抗震加固方法的種類和效果

2022-04-25 09:12:02 字數 4707 閱讀 5139

前言現有建築物的抗震加固設計多按照日本建築防災協會的「2023年改訂版既存鋼筋混凝土建築物抗震修正設計方針·同解說」實施。

該改訂版指標是關注到利用計算機能全面完成需要大量計算的詳細的設計比較進行了修訂的。但是同時強調業務擔當者在重要的地方應進行工學判斷,仔細分析結果,嚴禁只憑計算機的輸出結果下結論。

特別強調抗震加固設計時,只能利用抗震診斷軟體進行中途設計比較。業務擔當者應該有責任感地對計算機輸出的資料進行仔細分析後,在重要的地方進行手動計算,最後進行工學上的判斷。

為了能夠適當地選擇加固方法,正確判斷加固效果,業務擔當者必須充分了解各種各樣的加固方法。

本稿,介紹最近經常使用的各種加固方法,同時闡述了加固設計時應需注意的事項。

現在實際上已經開發了許多針對現有鋼筋混凝土建築物的抗震加固方法並被廣泛採用。而且近年在日本建築學會的學術演講會中也發表了特別多的相關研究**。同時,本刊也經常對加固方法作相關介紹,並進行了資訊的收集·整理·公布。

本稿對所有的加固方法進行分類,並闡述了加固效果的一般傾向。隨後選了現在廣泛採用的外接加固方法,柱的炭素纖維加固方法等數種有代表性的加固方法,介紹對其優缺點進行考察的結果。對於在建築學會發表的各種加固方法,只著重介紹了常用加固方法的效果。

最近不僅是學校建築進行抗震加固,住宅和辦公建築等進行抗震加固也很多。不僅僅是強調抗震能力的改善,還根據實際情況從經濟角度出發利用現有建築物進行改修的方法逐漸成為主流。因此外接加固施法及震動控制加固方法的實施例子越來越多。

因此,本稿以外置加固方法及有代表性的震動控制加固方法為中心,對加固方法的加固效果進行詳細介紹。

抗震加固方法種類及概要

現有建築物抗震加固基本思想如圖1所示。抗震加固方法的分類及特徵,如圖2所示。圖2是對文獻3進行了內容修正而做成的。

對抗震加固方法進行了概略分類,如下記所示。

①強度增加型

②延性增加型

③強度·延性增加型

④效應控制型(減震加固,制振加固)

⑤其它(重量低減,形狀指標改善等)

圖1 抗震加固基本思想

各加固方法的概要如下所示。

強度增加型加固,強度·延性增加型加固

1) 原有法

原有法以學校校舍為主有非常多的實施例子。加固工程大概在暑假的2 個月裡能完成。如果沒有長時間的假期,也有設定臨時校舍的情況。主要的加固方法有,抗震牆增設和帶框鋼拉桿增設。

2)外接法

最近,外接法的加固工程不斷增多。

希望學校校舍不僅只在暑假,而是能一邊使用一邊進行加固的越來越多,而且像集合住宅等建築物也必須一邊使用一邊進行加固。因此開發了很多種能在使用同時進行加固的外接加固方法,並被廣泛利用。

本稿後半部分介紹了下列外接法。

·內藏鋼板的鋼筋混凝拉桿(pitakoramu)法

·外接門型鋼骨加固(pg)法

·外接拉桿加固(ofb)法

·摩擦控制型pca拉桿法

·外接拉桿法

·ktb法

圖2 加固方法分類和特徵

延性型加固

已經開發了許多種提高脆性部件的變形效能,增大建築物終局界限變形(fu值)的延性增加型加固方法。本稿後半部分,介紹了使用高延性聚酯纖維的srf 法及使用了炭素纖維的sr-cf加固方法。

同時,作為延性加固被廣泛使用的構造微縫加固方法基本思想和注意事項在後面詳細講述。

應答控制型加固

1)減震加固

意在控制效應的減震加固方法實施例子最近幾年正在穩步增加。減震法,分為基礎減震和中間層減震2種。在進行減震加固方法時需注意以下幾點,①場地條件,②減震裝置的設定位置, ③基礎·地基的抗震性,④內外置及裝置的減震化等。

一般,減震加固的成本比普通的抗震加固方法的成本高很多,但減震加固後建築物具有很高的抗震效能。

2)制振加固

制振加固方法,是將吸收能量構件編入加固構造中,吸收**能量,從而控制建築物主架構的效應,將現有建築物的變形控制在安全水平的方法。本稿後半部分介紹了各審查委員會審定過多次的青木式制振拉桿法和力臂式制震法。

現有建築物問題點及加固方法選擇

進行抗震加固計畫時要根據加固物件的特點適當的選擇加固方法。在充分考慮現有建築物問題點及終侷限界變形的基礎上,研究加固方法的選擇。以下,對現有建築物存在的問題點中重要的專案進行了闡述。

低強度混凝土的情況

現有建築物的混凝土強度低於13.5n/mm2時,盡可能採用強度增加型加固。在加固方法選擇時,最好採用對混凝土強度低建築物的加固效果已被實驗確認切實可行的方法。

加固設計時除了要較高地設定加固目標值,用荒川式計算的剪斷耐力應該低減外, 也需要對部件的附著割裂破壞,彎曲壓縮破壞等進行檢查。

極脆性部件等

極脆性柱子的情況下,即使不是第2種結構要素,也需進行脆性柱子的改善。同時對於第2種結構要素的剪斷柱子應盡可能地進行加固。如果對上述情況的柱子沒有進行加固,必須要有明確理由。

對於柱子房梁結點處承載力低的建築物,最好採用控制建築物全體延性指標(f值)的加固計畫。

形狀指標(偏心率,基柱建築方式等)

加固物件建築物,偏心率·剛性率有問題時,最好採用能夠改善這些的加固計畫。即使滿足抗震判斷指標的建築物,如果偏心率·剛性率有問題,也要研究改善方法。

對於伸縮裝置間隔小的建築物,即使抗震效能滿足,也要研究改善方法。

加固物件建築物中,有很多基柱建築方式的建築物。加固計畫時,加固後需要保留基柱建築方式結構的情況下,基柱即使計算上不需要加固,原則也需對其進行加固。

圖3 構造微縫種類

第一期建築物加固計畫

建設時期為第ⅰ期(1971年以前)的建築物,柱箍筋間隔大體上是250-300mm,多數柱子容易發生剪下破壞。剪下柱子成為主體的壁少建築物加固時,將剪下柱作為f=3 的迴轉壁考慮時,大**作用下許多柱子都有發生剪下破壞的可能性。特別是大**發生時還必須維持建築物機能時就必須避免這樣,在評價加固後結構抗震指標(is值)時使用的加固桿件的延性指標(f值)最好在2.

0以下。用應答分析和骨組彈塑性分析進行抗震效能評價時,發生剪斷破壞的柱子必須全部加固,充分改良之後再次解析評價。

結構微縫加固

結構微縫加固多與其他的加固方法並用。

構造微縫對於在必要的範圍改善加固物件建築物的終局界限變形方面極其有效,因此被廣泛採用。結構微縫使用時注意事項如下所示。

結構微縫種類如圖3所示。結構微縫相關聯的柱內尺寸標註方法如圖4所示。

結構微縫置入方法

腰牆,縱牆,邊牆等2次牆和構造框架之間設定微縫時,為了防止2次壁發生麵外傾覆,現有混凝土內的鋼筋至少留下端部1根不切斷。

同時,窗框上下, 縱牆底部·腰牆上部的混凝土,必須全部削去。

微縫主要在腰牆,縱牆設定,邊牆不設定微縫。

施工方面,在柱端設定微縫時,微縫應在距柱端100mm左右的位置設定。構造微縫的長度分為,腰牆縱牆全高置入的全微縫和切到中間的中間微縫。

結構微縫的幅

微縫的幅應在30mm以上,並且是微縫高的50分之一以上。

圖4 根據結構微縫的種類柱內側尺寸的標註方法

2次壁和結構軀體之間的連線型別

結構微縫原則上應在兩側設定,但2層以上並且結構方面沒有大問題的情況下,可以只在一側設定微縫。原則上殘留混凝土厚度應在30~50mm之間。兩面各設定半個微縫的情況下,錯開的幅最好在50~100mm之間。

並且,此種方法設定微縫,即使微小**發生混凝土也容易開裂,需要注意雨後維護。

加固設計時使用的計算方法

如果設定完全微縫, 假定微縫終端位置是危險斷面進行計算。如果設定部分微縫,可以將微縫長度的2/3左右與現有柱子內側高度相加計算。

使用上的注意點

構造微縫的抗震加固,最重要的是採用能確實得到加固效果的細節設計。構造微縫選擇時,必須綜合考慮建築物的延性效能,柱子尺寸,2次壁厚等。

原則上,對建設時期屬於ⅱ期(1971~2023年)的建築物,按照加固後建築物的延性效能考慮設定微縫時,判斷不是極脆性柱子的時候可以不放入微縫。對於建設時期屬於ⅰ期(2023年以前)的建築物,為了改善極脆性部件最好有效地利用結構微縫。同時,為了盡可能地維持建築物的強度·剛度,最好採用中間微縫。

小結現在實際上已經提出並開發了各式各樣的加固方法。按照預想加固目的開發的各種合理加固方法,其加固效果已通過實驗驗證,並被廣泛採用。

然而,作為普通的抗震加固業務擔當者,橫向地概括地比較這些加固方法非常困難。

基於這種現狀,本稿計畫盡可能多的介紹最近被大量使用的加固方法。但不是籠統地列舉各種加固方法,而是著重介紹被關東地區「抗震判斷委員會」等評價·認定·實施過的加固方法。

下一頁開始,列舉介紹了本稿採訪的一些加固方法。

清水泰周建東

參考文獻

1)㈱日本建築防災協會:2023年改訂版既存鉄筋コンクリート造建築物の耐震診斷基準同解說

2)制建築研究振興協會:既存建築物の耐震診斷耐震補強設計マニュアル,2023年版

3)広沢雅也,山崎裕:復舊事例に見る耐震診斷補強設計の実務,建築技術,2023年3月

4)構造調查コンサルティング協會:協會ニュースstrec,no,34.2023年7月

5)菅野俊介,藤村勝:既存鉄筋コンクリート造建物の鉄筋耐震補強,第7回コンクリート工學年次講演会論文集,肌709-712.2023年6月

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加固方法概要

將內嵌鋼板的比較薄的鋼筋混凝土構件(250mm)組成的平面框架, 用錨固螺栓安裝到現有的鋼筋混凝土建築物外壁進行加固。在柱和梁的框架中編入拉桿,間柱等抗震要素組成加固框架。但也有只有框架的情況,這是由耐力值,外觀,開口部配置決定。

加固方法特點

①完全外接法。

②居住的情況下能夠施工。

③加固結構儘管是鋼筋混凝土結構,但因為壁薄,不需要很大的空間。

④和原有構造通過錨固螺栓穿過鋼板直接結合(柱,梁部分),加固結構不會脫落。

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