单跨框架结构抗震加固方法

图 1 都江堰市 烟草公司
图 2 都江堰市 某 6 层单跨框架
图 3 彰化县林镇富 贵名门大楼
由于单跨 框架对 抗震 具有明 显的不 利因 素, 尤其 是重点设防类的建筑, 故在新修订的5建 筑抗震鉴定标 准6( GB50023 ) 2009) 中规定 乙类建筑 不得采 用单跨框 架结构, 已有单跨乙类建筑需进行加固。 1 单跨框架的加固方法探讨
单跨框架加 固方法 主要 有两大 类: 一 类是增 加多
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余约束, 将部分单跨框架改为多跨框架; 另 外一类是改 变结构体系, 通过在适当部位增设一定数量 的支撑( 包 括 消能支撑 ) 或抗 震墙等, 使 结构形 成多道抗 震防线。 这两类方法在具体使用中需结合实际灵活采用。
相对而言, 增设 支撑 的方法 由于一 般情 况下 不需 扰动原有 基础, 对原 有 建筑 的 影 响较 小, 施工 相 对简 单, 周期短, 造 价也相 对低 ( 消能支 撑造 价较高 ) , 因此 如果建筑功 能允许, 以增设 支撑 为首选 方案。增 设框 架柱及抗震墙的 方法 则需要 新增 加基础, 对建 筑影响 较大, 在增设支撑有困难的情况下可采 用。另外, 抗震 加固尚需与建筑 功能 结合起 来确 定采用 何种方 案, 然 后再进行加固结构计算分析。 2 工程实例 211 工程实例一
2 01 189 9 90100 11 00 ( 01 00+ 1100) 0100
增设 支撑
3 01 177 9 0100 11 00 ( 11 00+ 0100) 0100 4 01 156 7 179199 01 00 ( 01 00+ 0100) 1100
5 01 074 2 0100 11 00 ( 11 00+ 0100) 0100
图 4 为一个 2 层礼堂, 单跨框架结构, 跨度 1018m, 层高均为 413m。建筑平面很 规则, 建 筑两侧均 有毗邻 建筑, 各建筑仅仅相隔 15cm 的变形缝。 21111 增设支撑加固方案
此方 案 需 要在 单 跨 方 向 的 适 当 部 位 增 设 支 撑。 5建筑 抗震 加固 技 术规 程6( JGJ116 ) 2009 ) 第 61211 条 第 2 款规定: 单跨框架不符合鉴定要求时, 应在不大于 框架- 抗震墙结构的 抗震 墙最 大间 距且不 大于 24m 的
6 01 066 4 179198 01 00 ( 01 00+ 0100) 1100
1 01 509 5 90100 11 00 ( 01 00+ 1100) 0100 2 01 414 6 0100 11 00 ( 11 00+ 0100) 0100
单跨改 多跨
3 01 375 2 179178 01 00 ( 01 00+ 0100) 1100 4 01 186 4 90100 11 00 ( 01 00+ 1100) 0100
最后确定采用 增设 抗震墙、翼墙的 方法 进行 加固
处理( 图 6) , 结 构整体 计算 分析 结果 满足 相 关规 范要 求, 且建筑立面基本没有变化。
图 5 双向单跨结构 平面布局示意
图 6 增设抗震墙、 翼墙结构示意
3 结论 ( 1) 多次震害表明, 单跨框架对结构抗震非常不利,
故新建建筑尽量不应采用单跨框架, 新建的乙类建筑不 应采用乙类框架。对于已有的单跨乙类框架, 如果无法 改变用途使其降低为丙类或以下, 则必须对其进行加固 处理。加固应根据现场使用 情况和建筑 功能采用适宜 的方法和途径, 并尽量采用新技术、新工艺, 也尽量使对 原建筑的影响降到最低, 加固造价降到最低。
单跨改 1 多跨 2
01 234 @ 106 01 148 @ 106 01 973 @ 105 01 621 @ 105
5 595 2 459
1651 95 1041 52 1971 96 1261 29
加固后结构周期
表2
加固方法 振型号 周期Ps 转角 平动系数( X + Y) 扭转系数
1 01 512 4 90100 11 00 ( 01 00+ 1100) 0100
( 2) 加固方法主 要有两 大类: 1) 增 加多 余约 束, 将 部分单跨框架改为多跨框架; 2) 改变结构 体系, 形成多 道抗震防线。
( 3) 加固方案应满足相关规范的要求, 并尽量使加 固后的结构平面 布置 合理、结 构双 向刚度 以及 动力特 性接近、立面不出现薄弱层等。
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将单跨改为多 跨有两 种方 法: 1) 在 房屋 外侧 增加 一跨; 2) 将原有的 单跨 分为 两跨。方 法 1 需 要另 外增 设框架梁, 且改变建筑平面布局及立面形 式, 需要相关 部门同意的规 划手续; 而方 法 2 相 对简 单。故采 用方 法 2, 在端部两跨 的中间处增 设钢筋混凝土 框架柱, 截 面为 350 @ 350, 新增框架柱的基础埋深同 其他框架柱, 基础底面2 000 @ 2 000。结 构整 体计 算分 析 结果 满足 相关规范的要求, 结构纵横向刚度和周期也 较接近( 表 1, 2) , 施工相对简单, 对原有建筑的扰动也较少。 212 工程实例二
Study on strengthen methods of single bay frame structures Duan Guiming1 , Shi T iehua2
( 1 Shanxi Architectural Technical Collge, Taiyuan 030006, China; 2 China Academy of Building Research, Beijing 100013,China) Abstract: In the Standard f or Seismic Appr aisal of Buildings ( GB50023) 2009) , single bay frame is forbidden used in major fortification buildings, otherwise it needs be strengthened. Based on the seismic disaster characteristics of single bay frame structures in earthquakes, the methods for improving seismic capacity of single bay frame structures were put forward according to the revised national standard or code. The different strengthen methods of single bay frame structures were studied and compared based on two projects, and the way to improve the seismic ability of single by frame structure was proposed. Keywords: single bay frame; seismic strengthening; seismic brace; seismic shear wall
5 01 144 0 0100 11 00 ( 11 00+ 0100) 0100
6 01 138 4 179195 01 00 ( 01 00+ 0100) 1100
21 112 增设抗震墙方案
增设 的 抗 震 墙 位 置 与
支撑设置 的位 置相同, 抗震
墙也符合规程 JGJ116 ) 2009 的要 求。 但 经 对 结 构 综 合
作者简介: 段贵明, 讲师, Email: duanguiming168@ 163. com。
间距内增设抗震墙、翼墙、抗震支撑等抗 侧力构件或者 将对应轴线的单跨框架改为多跨框架。 工程由于使用
功能要求, 只能 在东 西两端 头增 设支 撑, 相距 18m, 满 足规范规定的间距要求。
由于建筑功 能要求, 各建 筑间还 要有 互相连 通的 门洞, 故无法使用 V 形、人 字形支 撑, 只 能采用 在东西 两端增设对角支撑的方法。由于对角支 撑的计算长度 较长, 经计算需选用截 面为 250 @ 10 的方钢 管, 支撑截 面较大。而且对 结构 整体分 析后 发现, 增 加支撑 后结 构纵横向刚度相差很大( 表 1) , 纵横向第 1 周期也相差 较大 ( 表 2 ) 。 依 据 2008 版 5建 筑 抗 震 设 计 规 范 6 ( GB50011 ) 2001) 第 31513 条第 3 款, 这 样的 加固 方法 不尽合理。如果 再在 纵向增 设支 撑以增 加纵 向刚度, 对结构的影响部位增多, 且由于窗洞的 存在, 使纵向不 可能增设支撑, 所以只有改变加固方法。
计算分析 后发 现, 此方 案同
样存在纵 横向 刚度、纵 横向 动力特性 相差 较大的 现象,
图 4 某学校礼堂建筑平面布置
而且增设抗震墙的施 工对 原结 构影 响又 较大, 此 方案 也予以否定。
21 113 改部分单跨框架为多跨框架方案 此方案需要解 决两 个问题: 1) 需 要改 变几榀 单跨
框架; 2) 如何改单跨为多跨。 根据规 程 JGJ116 ) 2009 第 61211 条第 2 款 关于增
设支撑和抗震墙 的间 距和数 量的 要求, 单 跨改 为多跨 的框架 数量 不 少 于 总 框 架数 量 的 30% , 并 满 足规 范 GB50011 ) 2001 对结构体系的基本要求 即可。为此, 结 合建筑使用要求, 只对东西两侧端部单跨进行改造。
第 40 卷 第 5 期
建筑结构
2010 年 5 月
单跨框架结构抗震加固方法研究
段贵明1 , 史铁花2
( 1 山西建筑职业技术学院土木工程系, 太原 030006; 2 中国建筑科学研究院工程抗震研究所, 北京 100013)
[ 摘要] 新修订的5 建筑抗震鉴定标准6 ( GB50023) 2009) 规定重点设防类的框架结构不 得采用单跨 框架结构, 否则 需进行加固。针对单跨框架的震害特征, 探讨了该类结 构的各种加固方法, 结合两个工程实例进行了不同加 固方法 的比较, 提出了提高单跨框架抗震能力的加固 策略。 [ 关键词] 单跨框架; 抗震加固; 抗震支撑; 抗震墙
加固后结构纵横向的刚度
表1
加固 方法
层号
刚度PkNPm
X向
Y向
上部重量
刚重比
PkN
X向 Y向
增设 1 01 101 @ 107 01 144 @ 106 5 582 7151 99 1021 41 支撑 2 01 607 @ 106 01 616 @ 105 2 450 1 237183 1251 63
一双向 4 层单跨框架结构, 是附属楼梯 间, 紧邻教 学楼( 图 5) , 乙 类建 筑。因 为结 构作 为楼 梯 间需 要满 足北、东侧教学楼的服务要Baidu Nhomakorabea, 如果采用在 双向设置支 撑, 会影响建筑物的通行。若采用单跨变 双跨的方法, 柱加在里侧由于 跨度 太小仍 然影 响通行, 只能 在两个 方向均往外 延伸一 榀框 架。这样做 首先 是没有 空间, 其次是需要相关规划部门的审批, 手续繁琐。
0 引言 框架结构体 系只有 一道 抗震防 线, 而 单跨框 架作
为框架结构的特殊形式, 其结构冗余度 较小, 因而在地 震中很容易形成机构从而破坏倒塌。在 历次地震中都 有许多单跨框 架结构 的震 害实例, 在汶 川地震 中都江 堰市烟草公司 单跨框 架结 构中等 破坏, 填充墙 破坏严 重, 部分倒塌( 图 1) ; 在汶川 地震中 都江堰市 某 6 层单 跨框架部分 倒塌 ( 图 2) ; 在台 湾省 集集 地震 中彰 化县 林镇富贵名门大楼( 16 层单跨框架) 倒塌( 图 3) 。