论文部分内容阅读
摘要：目前已建的中小学教学楼中有许多属于单跨或单跨加悬挑外廊的结构形式。这种结构形式安全储备低，在地震作用下，倒塌的可能性很大。现行规范已经提出抗震设计的框架结构不宜采用单跨框架。结合湖南长沙地区中小学教学楼抗震加固工程实例，介绍了实际工程中可行的几种单跨结构加固方案。
关键词：单跨框架， 加固
Abstract: at present already built in the primary and secondary schools in the teaching building there are many belongs to the cross or single span and cantilever WaiLang structure form. This structure form security reserve low, under the effects of earthquake, the collapse of possibility is very large. The current specification has put forward seismic design frame structure of the unfavorable use single span framework. Combining hunan changsha area middle and primary school teaching building seismic strengthening project example, the paper introduces the practical engineering feasible several single span structure reinforcing scheme.
Keywords: single span framework, reinforcement
中图分类号：U457+.3 文献标识码：A 文章编号
1.引言
即使严格按照设计规范进行合理设计的建筑结构，仍不能避免使用阶段的性能退化，若结构本身存在设计失误、施工过程质量未能得到保证、服役期内使用功能变更、甚至由于抗震规范条款变动使得原本设防标准过低等，此时必须对结构进行抗震加固，提高其抗震性能。 随着建筑结构抗震设计理论的逐渐成熟，各国按照现行设计规范进行合理设计的建筑结构，通常能够满足安全性的要求。最近十几年内的震害表明，虽然结构能够在较大地震作用中保证“不倒”，但其功能受损造成的经济损失却是巨大的。这种情况下，基于性能的抗震设计理论被提上日程，设计者开始关注包括安全性
在内结构性能水平的问题。 中小学建筑属于特殊的公共建筑，其服务主体为学生，人员密度大、活动频繁，且主体自身缺乏自我保护意识。5.12 汶川地震中中小学教学楼的大面积倒塌造成了巨大的人员伤亡，这之后，针对提高此类结构抗震性能水平的目的，各种加固方案被不断提出。
2.中小学单跨框架典型形式
中小学框架结构教学楼的建筑形式根据走廊形式的不同，大致分为两类——外廊式和内廊式。其中外廊式一般有三种：悬挑走廊教学楼、单边走廊教学楼、双边走廊教学楼[17] [18]。此类建筑纵向开间较大，结构形式不论在水平向还是竖向都比较规则，其建筑高度通常不高，多为多层建筑。本文所讨论的是中小学中比较常见的的悬挑单边走廊式教学楼，由于01版抗规之前并未禁止单跨多层框架，故悬挑单边走廊式教学楼在以往的设计中经常采用。
悬挑单边走廊式教学楼平面示意图
悬挑单边走廊式教学楼立面示意图
3 加固方法
目前常用的结构抗震加固方案主要有以下几种
3.1改变结构受力体系：
结构形式上不符合鉴定要求的单跨框架应增设抗震墙、翼墙、抗震支撑等抗侧力构件，或改造单跨框架为多跨框架。结构整体刚度较弱、且明显不均匀或扭转效应不可忽略时，“可增设钢筋混凝土抗震墙或翼墙加固，也可以增设支撑进行加固。
3.2直接加固梁、柱构件
规程给出的方案有：钢构套加固、钢筋混凝土构套加固、粘贴钢板加固、钢绞线网-聚合物砂浆面层加固、混凝土缺陷修补等。
3,3结构减震隔震
目前一种性能较优的加固方案——增设减震隔震设施在加固工程中也频频使用，其通常分为基础隔震技术和消能减震技术。
1）基础隔震技术
目前研究开发的基础隔震技术主要有：叠层橡胶垫隔震、摩擦滑移隔震、滚珠及滚轴隔震、支撑式摆动隔震和混合隔震等，其中叠层橡胶隔震支座已在我国和世界其他国家广泛应用，具有很好的前景。
2）消能隔震技术
传统的抗震设防方法是靠结构自身的延性来耗散地震能量，但结构受到 1 次强烈地震时，构件在利用自身延性耗能的同时，也会受到严重的损伤。为解决这一问题，可以在结构上附加各种阻尼器，通过阻尼器达到大量耗散地震输入到上部结构能的目的量，从而保护主体结构免遭破坏。常用的阻尼器有：粘质液体阻尼器（Viscous Fluid Damper）、粘弹性阻尼器（Viscoelastic Damper）、摩擦阻尼器（Friction Damper）、金属屈服阻尼器（Metallic Yielding Damper）等
对单跨框架一般用到的是：
1） 在悬挑走廊外侧增加一排框架柱，改为两跨框架结构
2） 在悬挑框架中增设剪力墙，改为框剪结构
4 实例
本文对上述教学楼采用增加一排框架柱的加固方式。
根据原设计图纸对结构模型进行复核，发现各悬挑梁的实际配筋均不满足计算结果，结构第一振型平动系数为0．92，扭转系数为0．08；第二振型平动系数为0．08，扭转系数为0．92；第三振型平动系数为1．00，扭转系数为0．00。第二振型为扭转振型，对结构抗震是不利的。采用的加固方案是，在悬挑端增加300×300的框架柱将原单跨悬挑结构变为双跨结构，原封口粱变为框架梁，节点两端贴碳纤维箍筋加固，以满足框架梁端的箍筋加密区要求。将原基础凿除200mm左右，原基础底板钢筋与新增基础底板钢筋焊接。
按照增加框架柱后的方案重新建模分析，结构的第一振型平动系数为0．96，扭转系数为0．04；第二振型平动系数为1．00，扭转系数为0．00；第三振型平动系数为0．05，扭转系数为0．95。平动为主的第一自振周期为1．3277s，扭转为主的第一周期为1．1236s，结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期Tl之比为0．84，小于0．9。可见结构的扭转性能较加固前有明显改善，且增加框架柱后，原悬挑梁变为非悬挑梁，支座处的配筋均能满足要求。
4结束语
单跨以及单跨加悬挑结构在中小学教学楼加固方案中属于重点加固对象，在实际工程中主要采用的是外廊加框架柱和增加剪力墙改变原结构形式的方法。增加框架柱或剪力墙后要使框架粱节点满足抗震构造措施。新增部分节点连接要考虑到施工的可操作性，以及满足抗震构造措施。
参考文献
1.GB 50223--2008，建筑工程抗震设防分类标准[s]．
1.GB 50367--2006，混凝土结构加固设计规范[s]．
3.JGJ 116--2009，建筑抗震加固技术规程[s]．
4.莫庸，金建民，杜永峰，等．高度重視外廊式单跨多层砖房的抗震设计[]．工程抗震与加固改造，2008，30(4)：60—63．
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：单跨框架， 加固
Abstract: at present already built in the primary and secondary schools in the teaching building there are many belongs to the cross or single span and cantilever WaiLang structure form. This structure form security reserve low, under the effects of earthquake, the collapse of possibility is very large. The current specification has put forward seismic design frame structure of the unfavorable use single span framework. Combining hunan changsha area middle and primary school teaching building seismic strengthening project example, the paper introduces the practical engineering feasible several single span structure reinforcing scheme.
Keywords: single span framework, reinforcement
中图分类号：U457+.3 文献标识码：A 文章编号
1.引言
即使严格按照设计规范进行合理设计的建筑结构，仍不能避免使用阶段的性能退化，若结构本身存在设计失误、施工过程质量未能得到保证、服役期内使用功能变更、甚至由于抗震规范条款变动使得原本设防标准过低等，此时必须对结构进行抗震加固，提高其抗震性能。 随着建筑结构抗震设计理论的逐渐成熟，各国按照现行设计规范进行合理设计的建筑结构，通常能够满足安全性的要求。最近十几年内的震害表明，虽然结构能够在较大地震作用中保证“不倒”，但其功能受损造成的经济损失却是巨大的。这种情况下，基于性能的抗震设计理论被提上日程，设计者开始关注包括安全性
在内结构性能水平的问题。 中小学建筑属于特殊的公共建筑，其服务主体为学生，人员密度大、活动频繁，且主体自身缺乏自我保护意识。5.12 汶川地震中中小学教学楼的大面积倒塌造成了巨大的人员伤亡，这之后，针对提高此类结构抗震性能水平的目的，各种加固方案被不断提出。
2.中小学单跨框架典型形式
中小学框架结构教学楼的建筑形式根据走廊形式的不同，大致分为两类——外廊式和内廊式。其中外廊式一般有三种：悬挑走廊教学楼、单边走廊教学楼、双边走廊教学楼[17] [18]。此类建筑纵向开间较大，结构形式不论在水平向还是竖向都比较规则，其建筑高度通常不高，多为多层建筑。本文所讨论的是中小学中比较常见的的悬挑单边走廊式教学楼，由于01版抗规之前并未禁止单跨多层框架，故悬挑单边走廊式教学楼在以往的设计中经常采用。
悬挑单边走廊式教学楼平面示意图
悬挑单边走廊式教学楼立面示意图
3 加固方法
目前常用的结构抗震加固方案主要有以下几种
3.1改变结构受力体系：
结构形式上不符合鉴定要求的单跨框架应增设抗震墙、翼墙、抗震支撑等抗侧力构件，或改造单跨框架为多跨框架。结构整体刚度较弱、且明显不均匀或扭转效应不可忽略时，“可增设钢筋混凝土抗震墙或翼墙加固，也可以增设支撑进行加固。
3.2直接加固梁、柱构件
规程给出的方案有：钢构套加固、钢筋混凝土构套加固、粘贴钢板加固、钢绞线网-聚合物砂浆面层加固、混凝土缺陷修补等。
3,3结构减震隔震
目前一种性能较优的加固方案——增设减震隔震设施在加固工程中也频频使用，其通常分为基础隔震技术和消能减震技术。
1）基础隔震技术
目前研究开发的基础隔震技术主要有：叠层橡胶垫隔震、摩擦滑移隔震、滚珠及滚轴隔震、支撑式摆动隔震和混合隔震等，其中叠层橡胶隔震支座已在我国和世界其他国家广泛应用，具有很好的前景。
2）消能隔震技术
传统的抗震设防方法是靠结构自身的延性来耗散地震能量，但结构受到 1 次强烈地震时，构件在利用自身延性耗能的同时，也会受到严重的损伤。为解决这一问题，可以在结构上附加各种阻尼器，通过阻尼器达到大量耗散地震输入到上部结构能的目的量，从而保护主体结构免遭破坏。常用的阻尼器有：粘质液体阻尼器（Viscous Fluid Damper）、粘弹性阻尼器（Viscoelastic Damper）、摩擦阻尼器（Friction Damper）、金属屈服阻尼器（Metallic Yielding Damper）等
对单跨框架一般用到的是：
1） 在悬挑走廊外侧增加一排框架柱，改为两跨框架结构
2） 在悬挑框架中增设剪力墙，改为框剪结构
4 实例
本文对上述教学楼采用增加一排框架柱的加固方式。
根据原设计图纸对结构模型进行复核，发现各悬挑梁的实际配筋均不满足计算结果，结构第一振型平动系数为0．92，扭转系数为0．08；第二振型平动系数为0．08，扭转系数为0．92；第三振型平动系数为1．00，扭转系数为0．00。第二振型为扭转振型，对结构抗震是不利的。采用的加固方案是，在悬挑端增加300×300的框架柱将原单跨悬挑结构变为双跨结构，原封口粱变为框架梁，节点两端贴碳纤维箍筋加固，以满足框架梁端的箍筋加密区要求。将原基础凿除200mm左右，原基础底板钢筋与新增基础底板钢筋焊接。
按照增加框架柱后的方案重新建模分析，结构的第一振型平动系数为0．96，扭转系数为0．04；第二振型平动系数为1．00，扭转系数为0．00；第三振型平动系数为0．05，扭转系数为0．95。平动为主的第一自振周期为1．3277s，扭转为主的第一周期为1．1236s，结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期Tl之比为0．84，小于0．9。可见结构的扭转性能较加固前有明显改善，且增加框架柱后，原悬挑梁变为非悬挑梁，支座处的配筋均能满足要求。
4结束语
单跨以及单跨加悬挑结构在中小学教学楼加固方案中属于重点加固对象，在实际工程中主要采用的是外廊加框架柱和增加剪力墙改变原结构形式的方法。增加框架柱或剪力墙后要使框架粱节点满足抗震构造措施。新增部分节点连接要考虑到施工的可操作性，以及满足抗震构造措施。
参考文献
1.GB 50223--2008，建筑工程抗震设防分类标准[s]．
1.GB 50367--2006，混凝土结构加固设计规范[s]．
3.JGJ 116--2009，建筑抗震加固技术规程[s]．
4.莫庸，金建民，杜永峰，等．高度重視外廊式单跨多层砖房的抗震设计[]．工程抗震与加固改造，2008，30(4)：60—63．
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。