重視，并且嘗試通過各類技術手段來對單層工業廠房鋼筋混凝土柱進行抗震加固設計。但由于技術研發創新無法得到進一步的突破，現階段的抗震加固設計仍然存在著一些亟待解決的問題。

1.新方法、新工藝無法得到普及

由于對單層工業廠房進行鋼筋混凝土柱的抗震加固設計，成為了現階段廠房建設的重要關注點，因此許多研究者都嘗試對該問題進行深入的研究與探討，并由此而生發出了許多新方法和新設計工藝，但這些新方法和新設計工藝，是否能夠在具體的抗震加固設計中起到實際效用，仍然需要進行不斷的研究和討論，但相關的研究事業需要通過大量的資金投入來進行完成。就目前而言，大部分研究者有關單層工業廠房鋼筋混凝土柱的抗震設計加固方式的改進與完善，仍然停留在理論層面。但倘若不進行相應方式與方法的嘗試和研究事業，那么與之相對應的抗震加固設計就無法取得實質性的突破和進展，因此有關研究試驗人員應當采取措施和手段，將理論化的方法，通過實踐研究的方式進行證實，只有如此，有關抗震加固設計的新方法，才能夠在實際建設中得到較為良好的運用。

2.加固不足和加固過度狀況時有發生

對于已經在地震災害出現后出現損傷的單層工業廠房而言，倘若想要繼續進行相應廠房的使用，就需要對該廠房進行進一步的震后修復加固。有些技術人員與施工人員為了能夠更好的提升相應廠房的抗震性能，往往不顧廠房本身的特質以及使用材料的承受極限，對相應廠房進行過度加固。這種加固方式非但無法使得相應的單層工業廠房抗震性能得到明顯的提升，甚至會縮短其使用壽命，導致其抵抗突發狀況和事故的能力明顯下降。而有些施工人員在面對震后需要修復加固的廠房時，并沒有對該類引起足夠的重視，最終導致其抗震加固設計最終效果無法達到預期目標，使得其最終的抗震設計出現了較為明顯的漏洞。這樣一來，相應的單層工業廠房便無法投入到實際的運用當中去。

3.無法明確損傷指標

在單層工業廠房出現損傷后，主管單位應當及時進行報備，并派遣專業工作人員來進行損傷勘查和數據統計，以便進行目標廠房的損傷評定，但在實際的損傷勘察以及等級評定過程中，不同類型的專業研究學者和工作人員具有不同的評判標準。這樣一來，工作人員和主管單位就無法對受損傷的工業廠房進行具體受損情況核定，這會對未來的抗震性能加固設計產生很明顯的負面影響。

結束語

總而言之，為了有效的進行單層工業廠房鋼筋混凝土柱的抗震性能加固，相應施工人員在抗震加固設計的過程中，務必要根據廠房的實際情況較為適宜的加固方式來進行加固。并且要具備進行技術創新的意識，爭取運用更為先進的抗震加固技術和手段來進行單層工業廠房使用質量的提升。

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閩南理工學院土木工程學院 （福建泉州 362000）