我國既有建筑面積超過400億平方米,且大部分建成于20世紀80年代前,已進入了“老年期”。限于當時的經濟、技術條件,設計標準偏低,因而該類建筑存在著抗震能力弱、能耗高、使用功能不足等缺陷。
提高早期既有建筑的抗震能力、改善使用功能、降低能耗尤為重要。目前主要的解決辦法是對這類建筑物進行加固和改造。
早期既有建筑結構類型主要是混凝土結構、砌體結構和少量鋼結構工業廠房?;炷两Y構占比較大,其抗震加固技術的研究格外重要。
一、檢測與鑒定
(一)檢測 混凝土結構的檢測主要包括四個方面的內容 :
1. 結構現狀調查。主要是針對結構構件實際尺寸與偏差、表面缺陷(如蜂窩、孔洞、露筋等)、裂縫、實際變形程度和損傷情況等的調查。
2. 結構中鋼筋性能檢驗。主要是對鋼筋材質、配筋數量、碳化深度、規格以及銹蝕程度等進行檢驗。
3. 混凝土強度檢測。主要是對承重構件的混凝土抗壓強度使用超聲、回彈、鉆芯取樣等方法進行檢驗。
4. 結構構件性能的實荷實驗。主要用于對工程結構加固后的承載力、剛度或抗裂性能進行檢驗。
(二)鑒定
混凝土結構的鑒定主要包括兩個方面的內容 :
1. 結構可靠性鑒定。按層次可以依次分為構件的可靠性鑒定、子單元的可靠性鑒定和鑒定單元的可靠性鑒定,每個層次的鑒定又均分為安全性鑒定和正常使用性鑒定。
2. 抗震鑒定。指所有既有建筑都應按照現行國家標準《建筑抗震鑒定標準》(GB 50023)或《構筑物抗震鑒定標準》(GB 50117)規定進行抗震鑒定。
主要加固技術
1. 直接加固梁、柱構件
該方法主要是針對結構構件承載力不足而進行的加固。
可采用增大截面、外粘型鋼、粘貼鋼板或纖維復合材、鋼絲繩網片 - 聚合物砂漿外加層、增設支點以及外加預應力等方法。
2. 取消建筑物間的伸縮縫,將原來相互獨立的單體結構連成整體
早期的公共建筑很多由伸縮縫來分割成多個單體結構,由于伸縮縫間距過小,在地震作用時,往往造成單體之間的碰撞破壞甚至倒塌。
對各個單體進行加固,工作量大,且在伸縮縫部位加固,空間小施工困難,故可在伸縮縫處設置鋼筋混凝土抗震墻,將兩個甚至多個單體連成整體,從總體上綜合考慮結構加固方案。
混凝土結構中的伸縮縫
3. 消能減震
消能減震是在結構的適當部位附加耗能減震裝置。
小震時減震裝置如消能桿件或阻尼器處于彈性狀態,建筑物具有足夠的側向剛度以滿足正常使用要求 。
消能支撐示意圖
在強烈地震作用時,隨著結構受力和變形的增大,讓消能桿件和阻尼器首先進入非彈性變形狀態,產生較大的阻力,耗散輸入結構的地震能量并迅速衰減結構地震反應。
黏性流體阻尼器
消能減震技術主要是通過設置一定數量的阻尼器來實現,目前常用的是速度相關型阻尼器和位移相關型阻尼器。
4. 隔震
隔震技術是在建筑物基礎(下部)與上部結構之間設置一層隔震層。
隔震層把上部結構與基礎(下部)隔離開,隔離地面運動能量向建筑物上部傳遞,減小地震反應。
隔震技術在混凝土結構加固過程中涉及的關鍵元件為隔震支座。隔震支座具有很大的豎向剛度和較小的水平剛度,在地震作用下,支座發生較大變形,進入塑性狀態,使結構具有較大的基本周期,從而減小了地震作用。
施工流程圖
5. 增設搖擺墻
搖擺結構是一種外部附加子結構的新型抗震結構體系。
通過釋放某些部位的約束,允許結構相應位置發生相對位移,從而改變構件的受力狀態,改善結構的抗震性能。
抗震加固技術選用原則
(一)在安全、可靠、經濟的前提下,挖掘既有結構構件的潛力,充分利用原結構構件、施工場地中現有材料。
(二)選擇加固體積小、可循環利用、易于更換、耐久性高、環保的材料。
(三)抗震加固方案應根據鑒定結果經綜合分析后確定,以加強整體性、改善構件受力狀況、提高結構綜合抗震能力為目標。
(四)宜采用簡約、功能化、輕量化。有條件時,優先采用消能減震、隔震等結構控制技術。