砖混结构后加构造柱抗震加固(宿迁学院)

b)新材料的发展——干拌自密实混凝土应用
干拌自密实混凝土是免振捣自密实混凝土的基础上 发展的一种新型混凝土，它是以水泥作为基料，以高 强度材料作为粗、细骨料，辅以高流态、微膨胀、早 强性、抗渗性抗离析等掺和料配制而成的一种具有较 好抗裂性能的新型复合材料。 它是机械设备安装、结 构加固补强及防油防渗工程的理想材料，保证在灌浆 地充分填充工作空间，并提供适当的膨胀应力；保证 设备安装定位、结构修补或栽筋锚固在一天内完成， 大大缩短了施工周期，达到省工、省时、早运转或早 投入使用的技术经济效果 。
底层完全垮塌，上两层被 甩了出去，由于圈梁和构 造柱，上两层严重变形但 没有解体
构仅 造存 柱的 砖 混 结 构 是 由 于 有 圈 梁 和
有构造柱震 后没有倒塌
砖混结构中构造柱的作用
a)它可加强纵横墙间的连接。 b)构造柱的设置是为了加强房屋整体性能而设的，由于构 造柱的钢筋混凝土材料的弹性模量比砌体材料的弹性模量 大，故在竖向荷载作用下，混凝土构造柱的变形比砌体要 小，同时在混凝土构造柱和墙体的联结作用下，变形大的 砌块墙体受到了变形小的构造柱有利约束。 c)它可提高砖砌体的抗剪能力，虽然提高的比例不是很大， 试验表明：能提高砖体的抗剪承载力约为10～30%（提 高幅度与墙体的高宽比，竖向压力应力，开洞情况等因素 有关）能约束墙体的开裂，对限其裂缝的开展，起一定作 用。 d)虽然提高抗剪的能力有限，但是对砖墙墙体的约束和防 止墙体开裂后砌块散落能起非常显著的作用。
e)它与圈梁共同作用，加大了建筑物的整体度，类似 框架结构，可称为“弱框架”，对墙体起了约束作 用，墙体的四周处于双向双压状态使墙体横向变形 减小，改善墙体受压的稳定性能从而提高墙体的承 载能力。一般认为可提高10～20%。 f)一般认为设置构造柱的砖墙延性系数可比普通砖墙 延性系数提高2～4倍。从而大大改善了砖结构的 变形性能，提高了砖结构的抗震能力，可以使砖结 构在大地震的作用下，做到裂而不倒。
在地震中砖混在结构中水平地震作用下， 墙 体会产生X形裂缝，有的墙体沿有的会将砖块间断， 如果没有圈梁，构造柱的约束，裂缝会很快延伸扩 展，最终使墙体剪坏，突然倒塌，造成房屋局部或 全部倒塌砖墙齿缝发展。 X形交叉斜裂缝是由于墙体抗剪能力不足造成 的，属于主拉应力超过砌体强度所引起的剪切破坏 现象，交叉斜裂缝一般出现在房屋的1-3层的承重 横墙以及纵墙。开裂严重墙体出现砂浆被震松、墙 体被压酥的情况，已经基本丧失了承载力。
砖混结构后加嵌入式构造柱 抗震加固技术研究
主要工作
1. 通过学习规范，结合汶川地震的各类 砌体结构的震害破坏形态，分析砖砌体产生破 坏的原因，提出对于砖砌体结构的抗震应以概 念设计为主先，重视规范要求。 2. 算例来分析规范的公对于各类砌体结 构的抗震计算方法，特别是横墙抗震的方法底部剪力法，用工程式的正确性。 3. 通过对原规范后加构造柱部分进行分 析、修正，提出新型的后加嵌入式构造的加固 技术，并简要说明其施工工法。
干拌自密实混凝土的出现，使得后加嵌 入式构造柱成为一种可能。按照设计要求， 在原砌体承重墙上开槽后，绑扎后加构造柱 钢筋，立模后，灌入干拌自密实混凝土，其 能充分填充模板与原砖墙之间的空隙，保证 后浇混凝土与原砌体墙体能紧密接触，确保 遭遇地震时，后加构造柱能有效地与原砌体 墙协同工作。
C）使用要求的需求
砖混结构是我国中小学建筑的主要结构类型之一，从 60，70年代的唐山地震，海城地震，东川地震到80， 90年代的云南禄劝地震，云南普洱地震，包头地震到最近 的四川汶川地震等历次破坏性地震中，砖混结构都遭到不 同程度地破坏，造成了一定程度的生命财产损失。我国作 为一个发展中国家，各省市发展不平衡，中小学校舍虽然 经过了“校改”，“双基”等几次大的建设后，经济较好 的地区有了较大的改观。但是，偏远山区和经济欠发达的 地区中小学校舍没有根本转变。近几年，国家建设部，教 育部三令五申要求加强中小学校舍建设，各级部门作出了 不懈的努力，收到了一定成效。但在每年组织对中小学校 舍质量，安全大检查中，发现农村中小学校舍质量仍令人 担忧。
缺少构造柱导 致纵墙上产生 的X裂缝
无构造柱室 内窗户出现 剪切裂缝
在地震时构造柱和圈梁起着约束墙体的 作用和防止墙体开裂后砌块散落，同时增 加了建筑的整体性，同时变形大的砌块墙 体受到变形较小的构造柱的有利约束。增 强了内外墙联结的整体性，而且形成了一 个圈梁与构造柱形成组成的带钢筋混凝土 边框的抗侧力体系，大大提高机构的抗变 形能力。
砖混结构无构造柱震害分析
历次震害表明，砖混结构房屋受地震破坏 最为严重。1976年的唐山地震，在一千余栋 砖混房屋中，倒塌率为70%～90%； 1991年的新疆柯坪地震，1993年的云南普 洱地震，砖混房屋的破坏率达到75%。 无构造柱的砖房受到10度地震的作用， 就有80%倒塌。有构造柱的砖房在10～11 度地区，却只有严重破坏的及部分倒塌（有 两栋仅无构造柱部分倒塌）。
课题研究目的
课题的研究目的：提高结构 的整体性能，防止砖混结构出 现整体性垮塌，确保地震中人 民生命财产安全。
工程应用价值
开展本课题研究，可以有效提高砖混 砌体结构体系的抗震能力，可以有效防 止地震时结构体系的垮塌，有效避免人 员过大伤亡，因而其研究具有极大的工 程应用价值；另外，对于震后损伤砖混 砌体结构体系的抗震加固，可以有效节 约成本，提出实用型加固技术对于快速 恢复灾后重建也有重要的战略意义,提出 实用型加固技术。
多层砌体结构房屋的抗震计算理论与加固研究
多层砌体房屋的破坏主要是由水平地震作用引起的， 对于多层砌体房屋的抗震计算，一般只考虑水平地震作用 的影响，而可不考虑竖向地震作用的影响。水平地震作用 验算步骤为（1）计算重力荷载的代表值（2）计算水平地 震作用力（3）计算各层的地震剪力（4）验算各横墙的抗 震承载力，下面公式为地震力的计算：FEK＝α1Geq 其 中地震影响系数是根据国内外在地震中对地面的加速度的 记录及地震反应谱的统计分析，采用标准反应谱曲线作为 设计依据（5）对于多层砌体结构，底框，多层内框，地震 影响系数取水平影响系数的最大值（6）高不超40米，以 剪切变形为主且建筑质量的分布和刚度沿高度变化均匀的 结构，单质点体系的结构，可采用底部剪力法进行地震力 的计算。
国内研究动态
我国是一个多地震的国家，处于世界地 震活动频繁两条地震带间，分布范围十分广 泛 。90年代以后，我国科研工作者才对抗 震鉴定与加固分析工作的认识上升到一个新 的高度 。在加固方法的研究上，除了扩大截 面法、粘钢法和外包钢法等传统的加固方法 之外，近年来大力开展了预应力加固方法和 碳纤维加固方法的研究，并取得显著的成效。 但由于对砖混砌体结构体系抗震性能认识的 不足，砖混结构的整体性和抗垮塌问题值得 深入研究，尤其是经历5.12大地震的惨痛教 训之后，开展这一课题的研究就具有更重要 的研究价值和现实意义。
a）切割、钻孔技术的发展
砌体结构抗震加固工程中所采用的后加构 造柱改造技术施工方法，使用到的切割、钻孔 机具获得的技术更新，所用机具朝着轻型、便 捷、操作方便等方面发展，基本上可根据加固 设计人员的设计理念方法，选取合适的切割、 钻孔机具，在原房屋墙体上切出有利形状的沟 槽。源自1)切割机具图2 液压墙锯系统
后加嵌入式构造柱产生的原因
在砌体抗震加固中，不同于外加构造柱，在墙体内适宜部位设置 的钢筋混凝土柱并与圈梁连接，共同加强建筑物的稳定性，这种钢筋 混凝土柱称为后加嵌入式构造柱。 后加构造柱改造技术，即是指为了提高其抗震承载能力，对已建 无圈梁构造柱的砌体结构，位于结构合理的部位增设钢筋混凝土构造 柱的施工技术，其技术在砖混结构整体抗震加固中的应用已久。《设 置钢筋混凝土构造柱多层砖房抗震技术规程》（JGJ/T13-94）中 所录用的后加构造柱改造技术部分，后加构造柱指在原房屋外部增设 混凝土构造柱，其增设的构造柱通常是捆绑在原建筑外侧，严重影响 了原建筑风貌，并且显得过于笨重，影响建筑美观。为了尽可能地保 持原有的建筑风貌，应将后加混凝土构造柱嵌入原砌体结构墙体中， 随着加固施工工艺的进步，加固所使用材料的发展，目前的施工技术 完全可以做到，此时若再按部就搬地运用规程中所录用的后加构造柱 加固处理方法就显得有些久妥 。
图3
钻石链锯系统
（2）钻孔机具
a)
b)
c)
图4
电锤具系列
后加构造柱施工时，一方面可根据抗震加固设计要 求，运用此部分墙体切割机具在砌体结构墙体外侧需要 增设混凝土构造柱部位，切割成锯齿形或进行留槎切割， 边留马牙槎，边切割掉原承重砌体墙，留槎切割是为了 保证后加构造柱与原砌体墙之一通过机械咬合达到共同 工作的目的；另一方面采用相关的钻孔机具将墙体打洞， 通过植筋的方法埋入拉结钢筋（见图5后加构造柱大样 示意），加强后加构造柱部分与原砌体结构墙体的联结 性能，保证两者在地震作用下能共同承担地震作用效应。
研究的主要内容
主要分析影响砖混结构整体性的 主要影响因素，研究增强砖混结构整 体性的加固方法，提高砖混结构的整 体性，保障砖混结构的抗倒塌性能， 着重考虑后加构造柱加固技术。
汶川地区砌体结构震害初步分析
震害表明：强烈地震作用下，多层砌体房 屋的破坏主要是（1）墙身破坏（2）附属构件 破坏（3）构件间的连接处破坏。而楼盖、屋盖 本身因为强度的破坏不多，主要是因连接不牢 而坍塌，或因墙倒而发生垮塌，当纵横墙连接 不牢或板墙联系较差时，往往也会因楼板从横 墙滑脱而掉落，有时会发生外纵墙整片外闪而 全部倒塌。汶川地震以墙的破坏以及空心板的 垮塌所带来的震害为主。墙体产生X型裂缝或水 平缝，预制空心板因整体连接不好而塌。
对于概念设计的理解
地震的破坏作用和结构的破坏机理十分复杂， 用真实的建筑物进行整体试验来研究地震的破坏又受 到限制，精确计算是艰难的，70年代后，人们提出 了“概念设计”，它比“数值设计”更重要，概念设 计是指正确的解决总体方案，材料使用和细部构造， 以达到合理的抗震效果，它要考虑以下因素：场地条 件和土的稳定性，建筑平立面布置的合理性及外形形 态，抗震体系的选择，抗侧构件的布置及质量分布， 非结构构件与主体的关系，二者间的联结，材料的选 择和施工质量等。掌握概念设计，将有利于明确抗震 思想，较好的运用规范，但也决不是不重视数值设计。