砌体结构抗震鉴定与加固改造

第1章 绪论

1.1 课题的研究背景及意义
地震是人类历史上面对的最严重的自然灾害之一，它给我们的社会带来了巨大的生命财产损失，具有毁灭性的破坏能力。随着我国经济的发展、人口的增加，高层建筑也越来越多，进而地震所带来的风险和亏损也更为巨大。1976年7月28日经历的唐山大地震，震级达 7.8 级，唐山市区建筑物基本全部倒塌，24 万多人死亡，16 万余人受伤，直接和间接经济损失共约 300 亿元；1999 年 8 月土耳其伊兹米特发生7.4 级大地震，致使约 1.3 万人死亡，造成的经济损失达 400 多亿美元；在北京时间2008年5月12日汶川发生8级特大地震，造成500余万间房屋倒塌，2000 多万间房屋被损坏，共有 8 万多人死亡，受伤人数达 30 多万，经济损失也很严重，仅直接的就高达8451亿元，如图1-1所示。

因为我国的中小学教学楼和校舍大部分采用砖混结构形式，所以在每次的大地震中其倒塌情况最为严重，我省也不例外。砖混结构成本低，所需材料来源广，是低层住宅，学校等房屋建筑优先选择的结构形式。然而砖混结构也存在它的缺陷，由于砖墙自重大，因此在抵抗水平地震作用时刚度会比较大，结构的动力反应会明显增大。在对中小学校舍进行调研时观察出，绝大多数砌体结构房屋抗震性能差，浇筑砂浆等级偏低，砖墙的整体性太差，圈梁、构造柱等抗震构造措施未被配合使用。早期建设的中小学校舍由于相关规范的重新编制，导致抗震设防要求不能与现行规范同步。因此，中小学校舍应重新接受可靠性检测鉴定，然后选用可行的方法进行适当的抗震加固，以避免因地震造成人员伤亡及无法预知的社会负面影响。

1.2 国内外研究现状
1.2.1 我国抗震加固工作的研究现状
在工程项目中，对建筑结构的检测是基础，是为鉴定与评估结构提供必要的信息和数据。而衔接检测技术与加固改造技术的重要环节是鉴定与评估技术，这才是关键。对于结构所存在的问题，只有经过对其进行评估、剖析、对比及论证，才能得出影响其性能因素的详情、及各种因素会对结构造成何种影响、再根据存在问题的危险系数，最后确定问题的处理方案。施工图的设计和施工操作方案的确定都包含在对结构的加固与改造当中。
试点起步、蓬勃开展、综合发展、进一步完善深化是我国抗震加固工作所经历的四个阶段。
第一阶段，是对结构抗震鉴定及加固改造的起始阶段，这一阶段是从 1966年邢台地震一直到 1976 年唐山大地震。在 1964 年之前，我国的工程抗震设计主要参照原苏联的《地震区建筑抗震设计规范》来进行，而没有自己的抗震设计规范。开始时期的重要事件是：1968 年出台了北京、天津地区的包含了一般民用建筑、旧建筑物、单层工业厂房、水塔等构筑物的抗震鉴定标准(草案)和加固措施要点，并且抗震加固的工作正式在北京、天津地区展开，开始试运行。自此，我国的抗震鉴定及加固工作才正式开始。在1975年海城地震后，北京和天津根据当时对京津地区地震情况的预测，开始针对主要建筑进行抗震鉴定评估，并且采取了与之相应的加固措施。此外，《京津地区工业与民用建筑抗震鉴定标准（试行）》在原来国家建委京津地区抗震办公室的带领指导下编订出来了，此规范是我国正式编订的首个抗震鉴定标准，为以后相关规范标准的制定提供了依据。北京、天津两市部分房屋的抗震鉴定加固因为《京津地区工业与民用建筑抗震鉴定标准（试行）》的推行而有了依据，也为其他抗震加固规范的制定指引了方向。
第二阶段，是结构抗震鉴定及加固改造工作的蓬勃开展阶段。起始于1976年唐山大地震，一直到 1989 年。在唐山大地震后，从安全角度出发，《工业与民用建筑抗震设计规范》（TJ11-78）和《工业与民用建筑抗震鉴定标准》(T723-77)这一在全国范围内都可以使用的国家级技术标准正式出台，它们为建筑结构的抗震设计提高了依据，让结构鉴定有据可循。随之在1989年，以概率统计理论为基础的国家标准《建筑抗震设计规范》(GBJ11-89)正式颁布。在此阶段，对 7 度及以上的抗震设防区域的既有建筑做了鉴定加固工作。根据调查，从数据上发现，仅仅从 1977 年到 1981 年四年的时间里，国家政府、地方政府以及地方的企业就对建筑加固投资花费了大约 12 亿元人民币，大约有 6300 万平方米的建筑进行了加固，到1988年为止，对既有建筑的鉴定加固已经完工的约有2.15亿平方米，加固工作开展的非常顺利。经过本阶段的加固，我国城市的已建建筑其抗震能力有了突飞猛进的发展。

第2章 砌体结构抗震性能研究

2.1 多层砌体结构房屋抗震的一般规定
多层砌体房屋因其砖墙的脆性，抵抗地震力的能力会较差，再加上墙体连接处存在的弱点，建筑很容易被破坏。为了使我们所要设计的建筑能够满足各种规范要求，我们在对其进行建筑和结构设计时，要多进行考虑，争取结构的合理布置能够使建筑的安全系数得到提升。
2.1.1 多层砌体房屋的结构体系
在对建筑进行设计时，不能一味的追求美，也要考虑建筑的安全性，结构布置要依据建筑布局，过于追求个性会为建筑埋下很多安全隐患，所以要求设计要合理。
(1) 称重横墙承重或纵横墙共同应被优先选用
由纵墙承重的结构体系，在横向地震作用下因为楼板的侧边一般不嵌入横墙内，所以只有很少的地震力通过板的侧边直接传给横墙，大多数会有纵横墙体的交接面传给横墙。曲折的传力路径使得非承重纵墙受力不均，导致破坏严重。
由于横墙开洞少，且有纵墙作为侧向支撑，因而采用横墙承重的结构体系，更有利于地震作用的传递。
纵横墙共同承重的结构体系，不仅能够较为直接的传输横向地震力，而且可以直接或间接的传输纵向地震力。
(2)对纵横 墙的布置最好匀称，平面内应 对齐，相同轴线 上的窗间墙宽度应该上下一致
为防止结构在地震力作用下发生扭转，多层砌体房屋布置时矩形是最佳方案；纵横墙的均匀布置对避免水平地震作用下的扭转也起着重要作用。
墙体所承担地震力的多少与其刚度有关，刚度越大承担越多，所以宽的窗间墙更容易破坏。为避免窗间墙被一一破坏，造成外部纵墙和房屋的纵向抵抗地震能力降低，所以，相同轴线上的窗间墙宽度应该上下一致。
砌体房屋的墙体材料强度低，墙体的截面会伴随着房屋高度和层数的变化而随之改变，当结构的自重增大时，承担的地震力也会增长。砌体因为是脆性材料，没有很好的变形能力，因此在地震作用下极易开裂。连续不断的地震作用作用到已经开裂的墙体上时，有很大的几率会导致墙体从裂缝处平行错开，使墙体的强度严重受到影响，支撑力减弱。上部结构的质量很大时，下部已经发生错动的墙体会承受很大的压力，这样本来就不完好的墙体很容易就会被破坏，从而导致整体破坏。因此，对建筑的层数与总高度有了一定的要求，表2-1。


2.2 砌体结构校舍的震害
地震作为一种突发的自然灾害，无法预知也无法预报，还是人类必需要面对的灾难。我国又是地震多发国家，我国有 85%以上的地区都处于地震区。上世纪70年代以来，由于砌体结构省时省钱我国建造的校舍基本上都是这种结构，而且一般也没有考虑结构的抗震设防。一直延续到 2008 年 5 月 12 日汶川大地震的发生，根据不完全统计，这次地震中有 593.3 万间的房屋受到严重损坏，不到 550万间房屋出现坍塌，受到损坏的房屋已经超过了1500万间。
砌体结构校舍在这次汶川大地震中受损倒塌现象非常惨重，如图 2-1~2-2 所示。根据对灾区情况的调查发现，在此次地震中有占受灾地区学校建筑面积的2.98%学校校舍坍塌；教学楼坍毁的面积占受灾地区坍毁房屋的 2.21%。学生伤亡情况更是相当严重，据统计，仅仅在地震发生的前15天，四川受灾地区的学生死亡人数就达到了4664人，占到了死亡总数的6.84%；受伤学生达13768人，占到总体受伤人员的4.02%。

在汶川地震中，在对村镇地区的坍塌校舍进行调查分析时得出，造成这种结果的主要原因是大部分教学楼没有经过专业的设计施工，在建造时就存在了太多的安全隐患，没有考虑到抗震因素。构件之间的衔接不合理，结构材料的脆性等，最后造成结构抗力不足，以致破坏。它主要表现在：结构的布局不合理，结构的上部过重下部支撑出现薄弱环节，结构的不均匀造成刚度的分配不够均匀；结构传递荷载的方式太过简单单一，缺少更多的多余约束；结构没有设置圈梁、构造柱，无法使墙体受到制约；材料的强度太低或延性不满足要求；对使用预制板的结构未能提供结构与之衔接的构造措施。
在这次地震中，学生伤亡人数过多，造成的影响相当巨大。因此，教学楼的抗震设计受到了相当的重视，对那些已经建好的教学楼进行抗震加固也成为了一项必须马上要做的工作。

第 3 章 砌体结构的检测与鉴定................ 21
3.1 结构检测的分类........................... 21
3.2 检测的目的和意义 ............... 21
3.3 检测的原则................... 22
第 4 章 砌体结构的抗震加固.................. 25
4.1 砌体结构抗震加固概述...................... 25
第 5 章 工程实例.................. 37
5.1PKPMJDJG软件的介绍 .......................... 37

第5章 工程实例

5.1PKPMJDJG 软件的介绍
我国的既有建筑规范标准及加固改造技术虽然都已经逐渐走向成熟，但是对计算机软件这一方面的研究依旧相对薄弱。然而自汶川大地震发生以来，人们对老旧房屋的加固改造开始重视起来，它成为了一项长期的任务。鉴定加固软件因为相对滞后，成为了实际工程应用中的绊脚石。自有关专家对十一五课题中的鉴定加固软件的研发工作进行攻克之后，PKPM系列中的砌体结构和混凝土结构鉴定与加固设计版块的开发已经完成，即 PKPMJDJG 功能版块。这一软件采用的是数字化模型，包含了结构鉴定所需要的所有信息以及多种已经实用验证过的成熟的加固手段，其功能较齐全，使用方便，虽然目前此软件并没被广泛运用，但是该板块的市场前景非常良好。
5.1.1 既有建筑加固改造的设计软件发展状况
当前，我国的建筑业已经趋于饱和，已建工程面积已经达到了420亿平方米，已经不再需要大面积的进行新建，我国的建筑业也开始向加固改造方向发展，小部分新建大部分加固已经成为了一种发展趋势。我国对既有建筑的鉴定与加固改造非常重视，投资力度也很大，并且也取得了不少成果，从我国日趋成熟的加固技术以及相应规范可已看出加固技术的前景非常良好，但是相应的计算机软件却较为薄弱。我国有一些致力于研究计算机鉴定与加固改造技术软件的单位，他们研究的软件还处于构件级水平，一些计算方法大多来自研究成果，还没有能够使用最新的《混凝土结构加固设计规范》方法，种种原因导致软件没有能够在各大设计院中得到普及应用。

结论与展望

因为砌体结构在设计施工时造价低廉，施工技术的要求低等，在我国中小学建筑中应用特别广泛。但由于砌体是一种脆性材料，在地震力的作用下，其结构的破坏率相当高，为了防止建筑倒塌造成太多的人受伤或者死亡，并且带来无法估量的金钱损失，对砌体结构校舍的加固成为了一项迫在眉睫的任务。为此，本文对一80年代教学楼进行了模拟检测鉴定加固，以得出有效的加固方案，以便对该建筑进行加固处理。
实践中我们也可以根据此例将其中的理论应用到其他的加固领域中，使结构的加固方法得到扩宽，在实践中探索分析，以使文中的鉴定加固方法能够应用的更加广泛。

结论
(1)本文论述了多层砌体结构房屋在进行抗震设计时，对于结构布置和构造要求的一般规定，及合理的设计对于结果抗震的重要意义；分析了砌体结构校舍在地震中倒塌严重的原因；总结出了目前我国砌体结构教学建筑的现存状况及其存在的典型的安全隐患。
(2)针对现在建 筑结 构存在的问题，对于 结构 的 检测 鉴定做出了 简单 的阐述说明分析，以为结构加固做出前期铺垫。
(3)本文通过现有砌体结构校舍存在的典型问题，总结出多种增强房屋承载力的加固措施，并对它们进行了简单的分析介绍；对于加强房屋整体性进行了简单介绍，提出了几点构造措施。
(4)运用 PKPM 软件中的 JDJG 版块对一栋既有教学楼进行模拟检测鉴定加固，并提出加固方案，分析加固后该教学楼的抗震能力，查看其抗震指数，得出最优加固方案。
参考文献（略）