公共建筑抗震加固设计的研究

公共建筑抗震加固设计的研究

余智强

余智强

东莞市大业建筑技术咨询有限公司广东东莞523000

摘要：本文以某公共建筑为例，对其进行了抗震鉴定，详细介绍了抗震鉴定的方法流程。鉴定结果表明，该现有建筑部分结构不满足要求，因此对该建筑进行加固设计，并详细分析了各部分的加固设计，希望能为有关需要提供参考。

关键词：建筑工程；现状调查；抗震鉴定；加固设计

1引言

对公共建筑进行抗震鉴定和加固设计工作，提高建筑结构抗震能力，是国家抗震防灾工作的重要组成部分，也是减轻地震灾害的有效方式之一。自汶川大地震以来，人们对现有建筑的抗震检测和加固工作越来越重视。如何采取有效的方法对现有建筑进行抗震鉴定，并对不合格的建筑进行加固设计是需要人们给予重视的重要问题。

2工程概况

某公共建筑工程地下1层，地上有8层。第一层是大厅，2～6层作为书库及计算机机房使用，7层是设备层，8层是电梯机房和设备用房。建筑平面形状为矩形，总高度26.90m。结构形式为现浇框架-剪力墙结构，基础为箱形基础，楼板为现浇梁板体系，标准层结构如图1所示。

4抗震鉴定

4.1抗震鉴定原则

本工程属于B类建筑，应进行两级鉴定。

（1）第一级鉴定：对现有房屋的宏观控制和构造鉴定为主进行综合评价；

（2）第二级鉴定：对现有房屋进行抗震验算为主结合构造影响进行综合评价。

（1）和（2）同时满足的建筑评定为满足抗震要求，可不进行加固处理；（1）满足而主要抗侧力构件的抗震承载力不低于规定的95%、次要抗侧力构件的抗震承载力不低于规定的90%，可不进行加固处理；（1）不满足而抗震承载力较高时，可通过构造影响系数进行综合抗震能力的评定；（1）和（2）均不满足要求时，应采取加固或其他相应措施。

4.2抗震等级确定

根据《建筑工程抗震设防分类标准》第4.0.3条，图书馆工程抗震设防类别应划分为重点设防类（乙类）。依据现行《建筑抗震设计规范》第6.1.2条规定，本楼框架抗震等级为二级、剪力墙抗震等级为一级。改造工程的抗震设防目标及抗震设防水准，按照安全、经济、合理的要求，结合其后续使用年限40年相协调，确定框架抗震等级为三级、剪力墙抗震等级为二级。

4.3场地、地基和基础

查阅原地勘报告，本楼建造于对抗震有利的地段，场地类别为II类，其地基主要受力范围内不存在软弱土、饱和砂土和饱和粉土或严重不均匀土层。依据《建筑抗震鉴定标准》第4.1条、4.2条规定，可不进行场地对建筑影响的抗震鉴定，同时也可不进行地基基础的抗震鉴定。

4.4抗震措施鉴定（第一级鉴定）

（1）结构高度

本工程结构总高26.90m，满足《建筑抗震鉴定标准》第6.1.1条，7度框架-抗震墙结构适用的最大高度为120m的要求。

（2）房屋的结构体系

本工程为双向多跨框架-抗震墙结构，结构布置及框架梁、柱、剪力墙截面满足《建筑抗震鉴定标准》第6.3.2条房屋结构体系要求。

本工程建筑平面形状为矩形，平面没有局部突出，立面没有局部缩进，均满足《建筑抗震鉴定标准》第6.2.1条房屋结构体系要求。

楼层刚度大于其相邻上层刚度的70%，且连续3层总的刚度降低小于50%，满足《建筑抗震鉴定标准》第6.2.1条房屋结构体系要求。

首层个别框架柱轴压比为0.98，不满足《建筑抗震鉴定标准》第6.2.1条框架-抗震墙柱（抗震等级三级）轴压比≤0.95的要求。

（3）混凝土强度等级

本工程混凝土强度实测结果，满足《建筑抗震鉴定标准》第6.3.3条梁、柱、墙实际达到的混凝土强度等级不应低于C20要求。

（4）框架梁的配筋及构造

本工程框架梁纵向受拉钢筋的配筋率不大于2.5%；梁端截面的底面和顶面配筋量的比值不小于0.3；梁端箍筋实际加密区的长度大于梁截面高度的1.5倍，箍筋最小直径为8mm，满足要求。

（5）框架柱的配筋及构造

本工程框架柱实际纵向钢筋的总配筋率，框架中柱、边柱和角柱均大于1.0%，满足要求。柱箍筋加密区的箍筋间距为100mm，箍筋直径为φ8mm和φ10mm，满足要求。柱加密区箍筋肢距不大于200mm，且每隔1根纵向钢筋在2个方向均有箍筋约束，满足要求。

（6）框架节点核心区构造

本工程框架节点核心区内箍筋最大间距为100mm，最小直径为φ12mm，柱体积配箍率为1.6%～2.1%，满足《建筑抗震鉴定标准》第6.3.6条要求。

（7）抗震墙的配筋及构造

本工程抗震墙墙板竖向、横向分布钢筋的配筋率约为0.628%，均大于0.25%，最大间距为150mm，最小直径φ12mm，满足要求。抗震墙边缘构件的配筋，纵向钢筋配筋率为1.2%～2.0%，箍筋直径均为φ10mm，间距均为100mm，满足《建筑抗震鉴定标准》第6.3.7条要求。

（8）填充墙

本工程砌体填充墙在平面和竖向布置均匀对称，满足要求。砌体填充墙沿框架柱每隔500mm有2根φ6mm拉筋，拉筋伸入填充墙内长度700mm，满足三四级框架不应小于墙长的1/5且不小于700mm的要求。墙长度大于5m时，墙顶部与梁设有拉结措施，满足《建筑抗震鉴定标准》第6.3.9条要求。

4.5抗震承载力验算（第二级鉴定）

第二级鉴定是以抗震验算为主，结合构造影响进行综合评价。第二级鉴定可采用楼层综合抗震能力指数法与《建筑抗震设计规范》规定方法进行抗震计算分析。本工程采用中国建筑科学研究院编制的《PKPM混凝土结构鉴定加固》软件进行抗震承载力计算。在建立计算模型和选择计算方法时采取了如下处理。

（1）在PKPM软件计算中，依据原设计施工图、本次改造建筑图，并结合现场调查结果，确定结构布置及荷载分布，建立计算空间计算模型。

（2）抗震计算的有关参数

抗震设防烈度：7度；设计基本地震加速：0.15g；

设计地震分组：第一组；设计特征周期值：0.30s；

建筑场地类别：II类；地面粗糙类别：C类；框架抗震等级：三级；剪力墙抗震等级：二级。

（3）梁柱节点重合部分，梁端简化为刚域。

（4）考虑填充墙对于结构总体刚度的影响，计算时取周期折减系数为0.75。

（5）根据第一级鉴定结果，体系影响系数取0.95。

经计算首层个别框架柱抗剪不满足要求，首层、2层部分框架梁、板承载力不满足要求，3层、5层改造为设备机房位置楼板承载力不满足要求。

4.6抗震鉴定结论

（1）个别框架柱轴压比不满足要求；

（2）个别框架柱抗剪不满足要求；

（3）部分框架梁承载力不满足要求；

（4）部分楼板承载力不满足要求。

5抗震加固设计

5.1框架柱加固

轴压比不足的框架柱采用加大截面法进行加固处理。该方法是在框架柱构件表面凿毛和清洁处理后用钢筋混凝土围套，围套内的纵向受力钢筋由计算确定，并与原框架柱内纵向受力钢筋共同工作。采用加大截面法不仅提高框架柱的承载力，并且在一定程度上提高了结构的刚度。加大截面的尺寸一般在100mm左右，采用混凝土加大截面，浇筑时很难振捣密实，加固质量难以保证。本工程采用高强灌浆料代替混凝土，保证了混凝土的密实度。

抗剪承载力不足的框架柱采用横向粘贴碳纤维的方法进行加固处理。框架柱粘贴环向碳纤维箍，缠绕3圈且搭接长度应超过200mm。碳纤维箍外侧抹厚度不小于25mm的高强度水泥砂浆，以满足防火及防护要求。框架柱顶部及底部设置4mm厚钢板封闭箍进行附加锚固。

5.2混凝土梁加固

混凝土梁采用型钢加固法。此方法适用于不允许增大构件截面尺寸，而又需要大幅度地提高承载力的混凝土结构加固。型钢加固法是在混凝土构件四周包以型钢，型钢与被加固梁之间用聚合物砂浆或结构胶等方法黏结。型钢表面抹厚度不小于25mm的高强度水泥砂浆（应加钢丝网防裂）作防护层。

5.3楼板加固

楼板采用粘贴碳纤维加固法。碳纤维复合材加固混凝土结构，主要是利用纤维抗拉的高强度、高弹性模量、高应变性能及利用改性环氧树脂类胶结材料，使碳纤维与混凝土结构产生良好的黏结性，加固补强原结构受拉纵向钢筋和受剪、抗扭箍筋的不足，从而提高结构抗弯、抗剪、抗扭承载力。

该方法用高性能黏结剂将碳纤维布黏贴在楼板表面（纤维粘贴方向应平行于构件的主受力方向），使两者共同工作，提高楼板的抗弯承载力。为提高碳纤维布黏结加固耐久性，碳纤维表面采用压结钢片加射钉进行附加锚固，压结钢片长度宜为碳纤维布宽+60mm，射钉应不打穿碳纤维布。

6结语

综上所述，建筑抗震性能差是地震中伤亡人数多的主要原因之一，对公共建筑进行抗震鉴定与加固设计能有效地降低地震中的人员伤亡。因此，要对现有建筑进行现状调查，根据调查结果采用正确的方法对现有建筑的抗震性能进行鉴定，并对鉴定结果不符合要求的建筑进行加固设计，采取合理的加固方案对建筑进行加固施工，保证现有建筑的抗震性能满足要求，减少地震造成的伤亡。

参考文献：

[1]黄国胜，樊宇，胡荣.加层框架结构的抗震鉴定方法与建议[J].低温建筑技术.2014（11）

[2]付占明，李凯.某钢屋架加固设计施工实例[J].工程建设.2014（06）