单跨框架加固方法讨论及工程应用

发布时间：2022-10-05 10:09 热度：

单跨框架加固方法讨论及工程应用

周皓

摘要：本文介绍了单跨框架的特点及常用的加固法，同时分析了“增设抗震墙加固法”及“增设多余约束法”的特点及应用限制。单跨框架加固设计应根据每个加固工程的既有条件特点选择加固方法。“增设抗震墙加固法”较适用于建筑及结构布置对称，勘查资料缺失的单跨框架校舍加固；“增设多余约束法”较适用于勘查资料齐备且地质条件适合采用天然基础的单跨框架校舍加固。

关键词：单跨框架 加固 增设抗震墙 增设多余约束法

一、 引言

1.1汶川地震校舍破坏情况

5.12汶川特大地震中，大中小学校属重灾区，仅都江堰地区，就有四川工商职业技术学院、东软信息技术职业学院、四川水利职业技术学院、四川农业大学都江堰分校4所普通高校遭受严重人员和财产损失。此外，西南科技大学、四川警安职业学院等高校也遭受了不同程度的校舍破坏和人员伤亡。地处震中地区的阿坝高等师范学院直接经济损失达8亿多元。灾区的中小学校损失更为惨重，受汶川大地震影响，仅汉中市教育系统62％以上的学校受损，倒塌校舍1332间，形成危房117．5万平方米，全市2157所中小学中，有398所9．6万余名学生不能正常复课，距离四川震区最近的略阳和宁强县有95％的校舍受损。

1.2框架结构破坏原因

结构体系不合理是校舍在5.12汶川特大地震中损坏特别严重的重要原因之一。以绵阳灾区中学教学用房为例，采用单跨柜架的校舍普遍发生了不同程度的震害，部分单跨柜架的校舍已接近倒塌，造成重大伤亡。

1.3规范修订情况

单跨框架结构均在国家规范限制使用之列，但也根据其高度及设防分类而有所区别对待：《建筑抗震设计规范》第6.1.5条规定，“高层的框架结构不应采用单跨框架结构，多层框架结构不宜采用单跨框架结构”。《建筑抗震鉴定标准》第6.2.1条也规定，“框架结构不宜为单跨框架，乙类设防时，不应为单跨框架结构”。

针对5.12汶川特大地震中单跨结构校舍出现的情况，相关规范已做出相应调整。《建筑工程抗震设防分类标准》2008年修订版第6.0.8条修订为“教育建筑中，幼儿园、小学、中学的教学用房以学生宿舍和食堂，抗震设防类别应不低于重点设防类。”。2004版明确规定了人数较多的幼儿园、小学教学用房提高抗震设防类别的要求，修定后所有校舍均要提高到重点设防类，即根据建筑抗震鉴定标准》第6.2.1条规定，所有校舍不应为单跨框架结构。

二、 单跨框架加固方法讨论

2.1单跨框架特点

很多中小学教学楼和生活设施建筑都采用单面走廊的形式，其结构形式属单跨框架结构体系，而单跨框架作为框架结构的特殊形式，其抗侧移刚度小，耗能能力弱，结构冗余度小，在遭遇强烈地震时，很容易由于单个竖向构件发生破坏继而引发结构连续倒塌，同时填充墙及其他附属构件易出现较大程度损坏，造成严重伤亡情况。

2.2单跨框架加固方法介绍

校舍中的单跨框架的结构都需要做抗震加固，一般此类结构的加固方法主要分为以下三类：一是增设抗震墙，改为框架剪力墙结构；二是增设多余约束，将单跨框架改为多跨框架；三是采用耗能支撑等新型抗震加固技术。由于耗能支撑属新型技术，目前在已校舍加固中应用较少且费用较高，本文主要讨论“增设抗震墙加固法”及“增设多余约束法”。

2.2.1增设抗震墙加固法

增设抗震墙加固法，是在单跨框架建筑的框架平面方向增设抗震墙，具体方法可以以在柱子处增加翼墙，如图（1）所示。增加翼墙是改变了单跨建筑的受力体系，可以有效减少结构在预期地震下的变形，并在大震作用下成为主要抗侧力构件，从而达到提高抗震能力的目的。



2.2.2增设多余约束加固法

增设多余约束法，是在单跨框架建筑的框架平面方向增设柱子，在应用中就是在校舍外廊增设框架柱，如图（2）所示。增加柱后单跨框架变为多跨框架结构，从而可避免单跨框架结构缺点所引起的抗震能力足的问题。

2.2.3应用条件

以上两种方法从结构计算的角度分析，都可以提高单跨结构的抗震能力，满足相关规范的要求。但在加固设计实践过程中都有其局限性。

考虑到建筑外观及使用功能要求，增设抗震墙加固法的布置存在很大的局限性。增设抗震墙加固法需要基本对称的位置设置翼墙，但建筑平面布置不一定是对称，对于既有建筑，无法通过改变平面布置去满足结构设置的要求。因此在平面布置不对称的建筑不适合采用增设抗震墙加固法。

增设多余约束法最大的特点是增加新框架柱，新增框架带来一个问题是需要为其增设基础。新增设基础首先面临的困难是需要有详细的地质勘察资料，但现在校舍许多为90年代的建筑，有部分甚至是80年代的建筑，实践过程中发现部分校舍由于年代久远已遗失所有资料。第二，在地质勘察资料齐备的前提下，增设多余约束法又会遇到基础类型的选型问题，如果新旧基础类型不同，有可能因地基不均沉降而引起一系列结构病害，如“吊脚柱”等。第三，经济性的问题，如果地质条件限制新增基础需做深基础，那么加固方案费用高，经济性差。

三、 工程实例

单跨框架加固设计应根据每个加固工程的既有条件选择加固方法。以下选择两个有代表性的工程实例进行比较。

3.1设置柱子翼墙实例

珠海某教学楼平面为41.1米×9.0米，原基础型式为桩基础，缺失地质勘察资料，选用增设抗震墙加固法加固，平面图如下图所示。本工程实例已竣工，目前使用情况良好。

3.2增设柱实例

某教学楼平面为36米×9.8米，原基础型式为天然基础，地质勘察资料齐备，选用增设多余约束法加固，平面图如下图所示。本工程实例已竣工，目前使用情况良好。



四、 小结

单跨框架作为框架结构的特殊形式，其抗侧移刚度小，耗能能力弱，结构冗余度小，抗震能力较弱。本文介绍了单跨框架的特点及常用的加固法，同时分析了“增设抗震墙加固法”及“增设多余约束法”的特点及应用条件。单跨框架加固设计应根据每个加固工程的既有条件点选择加固方法。“增设抗震墙加固法”较适用于建筑及结构布置对称，勘查资料缺失的单跨框架校舍加固。“增设多余约束法”较适用于勘查资料齐备且地质条件适合采用天然基础的单跨框架校舍加固。

参考文献：

[1] 邓伟瑜.浅谈建筑结构钢筋混凝土加固技术方法[J].沿海企业与科技，2009