大空间结构抗震加固方法分析范文

本站小编为你精心准备了大空间结构抗震加固方法分析参考范文，愿这些范文能点燃您思维的火花，激发您的写作灵感。欢迎深入阅读并收藏。

《工程抗震与加固改造杂志》2016年第一期

［提要］

地震会产生次生灾害，为解决灾后避难问题，本文拟对既有大空间结构进行加固，根据PKPM软件计算出增大截面法和增设钢支撑法对大空间建筑抗震加固的效果并进行分析。通过工程实例计算及分析，表明增大截面法无法显著提高原结构的抗震性能，且不符合绿色环保的设计理念，而增设钢支撑法可明显提高结构的抗侧移能力，故采用钢支撑加固法对实例体育馆进行加固改造更为科学可行。

［关键词］

大空间结构;抗震设计;增大截面法;钢支撑法

1引言

近年来世界各地地震频繁发生，由于震后房屋倒塌损坏严重，人们无处安身避难，会导致更多的次生灾害发生。为解决大量人群灾后的避难问题，对大空间建筑的加固就显得极为重要。［1－5］增大截面法及钢支撑法对大空间避难场所进行加固的可行性为本次研究的重点。增大截面法适用于钢筋混凝土受弯、受压构件的加固。该方法是通过改变原有构件的截面尺寸，使构件的承载力得到提高。该方法可以广泛应用于混凝土梁、板、柱等构件和一般构筑物的加固。其优点是在增大构件刚度的同时，承载力和变形能力也得到了提高;其缺点是湿作业工作量大、养护期长、占用建筑使用空间较多。钢支撑法适用于抗侧移刚度不足的构件加固，该法通过在抗侧力构件之间增设钢支撑来增强结构的整体性。其优点是不占有结构的使用空间，对结构的整体刚度提高较为明显;其缺点是结构的部分使用功能被破坏，加固成本较高［6－7］。

2工程实例概况及加固目标

以唐山市某中学体育馆为研究对象，该中学体育馆始建于2005年，总体建筑形状为规则矩形，柱网平面图见图1所示。该体育馆南北长36.00m，东西长58.80m，高17.8m，建筑总面积为8998m2，主体结构的设计使用年限为50年，主体结构形式为钢筋混凝土框架结构，上部屋面采用平板式倒放四角锥网架结构，结构形式为双层平板网架，网架长度为53.1m，宽度为36m，厚2m，并通过支座与下部混凝土柱相连接。主体结构为钢筋混凝土框架结构，各层构件的混凝土强度等级均采用C30级，混凝土框架部分分为六个结构层，第一层为地下室，层高为3.00m，第二层层高为3.00m，第三层层高为3.00m，第四层为看台，层高为1.70m，第五层层高为2.40m，第六层层高为7.20m，混凝土柱尺寸主要有四种，分别为直径700mm圆柱、直径900mm圆柱、600mm×600mm矩形柱和700mm×700mm矩形柱。现要将该体育馆作为抗震避难场所使用，对其进行抗震加固设计。要求设计满足《防灾避难场所设计规范》(报批稿)中第7.3.1条规定:(1)避难建筑应采用设置多道抗震防线的结构体系。(2)建筑形体应规则，抗侧力构件在平面内布置应规则对称，结构侧向刚度沿竖向应均匀变化。(3)计算避难建筑结构地震作用时，设计基本地震加速度值、地震加速度时程的最大值和水平地震影响系数最大值，应采取在国家现行标准《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)规定的相关数值乘以表1(即《防灾避难场所设计规范》(报批稿)中表7.3.1)的避难建筑调整系数后的数值。(4)抗震设防烈度为6度～8度时，避难建筑应按高于本地区抗震设防烈度一度的要求采取抗震措施，抗震设防烈度为9度时，避难建筑应按比9度更高的要求采取抗震措施。因原结构按照《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)的要求，其抗震设防烈度为8度(0.2g)，设防地震分组为第一组，框架抗震等级为一级，无法满足《防灾避难场所设计规范》(报批稿)的相关规定，所以要对其进行加固改造，加固后设计使用年限不变。

3加固前抗震性能分析

原网架结构的设计模型采用SAP2000v15计算，按照《防灾避难场所设计规范》(报批稿)的相关要求进行调整，因原有设计具有较大的安全储备，各项指标均能较好满足避难建筑的抗震要求。故本次设计调整只针对下部的钢筋混凝土框架结构，将网架荷载折算成面荷载施加到顶层。参照原结构设计图纸中的梁、柱和楼板的钢筋及混凝土的强度等级，截面尺寸和实配钢筋采用PMCAD建立模型见图2所示。利用SATWE进行计算分析，抗震设防烈度按9度(0.4g)进行计算，框架抗震等级按1级考虑。

3．1侧移计算经计算多遇地震作用下的最大层间位移出现在第六标准层，具体数值为:X向1/410，Y向1/362。根据《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)中的相关规定，弹性层间位移角限值为1/550，原结构不满足要求。

3．2配筋计算(1)柱配筋:标高在3.00m～6.00m间有10根柱超筋;标高在6.00m～7.70m间看台柱全部超筋;标高在7.70m～10.10m间有五根柱超筋;标高在10.10m～17.30m间有3根柱超筋，主要是箍筋超筋。柱纵向钢筋较原配筋平均增大15%。除箍筋超筋的柱外，大部分柱箍筋满足要求。(2)梁配筋:梁的纵筋和箍筋均能满足要求，其配筋最大增加3%。以上侧移超限、柱箍筋超筋均是由于侧移刚度不足所致。梁配筋满足率较高是因为在计算时，没有采用原体育场馆的活荷载，而是采用2.5kN/m2的避难人员荷载计算的。增大截面加固法和钢支撑加固法是广泛应用的两种加固方法，针对该体育场的基本情况应用以上两种加固方法进行加固，从而找到环保可行的加固方法。［8－9］

4增大截面法加固计算分析

根据抗震性能分析结果，对出现超筋的梁、柱截面进行适当的增大，对其他未出现超筋现象的梁、柱截面进行相应的调整。调整结果见表2所示。利用SATWE进行计算，得到原结构的各项指标与加固后结构的各项指标的对比图见图3所示，实线为加固前结构相应指标，虚线为加固后结构相应指标:由以上数据可知，加固后最大层间位移角和楼层最大位移均有所减小，但减小幅度不明显。在满足各层柱子均不超筋的情况下，结构的最大层间位移角依然超限，此时最大框架柱的尺寸已经增大了370%，最小框架柱尺寸也已经增加了50%。显然，如果继续增大框架柱截面尺寸，不但会造成资源的极大浪费，还会增大施工的困难程度。

5钢支撑法加固计算分析

根据《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)附录G钢支撑—混凝土框架和钢框架—钢筋混凝土核心筒结构房屋抗震设计要求，钢支撑框架应在结构的两个主轴方向同时设置并宜上下连续布置，钢支撑布置见图4所示。通过控制钢支撑平面内及平面外长细比，初步估算截面尺寸。经过计算后对钢支撑截面作出进一步的调整，经过反复试验，调整结果见表3所示。利用SATWE进行计算，得到原结构的各项指标与加固后结构的各项指的对比图见图5所示，实线为加固前结构相应指标，虚线为加固后结构相应指标，从图中可明显看出:加固后的X向、Y向最大层间位移角及变化幅度要明显小于加固前的数值，X向、Y向楼层最大位移也明显地小于加固前的数值。

6结论

计算分析的结果表明，在加固过程中，增大截面法无法显著提高原结构的抗震性能，而且部分构件的尺寸变化极大，无法通过现有的施工技术实现，不符合绿色环保的设计理念。增设钢支撑法明显提高了结构的抗侧移能力，使原结构能够满足《防灾避难场所设计规范》(报批稿)的相关要求。因此，采用钢支撑加固法对该体育馆进行改造更为科学可行。

作者：闫亚汐 刘君阳 栾力文 韩玉涛 单位：华北理工大学 轻工学院 华北理工大学