
地震時建筑物的破壞是造成地震災害的主要原因。現有建筑物有的是舊時代修建的,或相當一部分在《74抗震設計規范》頒布前設計建成,未考慮抗震設防,有些雖然考慮了抗震,但由于原定的地震基本烈度偏低,與《中國地震烈度區劃圖(1990)》(國家地震局、建設部于1992年6月頒布實行)相比,并不能滿足相應的設防要求。唐山地震以來建筑抗震鑒定加固的實踐和震害經驗表明,對現有建筑按現行設防烈度進行抗震鑒定,并對不符合鑒定要求的建筑采取對策和抗震加固,是減輕地震災害的重要途徑。
一、抗震鑒定的基本要求
一般說,抗震鑒定是對房屋所存在的缺陷進行“診斷”,包括下列步驟:
(1)原始資料搜集,如勘探報告、施工圖、施工記錄和竣工圖、工程驗收資料等,資料不全時,要有針對性地進行必要的補充實測;
(2)建筑現狀的調查,了解實際情況與原始資料相符合的程度、施工質量和維護狀況;并注意有關的非抗震質量問題;
(3)綜合抗震能力分析,既有抗震概念的宏觀判斷,也有數值的計算;
(4)鑒定結論和治理,主要對不符合鑒定要求的房屋提出相應的維修、加固,改造或更新的抗震減災對策。
二、震鑒定中應注意的問題
抗震鑒定的目標為:經鑒定符合標準要求的建筑,在遭遇到相當于抗震設防烈度的地震影響時,一般不致倒塌傷人或砸壞重要生產設備,經修理可繼續使用。
1、重點檢查內容房屋的高度是否**高,層數是否**過,層高是否**過4m;抗震墻的厚度(120mm磚墻穩定性差,一般不作為抗震墻)和間距是否滿足要求;墻體的砂漿強度等級(查閱圖紙和施工驗收記錄,必要時應現場檢測)和砌筑質量(可結合施工驗收記錄和現場調查確定);墻體交接處的連接,關鍵是否咬槎砌筑,有無拉結措施,有無煙囪,通風道等嚴重削弱交接處截面的情況;女兒墻和出屋面煙囪等易引起倒塌傷人的部位的檢查,墻體布置的規則性。
2、外觀和內在質量要求墻體不空鼓、無嚴重酥堿和明顯歪斜;支撐大梁、屋架的墻體無豎向裂縫,承重墻、自承重墻及其交接處無明顯裂縫;木樓、屋蓋構件無明顯變形、腐朽、蟻食和嚴重開裂;混凝土構件僅有少量微小開裂或局部剝落,鋼筋無露筋、銹蝕。
三、主要抗震加固方法
現有建筑抗震加固前必須進行抗震鑒定,因為抗震鑒定結果是抗震加固設計的主要依據。建筑抗震鑒定和加固的設防標準比抗震設計規范對新建工程規定的設防標準低。因此不可按抗震設計規范的設防標準對現行建筑進行鑒定;也不能按現有建筑抗震鑒定的設防標準進行新建工程的抗震設計,降低要求。加固方案應根據抗震鑒定結果綜合確定,可包括整體房屋加固、區段加固或構件加固。按加固形式,抗震加固方法可按如下分類:
1、增大結構抗震能力的加固方法
(1)增強自身整體性加固法。該法用于加強結構構件本身,恢復或提高構件的承載力和抗震能力,主要用于震前修補結構缺陷或震后對出現裂縫的構件進行修復加固,一般不做為單獨的抗震加固方法使用。如:1)壓力灌注水泥漿加固法。2)壓力灌注環氧樹脂漿加固法。3)鐵把鋸加固法。
(2)外包加固法。指在結構構件外面增設加強層,以提高結構構件的抗震能力、變形性能和整體性。這種加固方法是一種常用的抗震加固方法,某些方法能大幅度提高結構的抗震能力。如:1)外包鋼筋混凝土面層加固法。2)鋼筋網水泥砂漿面層加固法。3)鋼構套加固法。4)粘鋼加固法。5)碳纖維加固法
(3)增設構件加固法。通過在原有結構構件以外增設構件能夠有效提高結構抗震承載力、變形性能和整體性,對某些承載力、變形不足的構件進行補償。在采用增設構件進行抗震加固設計時,必須要考慮增設構件對結構整體計算和抗震性能的影響。1)增設墻體加固法。2)增設構造柱、圈梁加固法。3)增設拉桿加固法。4)增設柱子加固法。5)增設支撐加固法。6)增設支托加固法。7)增設門窗框加固法。
(4)增強連接加固法。構件可靠的連接是**結構抗震性能、防止倒塌的一個非常重要的關鍵措施,抗震要求結構構件必須可靠連接。如果原有結構構件承載力能夠滿足,但構件間連接差,則必須采取增強連接的措施。1)拉結鋼筋加固法。2)壓漿錨桿加固法。3)鋼夾套加固法。
(5)替換構件加固法。對原有強度低、韌性差的構件用強度高、韌性好的構件來替換。通常采用的有:1)鋼筋混凝土替換磚。2)鋼構件替換木構件。
2、減小地震作用加固法
(1)隔震加固法。采用鉛芯阻尼橡膠支座,能夠延長低層和多層結構的自振周期,通過隔震支座的大變形來減少其上部結構的水平地震作用,從而減少地震破壞。
(2)消能減震加固法。消能減震是采用設置消能器來控制預期的結構變形,增大結構阻尼,同時減少結構的水平和豎向地震作用,從而使主體結構在罕遇地震下不發生嚴重破壞,該法適用范圍較廣。
(3)被動控制減震加固法。運用被動控制的基本原理,通過在房屋頂部設置調諧質量,主要降低低階振型的地震作用。這類加固技術,往往同既有房屋加層技術結合應用,可以在不對下部結構進行加固的情況下,進行房屋加層,新加的房屋質量采用隔震橡膠支座同既有房屋連接,從而減小了原有加固的地震作用,實際上相當于對既有房屋進行了抗震加固。
一.學校在抗震加固工作中要做好固定資產的保護
(1)要在露天堆放的物品一定要選擇地勢高,不易積水的地方存放,有條件的可將存放物品的地點墊高,將存放物品蓋好氈布,防止雨淋。加強平時的檢查,做好物品的通風防潮、防濕、防淹的工作。
(2)由于施工人員成分復雜、素質不一,工人在施工中容易損害和丟失一些物品,因此在拆裝學校某些電子儀器設備時,一定要由具有專業素質的人員操作,學校要有專業人員在場監督,注意將貴重物品及時收藏保管并提出合理改進建議。
(3)在對學校暖氣設備進行改造時,建議不要使用過多的閥門,目前有些閥門由于構造上的原因會對管道中熱水的熱力傳輸產生影響。
(4)關于辦公室、教室的門、鎖的使用問題,要求材質選擇上要符合學校實際,用料要**耐用性和實用性,同時還要注意安全性,否則就會出現問題。另外,安全問題也很重要。如,門框邊用料少就會顯得太薄,容易造成門與框之間存在縫隙,如果不法分子想進入辦公室或教室只需一個硬卡片就可以輕易地撥開鎖舌,如不提前預防,事后學校只能再投入大量經費進行*二次改裝。
(5)校園進行抗震加固改造,必將改變學校建筑原貌,原有的一切將成為歷史。因此,將開工前、改造中和驗收后的現狀以及施工過程軌跡情況進行記錄(攝像及拍照片),將其作為學校文化遺產資料加以保存,意義重大。因此要組織專門人員(或兼職人員)進行此項工作的操作,不要使過去的遺跡成為*的遺憾。
在資料獲取和保存中應注意的事項及方法:時間上根據實際可以每天,也可以間接性進行;每天的資料獲取既要有攝像又要有照片;獲取資料的對象選擇應該是一種廣泛的記錄過程,如,建筑原貌、改造中的變化、施工現場、材料運輸、工程檢查、**視察、物資存放、物資搬運、工作會議、工人勞動和生活等;每天采集資料時要做好時間的記錄,防止以后因時間不清而使資料無法歸類;配合做好每天的文檔記錄更佳,將來可以與圖片資料相對應。
對中小學校舍進行抗震加固改造工作,體現出黨*、**對廣大學生和教師生命安全的無比關懷,體現出對人民財產的切實保護,使作為基層工作者的我們無比感動,激勵我們下定決心要完成好這次任務。在上級教委**的正確指揮下,使我們的工作順利完成,通過工作實踐,我們體會到:如果我們不斷加強為人民服務宗旨的意識,能夠對工作認真負責,加強對工作的責任感,減少工作漏洞,就能較大限度地減少物資的損失,把上級交給的工作做好。
四川5·12大地震讓每一個中國人傷痛不已,此次地震造成許多砌體結構的中小學教學樓倒塌,眾多學生遇難,在此次地震中僅四川省就有7 千余間校舍倒塌,很多學校成了災區孩子們的共同墳墓,現狀之慘烈讓人觸目驚心。
汶川地震后,國家的抗震規范快速做了調整。《建筑工程抗震設防分類標準》GB50223-2008,按照“對學校、醫院、體育場館、博物館、文化館、圖書館、影劇院、商場、交通樞紐等人員密集的公共服務設施,應當按照**當地房屋建筑的抗震設防要求進行設計,增強抗震設防能力”的要求,提高了某些建筑的抗震設防類別,特別加強對未成年人在地震等突發事件中的保護。規范*6.0.8中規定:教育建筑中,幼兒園、小學、中學的教學用房以及學生宿舍和食堂,抗震設防類別應不低于重點設防類。
本次局部修訂,為在發生地震災害時特別加強對未成年人的保護,在我國經濟有較大發展的條件下,對所有幼兒兒、小學和中學(包括普通中小學和有未成年人的各類初級、中級學校)的教學用房的設防類別均予以提高。本次修改后,擴大了教育建筑中提高設防標準的范圍【1】。
鑒于中小學建筑抗震設防類別的提高,一些已建中小學建筑的抗震設防標準明顯不滿足規范要求,對存在安全隱患的校舍進行抗震加固工作迫在眉睫。
1 抗震加固新技術種類
中小學校舍結構建筑形式大多活潑開放,比如采用一些U型L型的平面不規則結構,存在高寬比**限或高度**限或豎向剛度突變等問題。對這些結構利用傳統的加固方法也難以改變其高度或高寬比**限的致命弱點,必須采用隔震減震等抗震加固新技術來加強其抗震性能來滿足規范要求。抗震加固新技術主要包括隔震、耗能減震、主動控制和混合控制等技術。
2 隔震技術
目前結構控制技術中,應用較為廣泛和較為成熟的就是基礎隔震技術。隔震加固是在結構基礎部位設置專門的隔離層,阻止地面運動向上部結構傳遞。從抗震原理來看,實際上是增大結構周期,減小上部結構地震響應,這是一種間接抗震加固方法。并且,由于隔震裝置的水平剛度遠遠小于上部結構的層間水平剛度,上部結構在地震中的水平變形,將從傳統抗震結構的“放大晃動型”變為隔震結構的“整體平動型”,從有較大的層間變位變為只有微小的層間變位,因而上部結構在強地震中仍處于彈性狀態,不需要另行采取加固措施。
建筑物隔震技術應用具有較長的歷史。例如紫禁城地下的“煮過的糯米拌石灰”,又如日本的“橫豎交錯的多層圓木”等都是所謂的隔震裝置【2】。而現代隔震技術可追溯到1881年日本學者河合浩藏的文章《地震時不遭受大震動的結構》,作者在文中提出了滾木隔震方法。我國上世紀80年代后期開始進行對橡膠隔震墊的研究。廣州大學周福霖教授率**行橡膠墊的隔震研究,并于1993年9月在廣東汕頭建成首棟采用疊層橡膠支座隔震的房屋建筑。此后,華中科技大學唐家祥教授在文獻[3]中,在我國**詳細系統地論述了建筑結構基礎隔震的發展史,隔震器與阻尼器力學性能的設計與實驗及建筑結構的基礎隔震設計方法。周福霖在文獻[4]中完整地介紹了建筑基礎隔震的動力反應分析、振動臺實驗、地震考驗和工程使用計算方法。國內許多學者對疊層橡膠支座基礎隔震結構進行了動力分析。
采用橡膠隔震支座進行隔震是一種常用的建筑物隔震方式。對建筑物破壞較大的水平地震運動,橡膠支座可以通過大幅度扭曲,大大的削弱傳播到建筑物上的能量,從而有效降低水平地震作用達80%以上。這樣,在碰到一般地震時,可以使建筑物結構本身不被破壞,還能使室內設備、貴重物品及信息系統安然無恙,人們的正常生產、生活及服務活動不會被中斷。我國己頒布了疊層橡膠墊隔震建筑的設計規范,這必將加快隔震技術在我國推廣和應用。
近年來,為使隔震層造價更為經濟合理,采用由滑動摩擦隔震支座和疊層橡膠隔震支座并聯組成混合隔震體系也做了相應研究,并取得了較大發展。相信這種技術應用于中小學的加固改造中會逐漸增多并不斷完善。
3.消能減震技術
結構消能減震加固主要是通過增加結構阻尼來達到減小結構地震響應的目的。屬于一種間接抗震加固方法。這種加固方法通常不需對原結構構件進行較多的加固處理,具有較大的適用性。在風或小震時,這些消能構件或消能裝置具有足夠的初始剛度,處于彈性狀態,結構仍具有足夠的側向剛度以滿足使用要求。當出現大震或大風時,隨著結構側向變形的增大,消能構件或消能裝置率**入非彈性狀態,產生較大阻尼,大量消耗輸入結構的地震或風振能量,其消耗的能量瓦較大可達到輸入結構的地震能量或風振能量的的90%,使主體結構避免出現明顯的非彈性狀態,并且迅速衰減結構的地震或風振反應(位移、速度、加速度等),從而保護主體結構及構件在強地震或大風中免遭破壞【5】。
我國的一些科研院校在引進國外**技術的基礎上進行了大量卓有成效的研究,研制出加勁阻尼裝置、摩擦阻尼器、粘彈性阻尼器和粘性流體阻尼器等,這些耗能裝置正被愈來愈多地應用于抗震加固工程中。如沈陽市**大樓采用了摩擦阻尼進行了加固,粘性阻尼器則己用在飯店、火車站、中國革命歷史博物館和展覽館等工程的抗震加固上。
經大量實踐經驗證明,消能減震技術能有效的減輕結構的變形和損傷,改善結構的抗震性能。
這種加耗能支撐的做法在日本建筑中大量普及。如果設計得當,不僅美觀更能提高校舍的抗震安全性。
4 結語
通過對隔震減震新技術的介紹,本文提出了對一些不規則的已建中小學校舍加固改造的一些建議,以期為今后的中小學抗震加固工作提供思路。
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