单跨钢筋混凝土框架抗震加固方法分析及工程实例.pdf

8 7 0 建 筑 技 术 Ar c hi t e c t ur e Te c hn ol og y 第4 6 卷第 1 0期 2 0 1 5 年 l 0月 、 bl _4 6 No 1 0 Oc t 2 0 1 5 单跨钢筋混凝土框架抗震加固方法 分析及工程实例 孙 建 ，王克昌2 ( 1 东南大学 混凝土及预应力混凝土结构教育部重点实验室，2 1 0 0 9 6 ，南京；2 江苏东南特种技术工程有限公司， 2 1 0 0 0 8 ，南京 ) 摘要：结合工程实例，针对中小学校舍建筑应用较多的单跨钢筋混凝土框架结构，分析对比了增设抗 震墙、翼墙、抗震支撑 ，增设框架梁、柱，构件层次加固等加固方法。总结出采用的方案应满足相关规范的 要求 ，并尽量使加固后的结构平面布置合理、结构双向抗侧刚度以及动力特陛接近、立面不出现薄弱层等， 同时应尽量减小对原建筑的影响，降低加固费用。 关键词：加固改造 ；单跨框架；抗震墙；翼墙；抗震支撑 中图分类号 ：T U 7 4 6 文献标志码 ：B 文章编号 ：1 0 0 0 4 7 2 6 ( 2 0 1 5 ) 1 0 0 8 7 0 0 3 ANALYS I S AND ENGI NEERI NG PRACTI CES FoR S I NGLE- S PAN REI NFORCED CONCRETE FRAM E AS EI S M I C STRENGTHENI NG M ETHoD SUN J i an ，WA N G K e c h a n g ( 1 Ke y L a b o r a t o r y o f C o n c r e t e a n d P r e s t r e s s e d C o n c r e t e S t r u c t u r e s o f Mi n i s t r y o f E d u c a t i o n ， S o u t h e a s t U n iv e r s i t y ,2 1 0 0 9 6 ， Na n j i n g ，C h i n a ；2 J i a n g s u Do n g n an S p e c i a l E n g i n e e r i n g &T e c h n o l o g y Co ，L t d ， 2 1 0 0 0 8 ，Na n j i n g ，Ch i n a ) Abs t r a c t ： Ba s e d o n e n g i n e e rin g p r a c t i c e s ，v a rio us s t r e n g t h e n i n g me t h o d s f o r t he s i n g l e - s p a n r e i n f o r c e d c o n c r e t e f r a me s t r u c t u r e wi d e l y us e d i n mi d d l e and e l e me n t a r y s c ho o l b u i l d i n g s ，s u c h a s a d d i n g s h e a r wa l l ， wi n g wa l l and a s e i s mi c b r a c e ，a d d i n g f r a me b e a m a n d c o l u mn ，s t r e n gth e n i n g o f s t r u c t u r a l me mb e r s ，e t c ， a r e c o mp a r e d wi t h e a c h o t h e r I t i s s u mma r i z e d t h a t t h e a d o p t e d s t r e n g t h e ni n g s c h e me s ho u l d s a t i s f y t h e r e q u i r e me n t s o f r e l a t e d c o d e s ，an d s h o u l d e n s u r e the r e a s o n a b i l i t y o f the s t r u c t u r a l p l an l a y o u t wh i c h r e s u l t s in s i mi l ar l a t e r a l s ti ff ne s s a n d d y n a mi c c h a r a c t e ris t i c s in the t wo p r i n c i p a l a x i s d i r e c t i o n s an d the a b s e n c e o f we a k s t r u c t u r e l a y e r I n a d d i t i o n，the s e l e c t e d s tre n g t h e n i n g me tho d s h o ul d a l s o b e c o n d u c i ve t o r e d u c e t h e a d v e r s e i mp a c t o n the o rig i n a l s t r u c t u r e a s we l l a s the c o n s t r u c t i o n c o s t Ke y wo r d s ： s t r e n g t h e n i n g a nd r e h a bi l i t a t i o n； s i n gl e - s pa n f r a me ； s h e a r wa l l ； wi n g wa l l ； a s e i s mi c s u p p o r t 地震发生时，单跨框架结构易产生较大侧移，在 柱底形成塑陛铰而导致结构整体倒塌。在中小学校建 筑中，由于建筑物使用功能的限制，部分教学楼、食 堂和礼堂等采用了单跨钢筋混凝土框架的结构形式。 根据国家规范和标准规定 1- 3 ，该类建筑物不符合抗 震要求，应采取适当的抗震加固或处理措施。 1 加固方法分析 当原 结构的结构体 系明显 不合理时 ，若条件许 可，应采用增设构件的方法予以改善；否则应采取同 时提高承载力和变形能力的方法，以使其综合抗震能 力满足抗震鉴定的要求 】 。 1 1 增设抗震墙 增设钢筋混凝土抗震墙，使单跨框架结构变为框 剪结构，然后按框剪结构进行抗震分析。该方法具有 收稿 日期 ：2 0 1 5 - 0 7 0 3 作者简介：孙建 ( 1 9 8 4 一 )，男，江苏淮安人， 博士研究生，e m a i l s u n j i a n c i v i l 1 6 3 c o m 以下优点 【5 ：( 1 ) 提高了结构的整体刚度，减小了结 构在地震作用下的变形；( 2 ) 新增抗震墙将承担主 要的地震作用，原有框架构件承受的地震作用减小， 避免了构件因配筋不足而逐个加固；( 3 ) 原框架结 构变为框剪结构后，框架的抗震等级有所降低，对框 架梁、柱及节点的构造要求会有所降低，但新增抗震 墙与原框架梁、柱及楼板应可靠连接。 1 2 增设翼墙 当士 姑亢 啬 娄 置受至 艮 带 l肘 ， 增 设翼墙， 形成带翼墙框架柱的结构体系。翼墙的设置会 对相应菩 梁、柱产生定影响 】 。翼墙构件在罕遇 地震作用下将首先屈服开裂， 从而消耗地震能量。 此外， 翼墙将柱顶受压区域主动外移，使之远离框架柱主体， 可避免柱顶混凝土压碎破坏嘲 。由于仅在个方向布置 翼墙会导致另方向地震作用增大及两主轴方向结构动 力特 目 近等原因， 应沿两个主轴方向同时布置翼墙。 1 3 增设抗震支撑 在单跨框架结构平面内增设钢支悼， 将相应的框架 2 0 1 5 年 1 0 月 孙建，等：单跨钢筋混凝土框架抗震加 固方法分析及工程实例 变 忏 亍 架， 可大幅提高结构的抗钡 倜0 度。 在地震f佣 下， 支撑桁 捱 司 剪力， I 而濑 J 】梁 柱弯矩和剪力。 在罕遇 下， 即使融 城塑睦铰， 桁架体系仍 是几 伺不变体系， 可保征墙 檄凹 。 1 4 增设梁、柱 增设梁、柱将单跨框架结构改为多跨框架结构，以 增加多余约束，增强结构耗能及抗坍塌能力。应用该方 法有两个问题 口 o ： ( 1 ) 需改为多跨的单跨榀数；( 2 ) 新增梁、柱的布置。有关规程 规定， 单跨框架不符合 鉴定要求时， 可将不大于框剪结构的抗震墙最大间距且 不大于2 4 m的可距对应轴线的单跨框架改为多跨框架。 对于新增梁柱布置可采用内加和外扩方案：内加指在原 单跨框架内部增 注； 外扩指在房屋的外 蚴 _ _ 跨或多跨框架柱。增设睡 啦自 上而 奎 续并落到基 础上， 基础埋深般宜与既有柱基 目 同。 1 5 加 固梁、柱及节点 对于部分单跨框架结构 ( 如教室间的走廊 ) ，无法 采用上述方法加固，只能采用构件层次的加固方法 1” ， 即对单跨框架的梁、柱截面及节点进行加固，以提高结 构承载力及变形能力，从而提高单跨f 睐 的综合抗爵 力。 此外，根据有关规范 n 。 ，可改变既有单跨框架 结构的使用功能，降低其抗震设防类别，从而降低对 抗震措施的要求。 1 6 加 固方法选择 ( 1 ) 增设抗震墙、翼墙或抗震支撑可调整结构的 刚度分布，宜结合抗藉 十 算要求及建筑平面布置等因素 对称设置，使结构质 I口 刚度中，亡 、尽量重合，减小扭转 作用。当采用该类方法时， 纵轴方向应同时增设 述抗 侧力构件，但可能会给建筑立面及使用功能带来一定影 响。艘IY CF ，增设抗震支撑无须扰动原有基础， 对 原有建筑物影响铳小，目 施工相对简便、工期较短、 造 价 氐 ， 若建筑嘴 旨 允许，宜 妨谎教撑 。 ( 2 ) 增设抗震墙或翼墙均需增设基础，既增大 了施工难度，也增加了费用及工期，而且增设的抗震 墙会增加结构自重 ，须对原地基基础进行验算校核， 在增设支撑确有困难的情况下，方可采用该类方法。 当房屋总高度较小而跨度较大时，应避免增设的抗震 墙成为矮墙。当增设抗震墙的数量与位置受到限制或 跨度较大时，可增设翼墙。 ( 3)改 单跨框架为多跨框架时需增设梁、柱 ， 该方法可能改变建筑平面布局和立面形式，因此常受 建筑物使用功能的限制，此外须增设柱基础。在增设 支撑确有困难的情况下，也可采用该类方法。 ( 4)当以上方法均无法选用时，可改变结构的 使用功能或仅进行构件节点加固。 2工程实例分 析 2 1 增设抗震墙、翼墙实例 某学校教学楼附属楼梯间系双向四层单跨框架结 构 网 ，紧邻教学楼，属乙类建筑，其结构平面布置如图 l 所示。 该楼 司须满足北侧、 东侧教学楼的服务要求， 若双向设置支撑会影响人流通行；若改为两跨，需在两 个方向均向外延伸榀框架或在内侧增加榀框架，会 影响建筑物内部 司或尉 通行。因此采取增设抗震墙、 翼墙的方法进行加固处理，结构加固平面布置如图 2 所 示， 增设的墙体与厉 E 的连接可采用图3 的形式。 一 l _ l 图 1 平面布局示意 图 2 结构加固平面示意 2 2 增设框 架梁、柱实例 某中学学校二层阶梯教室 5 为单跨钢筋混凝土 框架结构，建于 1 9 8 5 年。该建筑所在地区抗震设防 烈度为 8 度，设计基本地震加速度为0 2 0 g ，抗震设防 分类为乙类，按后续使用年限 3 0 年考虑。由于该建筑 紧邻其他建筑，增设抗震墙将影响紧邻建筑，又因该 建筑的1窗位置限制了支撑的使用，因此采用在两端 边跨的跨中增设框架柱， 将边跨改为多跨框架的方法， 即 4 0 的框架为多跨框架 ( 图 4 ) 。 2 3 加固梁、柱及节点实例 某中学三层办公楼为单跨钢筋混凝土框架结构， 建于 1 9 9 3 年，底层为走廊，二三层为办公室。建筑 物所在地区抗震设防烈度为 7 度，设计基本地震加速 度为 0 1 o g ，该办公楼按后续使用年限 4 O 年考虑。因 首层走廊通行功能限制，既无法增设抗震墙、翼墙 、 抗震支撑 ，也无法改单跨为多跨 ，只能采用加固梁、 8 7 2 建筑技术 第 4 6 卷第 l 0 期 新增墙体水平筋 拉筋 6 1 0 0 ( a) 新增墙体纵筋 二 堑 堕 堡 兰 堑 拉筋中6 1 0 0 盟 连接筋植入梁内 水平间距宜为5 0 0 立筋 1 O 0 ( b) 图 3 新增墙体与原框架连接示意 ( a ) 与原框架柱的连接； ( b) 与原框架梁的连接 图 4 标准层结构平面示意 柱截面及节点的方法，通过构件的承载力及变形能力 抵抗地震作用，其标准层结构平面如图5 所示，增大 截面法加 固框架梁柱如图 6所示。 3 结束语 ( 1 )单跨框架结构对抗震不利，应严格控制该 类结构体系的使用。新建建筑应尽量避免采用单跨框 架结构。 对于既有单跨框架结构 ， 须对其进行加固处理。 ( 2 )对单跨框架的加固应根据具体情况采取适 宜的方案。所采用方案应满足相关规范要求，并尽量 ： k 一 j l 图 5 标准层结构平面示意 4 生2 2 L _ _ L Q Q ( a ) I l I I d 【 J 上 击 1 0 I 1 4 l 原框架梁 卜 I + r I l 1 1 # 8 1 0 0 2 0 0 l l 8 1 0 0 2 0 L L 4 圭 2 2 I l 图6 增大截面加固原框架梁柱示意 ( a ) 柱截面加固； ( b ) 梁截面加固 使加固后的结构平面布置合理 、结构双向抗侧刚度以 及动力特性接近、立面不出现薄弱层等，另外应尽量 减小对原建筑物的影响，降低加固费用。 参考文献 1 G B 5 0 2 2 3 -2 0 0 8 ，建筑工程抗震设防分类标准 s 2 】G B 5 0 0 2 3 -2 0 0 9 ，建筑抗震鉴定标准 s 【 3 G B 5 0 0 1 1 2 O 1 O ，建筑抗震设计规范 s 】 【 4 J GJ 1 l 6 2 0 0 9 ，建筑抗震 加固技 术规 程 s 5 建筑抗震鉴定标准与 建筑抗震加固技术规程 编制组 全 国中小学校舍抗震鉴定与加固示例 M】 北京 ：中国建筑工业出 版社 ，2 0 1 0 6 】 林树枝，袁兴仁 翼墙加固单跨框架抗震性能研究 J l 工程抗震 与加固改造，2 0 1 l ， 3 3( 1 )： 9 9 1 0 5 7 】 国明超，栾曙光，鞠杨，等 钢筋混凝土带翼墙短柱抗震性能研 究 J 建筑结构学报，1 9 9 6 ，1 7( 3 )：3 2 4 2 8 】 郭猛，刘佩，姚谦峰 翼缘框架柱框架结构动力特性 J 建筑科 学与工程学报，2 0 0 9 ，2 6( 2 )：5 7 6 2 9 袁兴仁，张鹏程 ， 林树枝 ，等 利用加设钢支撑改变单跨框架结 构体系的抗震加固效果研究 J _ 工程抗震与加固改造，2 0 1 1 ，3 3 ( 2)：1 0 4 1 l 1 1 0 段贵明，史铁花 单跨框架结构抗震加固方法研究 J 】 建筑结构， 2 0 1 0，4 0( 5)：7 2 7 3 【 1 1 淳庆，张伟斌 南京某框架结构老厂房加固设计与施工 J 建筑 技术 ，2 0 1 5 ，4 6 ( 1 ) ： 2 0 2 3 T ， k b 一 ( 0 4 2 一 d十 ， r