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通过加设钢支撑加固单跨框架结构提高抗震力分析

文章出处:人气:-发表时间:2016-05-11 17:40【

通过加设钢支撑加固单跨框架结构提高抗震力分析

在一些较早的建筑中,有不少建筑是悬挑走廊的单跨框架结构,如中小学框架校舍和一些老式的外廊公寓。由于单跨框架结构属于单道防线,缺少冗余度,只要有少数局部破坏就会导致整体倒塌。对现在存在的大量过去建造的单跨框架结构建筑,由于有很大的安全隐患的存在,必须进行抗震加固。其中体会较深的是:这些单跨框架结构单从构件层次加固达不到令人满意的效果,必须从改变体系层次加固,例如采用加设钢支撑、加设剪力墙、框架柱加设混凝土翼墙、结合改造加开间或楼梯间等体外加固方法改造结构型式。本工程采用钢支撑加大结构的抗震能力,框架结构的震害主要是由于强度和延性不足引起,一般规律是:柱的震害重于梁,角柱的震害重于一般的柱,柱上端的震害重于下端。

一.引言

在一些较早的建筑中,有不少建筑是悬挑走廊的单跨框架结构,如中小学框架校舍和一些老式的外廊公寓。这些建筑与过去传统习惯对建筑的功能要求有关。由于单跨框架结构属于单道防线,缺少冗余度,只要有少数局部破坏就会导致整体倒塌。这类建筑存在着很大的安全隐患。在国内外历次的地震中都证明这种结构体系对抗震严重不利。所以在总结经验教训的基础上,抗震鉴定标准(GB50023-2009)已明确了一些建筑(如学校)不应采用单跨框架结构。

二.加固方法

对现在存在的大量过去建造的单跨框架结构建筑,由于有很大的安全隐患的存在,必须进行抗震加固。我公司有的建筑加固改造施工队伍,承接并完成了一些需要抗震加固和改造的工程,取得了很好的效果。其中体会较深的是:这些单跨框架结构单从构件层次加固达不到令人满意的效果,必须从改变体系层次加固,例如采用加设钢支撑、加设剪力墙、框架柱加设混凝土翼墙、结合改造加开间或楼梯间等体外加固方法改造结构型式。而比较这些加固方法后,用在框架中加设钢支撑是一种更简单有效方便快捷的加固方法,更实用经济。本文就实际例子,对采用钢支撑进行单跨框架抗震加固的方法及其作用进行研究分析。

三.工程实例

2.1工程概况

厦门某小学教学楼建在II类场地上,三层钢筋混凝土框架结构,抗震设防烈度为七度,屋顶建有楼梯间的塔楼,房屋总高度为12.9米,层高3.3米。柱采用C30混凝土,梁板采用C25混凝土,受力主筋采用HRB335级钢筋,其结构平面布置图如下(见图一)。

  结构平面布置图

  图一 结构平面布置图

此建筑烈度为七度抗震设计,经抗震鉴定,结构的框架梁柱承载力大部分不能满足抗震设防要求。由于现浇楼板对梁的刚度起到增大作用,导致很难实现宜于抗震设防要求的的强柱弱梁的结构型式,在地震力作用下侧移稍大就很容易倾覆倒塌。

2.2钢支撑加固力学概念

本工程采用钢支撑加大结构的抗震能力,框架结构的震害主要是由于强度和延性不足引起,一般规律是:柱的震害重于梁,角柱的震害重于一般的柱,柱上端的震害重于下端。柱子是竖向承重构件,柱子破坏有剪切破坏、压弯破坏和弯曲破坏。免费论文网。单跨框架底层柱在地震做用较大时易形成绞机动体系,一旦破坏,造成建筑倒塌。加设钢支撑后,能明显地改变结构受力性能,形成桁架体系受力模型,有效地防止柱子出现剪切、压弯和弯曲破坏,从而防止了结构因为变形过大而引发倒塌。

2.3钢支撑布置。

由于结构加设钢支撑后,地震对建筑的作用将增大,所以在所有未加设支撑的框架满足新要求的前提下,支撑的数量越少越好。本工程的支撑布置做法是用钢支撑沿梁主轴方向双向布置,且钢支撑在竖向是从底层贯通到顶层。因楼梯间是结构的薄弱环节,容易变形且在楼板变形过大时,容易被拉。因此在楼梯两侧加设支撑。具体布置位置是:纵向在建筑的7、8、9轴线前侧和后侧上,横向位置是在各楼层楼梯间两侧(见图二)。支撑的型式是“人”字型和“x”型钢支撑采用的是100mm * 96mm *5.3mm的槽钢。

  钢支撑布置

  图二 钢支撑布置

2.4加固支撑节点

框架节点是把梁柱连接起来形成结构的关键部位,在地震作用下节点要承受很大的水平剪力,易产生脆性破坏,节点一旦破坏能使结构处于极不利的受力状态,甚至导致整个结构的倒塌,所以必须采用可靠的构造措施保证柱端节点安全。在加设支撑后,待支撑框架的柱端和梁端剪力很大(特别是柱端),节点受力更复杂,,所以对加设支撑后的柱也必须进行加固。

本工程考虑到对框架节点和柱都需要进行了加固,采用的是外粘型钢加固方法,具体见图三节点图,这种方法使节点和柱很好的结合在一起,实际加固效果显著。免费论文网。免费论文网。

  节点和柱加固构造

  图三 节点和柱加固构造

四.结束语

单跨结构在加固过程中,钢支撑的加设位置和数量对加固的效果有影响,所以需对比几种加设方案,可以选择钢支撑数量少又满足加固效果的经济方案。当加设支撑后,会引起结构构件的内力变化,尤其是与支撑连接部分柱的轴力增幅加大,所以在加固过程中,要依据原结构特点,选责合理的构造措施,使其变成真正桁架体系。

由于加支撑后,与支撑相连的梁柱内力变幅较大,必须验算其承载力,柱可以通过外包角钢等方法提高竖向承载力,在加固柱时还需验算原来基础的承载力是否足够,如果不够,则需进行基础架构。支撑需要验算强度和稳定,如果强度不够,可以增大支撑截面。如果刚度不足,可以通过构造措施(如加缀条)使其满足。这种方法具有简单、方便、造价低和扰动下等优点。在老式建筑改造过程中面临着数量多、时间紧、任务重等情况,钢支撑加固将发挥重要作用,具有广泛的应用前景。

此文关键字:钢支撑 加固 抗震 结构