5.12大地震震害啟示與加固設(shè)計施工過程
發(fā)布時間：2019-03-12 點(diǎn)擊次數(shù)：1326 新聞來源：【本站】
5.12大地震震害啟示與加固設(shè)計施工過程
（四川國方建筑機(jī)械有限公司 成都 610031）
[提要] 5.12汶川大地震震害深刻教訓(xùn)我們結(jié)構(gòu)工程師。結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計，除應(yīng)滿足承載力要求外尚應(yīng)符合其抗震能力。不應(yīng)存在因局部加強(qiáng)或剛度、質(zhì)量的突變而形成新的薄弱點(diǎn)。同時，還應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)剛度突變和質(zhì)量的差異而導(dǎo)致的地震作用效應(yīng)增大的影響。本文通過大量的震害和震后加固實(shí)例與予結(jié)構(gòu)工程師參考。
[關(guān)鍵詞] 震害 剛度 質(zhì)量 加固 抗震
0、前言
5.12汶川大地震后，我公司在第一時間赴都江堰、綿竹等震區(qū)，對不同類型的建筑結(jié)構(gòu)特別是框架結(jié)構(gòu)的破壞現(xiàn)象進(jìn)行了調(diào)研和歸納。并對“強(qiáng)梁弱柱”和“上強(qiáng)下弱”的現(xiàn)象進(jìn)行了分析，其中框架結(jié)構(gòu)的破壞現(xiàn)象基本發(fā)生在底層節(jié)點(diǎn)核心區(qū)周圍，而磚混結(jié)構(gòu)的倒塌多數(shù)為整體的1/3以內(nèi)，因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計和加固設(shè)計的剛度突變和質(zhì)量的差異更加值得我們結(jié)構(gòu)工程師重視。結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的設(shè)計，除應(yīng)滿足承載力要求外尚應(yīng)符合其抗震能力，不應(yīng)存在因局部加強(qiáng)剛度突變及質(zhì)量的差異而形成新的薄弱點(diǎn)，同時還應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)剛度突變和質(zhì)量的差異而導(dǎo)致地震作用效應(yīng)增大影響。
1、調(diào)查分析
以都江堰市區(qū)被調(diào)查的60座框架結(jié)構(gòu)為例（表1），圖1A處開裂損傷最為嚴(yán)重，占中等損害和嚴(yán)重破壞的90%以上，均值模型也證明此處為剪切及塑性鉸破壞能量吸收處，其破壞現(xiàn)象包括，較輕的在梁底500mm高度內(nèi)柱角處出現(xiàn)一條或幾條寬度在3mm以內(nèi)的裂縫，較重的成水平裂斷環(huán)形狀，斷口表層混凝土剝落，嚴(yán)重的柱端混凝土酥碎，豎向鋼筋外露突出屈服（圖2）。但更為重要的是此外絕大多數(shù)設(shè)置為施工縫，延伸結(jié)構(gòu)的施工工藝無法保證截面的結(jié)合強(qiáng)度，使其破損尤為突出，類似的剛度突變處和施工縫在同一截面的現(xiàn)象也普遍存在。 圖3為地震帶區(qū)某水泥廠生料 圖2 均化庫，在豎向地震作用下，其施工縫處和內(nèi)部結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換處碎裂，并因混凝土和鋼筋壓屈使其上部下沉約50cm。上部結(jié)構(gòu)的裂縫全部在施工縫處及暗梁下部（圖4），此外，柱加密區(qū)箍筋配筋不足（圖5），設(shè)置不合理也是加劇塑性鉸破壞的原因之一。從所有被調(diào)查的受損框架柱來看，除了砂石、水泥、骨料和施工問題外，混凝土配筋率不足也是問題之一。因此，提高混凝土的配筋率并規(guī)范最低強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)，限制使用單拉鉤箍，采用螺紋箍焊接封箍的方式也許是較好的方法之一。
圖3 圖4 圖5
框架角柱（圖6）的震害比中柱和邊柱更為嚴(yán)重，地震中角柱的扭轉(zhuǎn)振動大，加之水平力產(chǎn)生的較大傾復(fù)力矩，使其明顯呈現(xiàn)出承載力不足的現(xiàn)象。因此建議受損角柱采用加大截面的方法進(jìn)行加固或置換。
填充墻設(shè)置不合理以及底層或二層商鋪大開間未設(shè)置填充墻（圖7）也是造成較大剛度差的原因之一。在調(diào)查的60座框架結(jié)構(gòu)建筑中，其絕大多數(shù)為臨街鋪面，底層除設(shè)有局部外墻外，內(nèi)部的填充墻布置不均勻或布置不合理也是較為普遍的（圖8）。這種設(shè)置完全是根據(jù)業(yè)主的使用功能而定，未經(jīng)過認(rèn)真的分析和定量計算，造成圖1A處和B處的受損，個別為此而倒塌（圖9）或傾斜（圖10），由此可見，建筑整體的水平剛度和垂直剛度的不均勻性造成的破壞也是非常嚴(yán)重的，這也暴露了現(xiàn)行規(guī)范和計算方法的缺憾。值得一提的是，在上下填充墻布置比較均勻的建筑中，雖然墻體破壞非常嚴(yán)重（圖11），但梁柱節(jié)點(diǎn)受損較輕（圖12）也充分證明合理填充墻起到的耗能作用。比如同樣是單跨結(jié)構(gòu)的都江堰煙草公司（圖13）和都江堰的中國銀行大樓（圖14），前者填充墻破壞非常嚴(yán)重，但結(jié)構(gòu)主體特別是節(jié)點(diǎn)周圍受損較輕，而銀行大樓倒塌，這也和不同填充墻設(shè)置不無關(guān)系的。
因此，我們在判斷框架結(jié)構(gòu)建筑受損是否嚴(yán)重，是否可以加固，不是看其裂縫的大小，而是認(rèn)真檢測其系統(tǒng)的穩(wěn)定性、沉降和傾斜是否在穩(wěn)定的范圍內(nèi)。
樓梯間作為重要的逃生通道，在被調(diào)查的60座框架結(jié)構(gòu)中有50%以上的房屋具有不同程度損壞，其中一層樓梯倒塌有6處，地震中包括周圍填充墻的倒塌造成的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失的比例較大，給我們留下了深刻的印象。樓梯間作為不規(guī)則的構(gòu)件，加之在地震中反復(fù)拉壓的強(qiáng)大的沖擊力下，梯梁柱和主體結(jié)合處（圖15）梯步與梯梁的結(jié)合處造成嚴(yán)重?fù)p傷（圖16）。多層框架中的樓梯斜梁和踏步板構(gòu)成類似于豎向鋼筋混凝土斜撐共同作用于樓梯柱或支撐中間平臺梁板，以致這些柱承受了更大的地震剪切力，從都江堰的震害來看，大多是多層框架樓梯柱在休息平臺外出現(xiàn)沖剪破壞，有的部位實(shí)際也形成了短柱而加重了破壞。
因此，樓梯如何定量參與主體的建模也是我們結(jié)構(gòu)工程師值得重視和探討的，在以往的設(shè)計中，我們只是將樓梯的荷載對周邊桿件的作用進(jìn)行計算以及梯板、平臺等構(gòu)件內(nèi)力計算，未考慮整體結(jié)構(gòu)的共同工作。是否采用鋼筋混凝土墻或者在高裂變區(qū)采用鋼樓梯提高其柔性或延性都是值得研究的。
震災(zāi)的慘痛教訓(xùn)應(yīng)該引起我們高度的重視。
剛性連接不同的主體，在都江堰也是普遍存在的，造成的破壞是非常嚴(yán)重的，圖17為某水泥廠配料車間。5.12地震前其設(shè)備自身的震動已使接合處出現(xiàn)細(xì)小裂紋，這時應(yīng)該引起我們的警惕，但采用的加固方法不是改變其受力體系，加固四根立柱承擔(dān)卸料鋼筒，而是采用牛腿連接進(jìn)行加固。地震后在同樣的部位拉裂，這種設(shè)計完全違背了結(jié)構(gòu)體系的基本原則，全部在接合處拉裂（圖18），圖19 的框架由此完全破壞無法修復(fù)，有的甚至倒塌（圖20）。
都江堰多層框架結(jié)構(gòu)建筑中的短柱層破壞是非常嚴(yán)重的，在調(diào)查的類似建筑中無一例外的出現(xiàn)不同程度的損傷。類似圖21，幾乎全部在窗臺和窗頂高度處產(chǎn)生水平裂縫，這種破壞也包括了嵌砌在框架內(nèi)的空心磚窗裙墻處對柱的嵌固作用，使側(cè)移剛度增大，分擔(dān)了多的水平地震力，以致因受彎承載力不足而水平斷裂，同樣如果柱的受剪承載力低于增大了的水平地震剪力時，也會產(chǎn)生剪切型的斜向裂縫和短柱交叉裂縫，這種破壞反映在樓梯短柱上也是相當(dāng)突出的（圖22）。長短柱在同一層中同時存在時，短柱明顯受損嚴(yán)重（圖23）。這也證明了地震作用下按其剛度分配的道理。同樣截面的柱子由于凈高小，而承受的地震作用較大所致。
設(shè)計和施工中構(gòu)造構(gòu)件設(shè)置混亂而導(dǎo)致的破壞在這次地震中反應(yīng)非常突出。由于多數(shù)未參與主體設(shè)計，功能布置業(yè)主說了算。僅僅因?yàn)椴辉O(shè)填充墻的拉接筋（圖24）或拉接質(zhì)量太差，不設(shè)構(gòu)造柱或少設(shè)構(gòu)造柱填充垮塌（圖25）所造成的人員傷亡占較大的比例。
特別應(yīng)該提出的是防震縫和變形縫的震害，其后果往往影響結(jié)構(gòu)整體的安全性能，其地震反映結(jié)構(gòu)不同的動力性能和相位差充分反映在災(zāi)害面前。這在整個四川災(zāi)區(qū)是非常普遍的現(xiàn)象，僅綿竹城區(qū)占到了40%以上。表現(xiàn)為（1）縫寬不足（圖26），地震時框架結(jié)構(gòu)水平側(cè)移很大而相互碰撞，建議規(guī)范適當(dāng)提高縫寬，特別是高烈度地區(qū)應(yīng)大幅度提高；（2）變形縫內(nèi)落入物體或安裝各種管道（圖27），伸縮縫如同虛設(shè)；（3）防震縫未徹底斷開（圖28）；（4）該設(shè)而不設(shè)，從而在后澆帶開裂（圖29）；（5）防震縫兩側(cè)相應(yīng)建筑層高以及質(zhì)量不同（圖30），結(jié)構(gòu)及剛度不同（圖31）的相互碰撞；（6）填充物設(shè)置不當(dāng)，圖32外梯一層挑梁下部地震時填充磚造成整體不能共同工作挑梁剪斷。
在被調(diào)查的都江堰60座體型各異的多層鋼混結(jié)構(gòu)中，剛度不均勻的多層框架的破壞明顯嚴(yán)重，如L型和U型以及不對稱平面建筑，地震時出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)振動而震害加巨，其角柱均受損嚴(yán)重（圖 33）。突出屋頂?shù)氖者M(jìn)建筑基本無一幸免。這類屋頂塔樓的平面尺寸和抗側(cè)移剛度均比主體建筑小很多。地震時由于反復(fù)震動引發(fā)的鞭鞘效應(yīng)使得塔樓承載力不足而破壞倒塌（圖34），斷裂處弱不禁風(fēng)（圖35）。多層和高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)常因底層布置成商店、餐廳、內(nèi)廳等大空間用房，常把底層或二、三層做成框架，而上部住宅或客房采用框剪式剪力墻結(jié)構(gòu)，這種框架托墻結(jié)構(gòu)由于底層抗側(cè)移剛度和屈服強(qiáng)度驟然減低，位移增大，剛度突變，屈服強(qiáng)度系數(shù)比上面各層小得多，從而引起底層特別是轉(zhuǎn)換層嚴(yán)重破壞。如都江堰某大型建筑，底部為五層框架以上七層剪力墻結(jié)構(gòu)，其轉(zhuǎn)換層處的暗柱（圖36），電梯井筒（圖37），剪力墻（圖38）完全切開。
應(yīng)該提出的是，受損露筋構(gòu)件表現(xiàn)明顯感到配筋不足，特別是豎向構(gòu)件。這與造價及追求低的含鋼量，導(dǎo)致設(shè)計僅滿足規(guī)范最低要求不無關(guān)系，在經(jīng)濟(jì)利益以及室內(nèi)大空間的誘惑下，開發(fā)商或業(yè)主要求設(shè)計含鋼量不能超過多少或者減少梁柱以保證較大的使用面積和室內(nèi)空間，這樣的建筑物出現(xiàn)問題的幾率會更高。
加固的設(shè)計和施工與新建設(shè)計和施工最大的差異就是前者更加需要重視設(shè)計和施工的過程。比如需要加固和局部拆除的建筑，是先拆除還是先加固？是否需要卸載？如何進(jìn)行卸載？加固所用的材料以及施工方法是否要滿足材料所要求的特性而共同作用？加固后的受力特征是否能有效的傳遞到基礎(chǔ)?是否會產(chǎn)生新的剛度突變而無法滿足抗震要求？加固的步驟是否能達(dá)到體系的受力要求，從而有效的傳遞到基礎(chǔ)？等等。
我們知道，補(bǔ)強(qiáng)加固特別是受損建筑的加固是恢復(fù)和提高結(jié)構(gòu)的抗震能力和強(qiáng)度的過程，是對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的承載力、剛度適性、抗裂性、整體性、穩(wěn)定性予以恢復(fù)或提高的過程，這是一項多技術(shù)手段的綜合行業(yè)。我們在施工過程中對每一種材料或技術(shù)手段是否達(dá)到要求可以進(jìn)行可靠的檢測；比如新舊材料的結(jié)合強(qiáng)度或兩種不同材料之間的結(jié)合強(qiáng)度等，但整體完工后是否達(dá)到共同工作或載荷要求，到目前為止還沒有一種可靠簡便的測試方法。為了保險起見，一些材料規(guī)定或選取的設(shè)計值與標(biāo)準(zhǔn)值相差甚遠(yuǎn)，從而也造成了節(jié)點(diǎn)過大以及材料的浪費(fèi)。更重要的是災(zāi)后工程出現(xiàn)的隱患，特別是梁、柱、板新增結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的裂縫應(yīng)該引起我們的高度重視，只要出現(xiàn)就是無效失敗的補(bǔ)強(qiáng)，必須重新進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。這是因?yàn)檠a(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)屬于二次受力破壞，與一般未經(jīng)過補(bǔ)強(qiáng)的普通結(jié)構(gòu)有很大的差異。在補(bǔ)強(qiáng)前即使去掉全部活荷載，其原結(jié)構(gòu)已受力且原結(jié)構(gòu)混凝土收縮變形已完成，補(bǔ)強(qiáng)后隨著荷載的增加，原結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變值都比較高，但新增材料或構(gòu)件并不會立即承擔(dān)荷載；而是在荷載超出原結(jié)構(gòu)的累積應(yīng)力、應(yīng)變極限值的前提下才可能出現(xiàn)。災(zāi)區(qū)的受損建筑，特別是多層混凝土結(jié)構(gòu)“上強(qiáng)下弱”現(xiàn)象并結(jié)合以上原則推理，必須進(jìn)行卸載而后加固，新增的補(bǔ)強(qiáng)材料或構(gòu)件才能有效的分擔(dān)從而共同工作。而從災(zāi)區(qū)加固的情況看，多層建筑的卸載由于場地及地面支撐基礎(chǔ)的限制而無法實(shí)現(xiàn)。因?yàn)樾遁d的支撐力應(yīng)在荷載的60%以上才能使新增加固結(jié)構(gòu)比較有效的接應(yīng)。災(zāi)區(qū)立柱受損是非常嚴(yán)重的，有的完全酥潰甚至貫通，之所以未垮塌是因?yàn)橄到y(tǒng)立柱支撐還起到一定作用。這時如果采用無卸載加固，二次受力加固構(gòu)件和材料只能是原一次受力的受損處完全失去支撐才能實(shí)現(xiàn)，一次受力受損處失去支撐力也許是余震或者是荷載增加。因此，我們在加固設(shè)計方案時必須考慮新增構(gòu)件或材料抗剪、抗拉、抗壓強(qiáng)度大于原立柱截面的強(qiáng)度，一旦一次受力喪失支撐力，新增構(gòu)件或者材料能及時有效的接應(yīng)。這是受損建筑特別是受損嚴(yán)重的立柱在設(shè)計和施工中至關(guān)重要的一點(diǎn)，也是加固設(shè)計和施工中最基本的機(jī)理和概念。反之將會造成更大的隱患和破壞。
從災(zāi)區(qū)現(xiàn)有加固工程來看，情況是不容樂觀的。一些受損非常嚴(yán)重的立柱采用纖維材料圍裹（圖39）或者角鋼圍裹（圖40），有的甚至用混凝土、砂漿抹平了事（圖41）。這種加固方法沒有能力承擔(dān)原受損處失去支撐的載荷，一旦余震或者荷載超出了受損處的支撐力或一次受力失去平衡而施加在加固材料或構(gòu)件上，必將造成更大的破壞。所以，這點(diǎn)應(yīng)該引起我們的高度重視。
對于受損較輕的立柱節(jié)點(diǎn)，我們可以采用鋼圍套的方法進(jìn)行加固，但鋼圍套的起點(diǎn)和終點(diǎn)必須通過節(jié)點(diǎn)，以保證足夠的錨固長度，絕對不能只在梁面（圖42）和梁下（圖43）斷開，這種加固無任何作用，其破壞仍然在鋼圍套兩邊及剛度突變處。
圖42 圖43
應(yīng)該提到的是，我們要求受損嚴(yán)重的立柱在加固時其抗剪、抗壓、抗拉強(qiáng)度大于原受損截面所具有的強(qiáng)度。但除滿足承載力要求外，必須符合其抗震能力，不應(yīng)存在局部加強(qiáng)而造成剛度更大的突變以至形成新的薄弱點(diǎn)。這種現(xiàn)象在災(zāi)區(qū)現(xiàn)有的加固工程也是普遍存在的。圖44為加大截面太大，無過渡截面，同時加大柱頂又在二層梁面薄弱處，使加大截面太大，剛度突變使薄弱處更薄弱。圖45居然將兩棟角柱澆筑在一起加固，不同的震動頻率必然造成更大的破壞。
災(zāi)區(qū)由于防震縫和變形縫未合理設(shè)置而造成的極大損失和人員傷亡絕對不能重演了。
加固設(shè)計是按現(xiàn)行加固規(guī)范及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對加固方案的深化過程，加固施工是對被加固結(jié)構(gòu)按設(shè)計進(jìn)行加固的實(shí)施過程。因此，我們強(qiáng)調(diào)加固設(shè)計與施工的過程，就是針對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)受損加固和抗震加固的基本特點(diǎn)和機(jī)理進(jìn)行的，這個過程包括了從安全性鑒定和抗震鑒定到完成審圖的過程，整個過程應(yīng)該有機(jī)的結(jié)合在一起。特別是采用加固前后的結(jié)構(gòu)計算模型，手算和電算相結(jié)合完成驗(yàn)算及加固設(shè)計。深入實(shí)地的調(diào)查研究制定切實(shí)可行的加固方案和施工方案。
（1）我們在判斷受損建筑是否嚴(yán)重，是否可以進(jìn)行加固，不是看其裂縫的大小，而是認(rèn)真檢測系統(tǒng)的穩(wěn)定性，沉降和傾斜是否在既定的范圍內(nèi)。
（2）加固方案的確定，是在全面綜合地考慮原結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損傷狀況，原建筑使用空間和其它功能要求，加固施工的技術(shù)條件（施工技術(shù)、設(shè)備、熟練技工等）和非技術(shù)因素（資金、工期等）以及對加固效果的估計等多種因素后，經(jīng)過多個方案分析比較擇優(yōu)使用最佳方案。不能單憑印象和經(jīng)驗(yàn)辦事。
（3）既有建筑在加固前必須進(jìn)行抗震和安全性鑒定。僅憑應(yīng)急評估是不行的。因?yàn)槠滂b定結(jié)果是加固設(shè)計的主要依據(jù)。災(zāi)區(qū)的加固，特別是民用建筑及九十年代初以前的建筑，三分之二以上是未完善竣工圖的。其鑒定的質(zhì)量和結(jié)果就更加重要了。
（4）加固設(shè)計前仍應(yīng)對建筑的受損現(xiàn)狀進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)查。發(fā)現(xiàn)圖紙上未說明的缺陷和損傷進(jìn)行專門分析。在加固時一并處理。
（5）加固是系統(tǒng)工程，包括整體房屋、區(qū)段以及構(gòu)件加固。要優(yōu)先采用增強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體承載力和抗震性能，消除不利的因素。
（6）特別是要防止結(jié)構(gòu)的脆性破壞，避免結(jié)構(gòu)的局部加固，使結(jié)構(gòu)承載力和剛度突然變化。
（7）框架結(jié)構(gòu)加固后，宜盡量消除“強(qiáng)梁弱柱”和“上強(qiáng)下弱”的不利于抗震的受力狀態(tài)。使加固后的結(jié)構(gòu)質(zhì)量和剛度分布均勻、對稱。減少扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，
（8）要采取有效措施盡可能的保證新增加截面、構(gòu)件和部分與原有結(jié)構(gòu)未受損的部分能夠可靠的協(xié)同工作，整體受力，共同承擔(dān)加固后該結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)承受的荷載和外加（或約束）變形。如果技術(shù)上做不到新加部分與原有部分的協(xié)同受力，也要在構(gòu)造和連接上做到加固部分分擔(dān)被加固部分的荷載，減輕被加固部分的負(fù)荷，使其在達(dá)到允許程度。
（9）新增構(gòu)件與原主體之間應(yīng)有可靠的連接，其連接質(zhì)量是加固后結(jié)構(gòu)整體協(xié)調(diào)工作的關(guān)鍵。
（10）新增的柱、墻等豎向構(gòu)件應(yīng)有可靠的基礎(chǔ)。這些構(gòu)件既是傳遞豎向荷載，又是直接抵抗水平地震作用的主要構(gòu)件。必須自下而上連續(xù)設(shè)置并落在基礎(chǔ)上。決不允許直接支承在樓層梁板上。
（11）對于加大截面的部分兩端一定要避開節(jié)點(diǎn)核心區(qū)及剛度突變位置，對因加大截面而增添地震作用的柱應(yīng)當(dāng)專門驗(yàn)算。
（12）在加固構(gòu)件時，盡量不損壞原有結(jié)構(gòu)，并保留其有利用價值的部分避免不必要的鑿傷、拆除受損，這樣做，一方面考慮的是經(jīng)濟(jì)效益，另一方面考慮的是盡量減少薄弱部位。因?yàn)榧庸趟略龅牟糠峙c原有部分的連接畢竟是建筑物的薄弱點(diǎn)。
（13）加固后新舊材料能夠共同受力的構(gòu)件，應(yīng)考慮加截面材料的應(yīng)力滯后問題。被加固的原截面，在加固前已受力，但新加截面并不立即分擔(dān)其受力，而是在新增加的荷載作用下才可是受力。所以在加固后的截面上始終存在著新加截面應(yīng)力滯后于原截面應(yīng)力的現(xiàn)象。這種應(yīng)力滯后現(xiàn)象，使得加固截面到達(dá)其極限狀態(tài)時，新加截面材料的應(yīng)力可能較低，它們尚難以充分發(fā)揮其潛力。以鋼筋混凝土軸心受壓短柱的加固截面為例（圖46）。加固時原截面混凝土和鋼筋已經(jīng)受力，其應(yīng)變?yōu)?nbsp;δ1。這時，混凝土的壓應(yīng)力為σ1c ，鋼筋的壓應(yīng)力為σ1s；但新加截面尚未受力，其混凝土和鋼筋的壓應(yīng)力為零。待到加固截面達(dá)到承載力極限狀態(tài)的瞬間，原截面混凝土的壓應(yīng)力為0.002，應(yīng)力為fck ，原截面鋼筋的應(yīng)變也為0.002，應(yīng)力為fyk ；而新加截面混凝土和鋼筋材料的應(yīng)力卻都未達(dá)到其強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。
（14）在實(shí)際設(shè)計時，考慮偏于安全的簡化后，新加截面材料強(qiáng)度設(shè)計值應(yīng)引入強(qiáng)度降低系數(shù)η，η取0.8～0.9。當(dāng)加固截面的受力狀態(tài)為軸心受壓時，取偏低值；偏心受壓或受彎時，取偏高值。當(dāng)加固構(gòu)件直接承受動力荷載或震動荷載時，取偏低值；否則，可取偏高值。詳見《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范》（GB50367-2006）。
4.1置換混凝土加固
置換的關(guān)鍵是可靠定量的卸載以及在施工過程中的監(jiān)控，對其結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在全過程中的承載狀態(tài)進(jìn)行驗(yàn)算，制定合理的施工方案，對原有結(jié)構(gòu)安全性應(yīng)有專門的監(jiān)控方案和處理措施。
卸載是保證混凝土構(gòu)件加固后，原有結(jié)構(gòu)與新加結(jié)構(gòu)共同工作，減少應(yīng)力滯后的承載可能。在加固施工過程中，如果不進(jìn)行卸載直接對結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，新加結(jié)構(gòu)是不能及時進(jìn)入受力狀態(tài)，加載后必然出現(xiàn)原結(jié)構(gòu)的破壞。影響整個系統(tǒng)的失穩(wěn)，這是非常危險的，卸載要有相應(yīng)的儀器設(shè)備作為監(jiān)控手段，其力值測量可使用壓力表或壓力傳感器，位移及變形的測量可使用千分表，全站儀、水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀等，結(jié)構(gòu)及構(gòu)件應(yīng)力測量可使用應(yīng)變儀、應(yīng)變片、千分表等，卸載的支撐結(jié)構(gòu)必須通過詳細(xì)的計算，滿足強(qiáng)度、變形及穩(wěn)定的要求。
圖47為本公司在成都某小區(qū)住宅地下室實(shí)照，加載后梁柱繞度位移僅為0.8mm。圖48為本公司在都江堰某廠房澆注后養(yǎng)護(hù)階段。
4.2增大截面加固
增大截面加固是增大原構(gòu)件截面并增配鋼筋以提高其構(gòu)件的承載力和剛度的直接加固法，是災(zāi)區(qū)受損建筑常用的方法。包括梁、板、柱、墻、基礎(chǔ)和屋蓋等所有結(jié)構(gòu)部位都可以采用，有單側(cè)加厚、雙側(cè)加厚、三面外包、四面外包等。
圖49為本公司在都江堰某商住樓底層柱加大截面實(shí)例.該商住樓為7層框架結(jié)構(gòu)，其建筑面積為5000m2。在5.12地震中受損非常嚴(yán)重，所有圖1A處和B處開裂，其中1/3A處貫通開裂酥松，是否可以加固還是推倒重建，公司進(jìn)行了深入的檢測鑒定，認(rèn)為該商住樓通過加固處理完全可以恢復(fù)到震前水平并可以有所提高?？紤]到系統(tǒng)的剛度和穩(wěn)定性，底層的90多根柱子全部由原來的400×400加大到了600×600，并由基礎(chǔ)至二層板上600mm。圖50角柱、邊柱實(shí)照。
4.3基礎(chǔ)與加固
災(zāi)區(qū)調(diào)查表明，由于地基和基礎(chǔ)的原因而倒塌的實(shí)例雖然為數(shù)不多，但為此而使墻體和上部結(jié)構(gòu)開裂，影響使用和安全，并使人們有不安全感而且屢見不鮮。特別是與基礎(chǔ)相連的地梁、柱根出現(xiàn)的損傷，與基礎(chǔ)類型、構(gòu)造、節(jié)點(diǎn)外的處理是息息相關(guān)的。這與地基受截面積過大、變形差太大，新舊相鄰建筑的影響以及地基布置有很大的關(guān)聯(lián)。調(diào)查表明都江堰城區(qū)90年代前修建的房屋2/3以上沒有詳盡的竣工圖紙。因此我們是不能忽略問題。大多數(shù)墻體、立柱的加固必須與基礎(chǔ)牢固的結(jié)合并將立柱鋼筋植入基礎(chǔ)。
圖51為本公司在成都某公司辦公樓基礎(chǔ)加固實(shí)照，由于承載力不足采用室內(nèi)鋼管柱慣入原基礎(chǔ)周圍并與原基礎(chǔ)澆筑成整體，從而達(dá)到加固的目的。圖52為在基礎(chǔ)面增設(shè)凸臺并與立柱加固的角鋼澆筑成一體。圖53為本公司在雙流某住宅樓在原基礎(chǔ)上增設(shè)立柱加固實(shí)例。圖54為本公司在九寨溝某大型賓館加固鋼柱實(shí)例。
4.4外包鋼的加固
外包鋼加固是以型鋼或鋼板外包于構(gòu)件的加固方法。在災(zāi)區(qū)廣泛的采用，特別運(yùn)用于不允許增大原結(jié)構(gòu)截面尺寸卻又要求較大提高承載力的混凝土結(jié)構(gòu)加固。
外包鋼加固結(jié)構(gòu)，尤其全框架結(jié)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)區(qū)受力最為復(fù)雜，構(gòu)造處理麻煩。為能讓力的有效傳遞，比如柱的加固，在加固區(qū)內(nèi)必須注意其連貫性，通長性，中間不得斷開，下端應(yīng)視柱根彎矩的大小伸入到基礎(chǔ)，中間各層穿過各層樓板，上端應(yīng)延伸至加固層并保證錨固
長度（圖55）為本公司在都江堰某小區(qū)實(shí)照，該小區(qū)中等破壞，至二層46根立柱全部采用角鋼圍包取得了很好的效果。處理好節(jié)點(diǎn)處是該工程的關(guān)鍵（圖56）。
特別應(yīng)該提到的是災(zāi)區(qū)受損非常嚴(yán)重的立柱，在采用外包加固時要注意型鋼的替換性（本文第二節(jié)加固與施工的問題中也提到），也就是該新增構(gòu)件截面的各項設(shè)計指標(biāo)必能大于結(jié)構(gòu)截面強(qiáng)度，一旦原結(jié)構(gòu)失去支撐力新增構(gòu)件能及時有效的接應(yīng)，這是至關(guān)重要的。
青城山某小區(qū)也屬重災(zāi)之一，由于業(yè)主要求不允許增大原結(jié)構(gòu)的尺寸，我公司采用鋼板圍包節(jié)點(diǎn)的方法，取得了很好的效果（圖57），包括了中柱圍包（圖58），邊柱圍包（圖59）和角柱圍包（圖60）為保證其替換性，在論證分析時，將圍包節(jié)點(diǎn)部分進(jìn)行有限元分析，整個節(jié)點(diǎn)作為一個整體進(jìn)行計算，從而計算出最佳受力以及鋼板厚度。
4.5增設(shè)構(gòu)件改變傳力途徑加固
在梁，桁架的跨中增設(shè)支柱，支撐等構(gòu)件，可以較大幅地提高被加固構(gòu)件的承載力，減小其拉曲變形，這是常用的一種加固措施。它一般有剛度支點(diǎn)和彈性支點(diǎn)兩種做法，前者（如設(shè)置支承在基礎(chǔ)上的支柱）形成時支點(diǎn)沒有變位；后者（如設(shè)置支承在梁上的支柱）形成的支點(diǎn)將產(chǎn)生彈性變位。
（圖61）為本公司在都江堰某住宅小區(qū)采用濕式連接法進(jìn)行加固，取得了很好的效果，該小區(qū)也屬嚴(yán)重破壞，采用該方法不但大幅提高了上部梁的承載力，減小了其撓度變形，同時也減小填充墻的跨度，使受力更為合理。
(圖62)為本公司在成都某學(xué)校教學(xué)樓采用干式連接法進(jìn)行加固，該教學(xué)樓為三層框架結(jié)構(gòu)，由于屋面增設(shè)二層而超載幅度很大，整個系統(tǒng)除了全部立柱和局部梁增大截面外，局部增設(shè)支柱支撐解決局部承載力較弱問題。使系統(tǒng)穩(wěn)定性、剛度以及填充墻的跨度減小都得到了改善。
增設(shè)構(gòu)件構(gòu)造的關(guān)鍵是它與被加固構(gòu)件要有可靠的連接，從而使在新的傳力途徑上，有更多的承載力和剛度。
4.6設(shè)置加腋梁與魚腹梁加固
在系統(tǒng)穩(wěn)定性，剛度等滿足要求的前提下，梁柱節(jié)點(diǎn)，梁梁節(jié)點(diǎn)進(jìn)行局部加固也是有效地方法之一，它可以大量的減少施工工作量并節(jié)約經(jīng)費(fèi)，同時填充墻的設(shè)置又能隱蔽加固痕跡，不占用室內(nèi)空間，我公司在去災(zāi)區(qū)施工后受到了普遍的好評。
圖63為中柱節(jié)點(diǎn)及邊柱節(jié)點(diǎn)加腋處理實(shí)照，圖64為角柱節(jié)點(diǎn)加腋處理實(shí)照，圖65為中柱半地下室加腋處理。特別應(yīng)該注意的是在局部加大的情況要考慮剛度的突變帶來的地震效益增加的因素，因此，采用增設(shè)過度體以及在突變處圍裹鋼板或纖維材料也是解決的好辦法（圖63、圖64）。
圖66為本公司在某大型商場采用魚腹梁進(jìn)行加固處理，原設(shè)計是采用主次梁下加厚及增大截面的方法，但由于中央空調(diào)及各類管道已安裝，拆除后再加固僅工期就無法保證，同時中央空調(diào)和各類管道無法回到原位，采用增設(shè)魚腹梁加固這些問題都迎刃而解。
4.7樓梯的綜合加固
在被調(diào)查中度破壞以上的60座框架結(jié)構(gòu)中有50%以上的房屋樓梯具有不同程度的破壞：在反復(fù)拉壓作用下呈現(xiàn)的震害主要為梯梁、梯柱以及梯斜梁和踏步的剪切破壞，特別是在施工縫處的破壞尤為突出，由于樓梯受力復(fù)雜，節(jié)點(diǎn)較多，我們的加固方法是能不拆除盡量不拆除，除非倒塌或者破壞非常嚴(yán)重的必須拆除的進(jìn)行拆除重建，因?yàn)椴鸪蟮臉翘蒌摻钭冃翁?，幾乎不能利用，模板很難支撐，尤其是鋼筋的抗拉能力很難達(dá)到與混凝土共同工作的要求，因此采用綜合加固法可以解決大多數(shù)的樓梯加固，僅都江堰城區(qū)我們就采用此方法加固了30多座樓梯，取得了很好的效果。
圖67為本公司在都江堰某小區(qū)別墅正加固中的實(shí)照，該小區(qū)受損非常嚴(yán)重，其梯梁、梯柱全部疏松斷裂破壞，跑步在施工縫處斷裂凸出并成15度以上的變形，我們采取的方法是先卸載，因?yàn)闃翘荼旧砗奢d不大，給予一定的繞度而后對梯柱、梯梁進(jìn)行加大截面，跑步下部筋斷裂處綁焊同樣的規(guī)格的鋼筋，澆筑灌漿料，拆模后梯板底粘貼鋼板，其鋼板截面大于梯步下部筋的1.5倍，完工后我們進(jìn)行了加載350㎏/㎡實(shí)驗(yàn)效果很好，圖68為梯梁、梯柱及休息平臺加固實(shí)照。
建筑工程的質(zhì)量與人民的居住、生活和工作，與各行各業(yè)的建設(shè)、生產(chǎn)和發(fā)展，與國民經(jīng)濟(jì)的投入、產(chǎn)出和規(guī)劃息息相關(guān)。它的極端重要性不言而喻，它的缺陷、破壞事故乃至坍塌帶來的嚴(yán)重性和災(zāi)難性都十分突出。5.12大地震震害呈現(xiàn)出的設(shè)計和施工教訓(xùn)不應(yīng)該重蹈覆轍。今年是恢復(fù)重建關(guān)鍵年，國家投入了那么大的人力、財力、精力，應(yīng)該使我們倍加警惕。前事不忘后事之憂，吸取此次地震大量的損毀和經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，特別是當(dāng)前災(zāi)區(qū)加固工程中出現(xiàn)的問題和隱患，應(yīng)及時處理，予以糾正。堅持科學(xué)可持續(xù)發(fā)展的原則，采取堅決、果斷的有效的舉措加以糾正，為今后防患于未然創(chuàng)造條件，實(shí)在是當(dāng)前一項嚴(yán)肅而刻不容緩的大事。
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