现有建筑物抗震分析及加固

摘要：文章结合国家最新抗震设计规范和抗震加固标准，分析了现有校舍存在的问题和抗震性能，简单介绍了抗震结构整体性抗震加固方法。通过某中小学砌体结构校舍抗震鉴定结果，具体分析了校舍存在的问题并给出了加固已建。最后结合鉴定结果，对底层进行水平地震作用下的墙体截面抗震验算及分析。 关键词：汶川地震 砌体结构 抗震加固 抗震设计

1 引言

在震惊中外的5.12 汶川地震中,因为学校、医院等人员密集场所的房屋建筑抗震设防水平偏低,造成大量人员伤亡,引起社会各界对密集场所建筑抗震设计的关注。国务院及教育部要求从2009年起,用3年时间，对地震重点监视防御区、7度以上地震高烈度区、洪涝灾害易发地区、山体滑坡和泥石流等地质灾害易发地区的各级中小学存在安全隐患的校舍进行抗震加固、迁移避险，提高综合防灾能力，使学校校舍达到重点设防类抗震设防标准，并符合其他防灾避险安全要求；其他地区按抗震加固、综合防灾要求，集中重建整体出现险情的危房、改造加固局部出现险情的校舍，消除安全隐患。建立健全所有中小学校、所有校舍的安全档案，确保将学校建成最安全、家长最放心的地方。依据地震后新颁布的《建筑工程抗震设防分类标准》及《建筑抗震加固技术规程》规定,幼儿园、小学、中学的教学用房以及宿舍和食堂,抗震设防类别应不低于重点设防类,即不低于乙类。对存在安全隐患的校舍,要立即停止使用,并委托有相应资质的单位进行抗震鉴定,根据鉴定结果制定出抗震加固方案,及时改造加固。

据初步统计我国大量中小学教学楼采用砌体结构，特别是2001年以前建设的校舍,其中相当一部分不能满足目前的抗震设防要求。

2 现有校舍存在的问题分析

通过汶川地震后中小学校舍的破坏情况以及对现有中小学校舍的勘探与调查，发现我国中小学校舍存在的问题如下：

1.大部分中小学的学校建筑(教学楼、学生公寓、食堂等)均建于80-90年代,因

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设计年代远,绝大部分为砖混结构，抗震设计参考以前的设计规范，远远低于抗震要求。主要问题有：建筑高度超限；横墙间距超限,建筑物整体性差；抗震构造中,大部分建筑的圈梁、构造柱措施均不符合《建筑抗震设计规范》7.3 规定设置,导致房屋的整体性差、抗震性能差,承重结构的连接构造无法保证结构安全；建筑材料不满足抗震鉴定标准；砌筑砂浆、砌体材料等强度偏低,导致抗震节点构造差,大部分砌体均有裂缝,局部挑梁接近破坏,局部建筑物有地基下沉,房屋整体性差等；由于设计年代比较久,长期的建筑物自然条件和人为条件,有的建筑墙体已开裂,竖向承载力不够,导致地基下沉现象。 2.现有建筑物较少或没有考虑防止倒塌或连续倒塌等问题

根据有关资料统计，汶川地震造成四川省大约13779间学校受损，受损面积约有2489.96万平方米，此次地震之所以造成人员伤亡惨重,主要是大部分中小学校建筑物的严重破坏，出现倒塌甚至连续性倒塌。建筑物倒塌或连续倒塌是各种灾害袭击时人员伤亡和设备损毁的主要威胁。 3.人员疏散通道的安全性

地震发生后，由于人员逃生的本能往往造成建筑物的走廊、楼梯等疏散通道内骤然间人员密度加大、流动性加强，一旦疏散通道发生倒塌，就会造成群死群伤的严重后果。汶川地震中，就发生了多个建筑物局部倒塌的楼梯间下集中死亡的事例。在地震后的调查中也发现很多人员伤亡都集中在过道、走廊、出口附近，有的事例中甚至出现在出口附近多达七、八层尸体的现象。因此，在建筑物抗震设计时应保证结构疏散通道的合理性和特大地震下的抗倒塌性能至为重要。

3 校舍抗震能力分析与结构加固

3.1 校舍抗震能力分析

最新调查显示,我国大多数现行中小学校舍为砌体结构，因此加强对砌体结构抗震性能分析和抗震加固是必不可少的。

砌体结构属于脆性材料结构，通过砌块和砂浆的互相作用及纵横墙的拉结而达到具有一定承重能力和抗震性能。砌体结构的抗拉、弯、剪的强度较其抗压强度低,砌块之间的连接较差,虽然设置了钢筋混凝土构造柱、圈梁等加强措施,但当遇到强震时,在复杂的地震波作用下,砌块之间的连接容易被破坏,导致砌体离散,受力构件破坏,建筑物垮塌。由于砌体结构变形能力小、抗震性能差等缺点，

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在高烈度地区,墙体一般由于平面外的失稳而先行破坏,进而引起整个房屋倒塌。有些校舍建筑还存在着楼梯间布局不合理的现象,如将楼梯间布置在建筑物端部。由于楼梯间与建筑主体部分刚度相差很大,地震时结构容易产生扭转变形导致破坏。楼梯间的圈梁和构造柱没按规范设置也是产生震害的重要原因。

研究发现砌体结构地震后破坏特征有以下几种形式。砌体房屋的地震震害主要取决于细部构造和墙体，其主要破坏特征和敏感部位如下： 1）墙体或楼（屋）面层的开裂、脱落，室内装饰物的脱落；

2）砌体本身应力集中处易产生斜裂缝，在刚度变化处如转角墙、房屋端部和凹凸处易产生裂缝；

3）墙间、墙与楼（屋）盖与附属结构的连接处因受震联系而产生裂缝； 4）平行于主震方向的主要承重墙体易发生开裂、滑移甚至局部掉角或塌落，构件联系破坏。

3.2 砌体结构主要抗震加固措施

砌体结构抗震加固施工方法主要有外加固法,内加固法,夹板墙加固法。外加固法一般结合砖混结构的层数及抗震鉴定的结果,需要在建筑外侧增加不同数量的构造柱、圈梁以及保证构造柱、圈梁和抗震墙体协同工作的拉杆。这种方法一般不占用室内建筑面积,对用户影响较小,但对建筑立面造型影响较大。内加固法基本原理同外加固法,也需要增设构造柱、圈梁及拉杆,必要时,如原有抗震墙体间距过大,需加设抗震墙体,内加固法不会改变建筑立面造型,一般适用于像学校、医院等公共建筑。夹板墙加固法为在加固原有抗震墙体的基础上提高抗震性能,目前最常用的是钢筋网水泥砂浆面层加固法和混凝土板墙钢筋网面层加固,即在要加固墙体的单面或双面加设钢筋网,用锚筋、插入短筋、拉结筋等方法把钢筋网四周与楼板或大梁、柱或墙体连接。国内外的试验表明,M10混合砂浆砌筑的240mm厚砖墙,通过夹板墙加固,墙体抗剪能力比原砖墙提高2倍以上。除此外还有对单个混凝土构件或砖砌体构件加固方法。对于砖混结构中的单个构件,如砖柱、混凝土柱、大梁、窗过梁等构件,一般采用以下几种方法:对于独立砖柱,通常采用外包混凝土法、外包角钢法等；对于独立混凝土柱,采用外包混凝土加大截面法和粘钢法等；对混凝土大梁采用粘钢法和贴碳纤维布法等方法；柱采用混凝土加大面积法加固时,可以提高构件的竖向承载力和水平力刚度,当采用外包

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