依據(jù)2010年我公司完成的部分學校建筑抗震鑒定加固工程，框架結(jié)構(gòu)房屋約104幢，建筑面積22萬平方米。通過抗震鑒定和改造加固設計，施工的工作實踐，經(jīng)統(tǒng)計、總結(jié)，歸納了中小學?？蚣芙Y(jié)構(gòu)易引發(fā)地震災害的原因。對我國既有中小學校框架結(jié)構(gòu)房屋抗震性能的基本評價。對不滿足抗措震要求的建筑抗震加固改造的主要措施及方法，抗震加固方案的選擇等問題進行了總結(jié)。

中小學校框架結(jié)構(gòu)房屋產(chǎn)生震害破壞的原因
通過對北京及外地的中小學校104幢框架結(jié)構(gòu)房屋抗震調(diào)查及鑒定，歸納不滿足抗震要求，易引發(fā)震害的原因主要有：
1、框架結(jié)構(gòu)體系缺欠，易引發(fā)震害不滿足抗震要求。

單跨框架
對學校建筑抗震鑒定中，有一些建筑為單跨框架懸挑外廊結(jié)構(gòu)。這類結(jié)構(gòu)北京地區(qū)約占框架結(jié)構(gòu)的15％，外地占38％。該結(jié)構(gòu)僅以框架雙柱作為抗震防線，冗余度小，在地震中由于塑性鉸的出現(xiàn)，很容易形成幾何可變機構(gòu)，從而失穩(wěn)破壞和倒塌。單跨框架作為抗震結(jié)構(gòu)具有明顯的不利因素，因而《建筑抗震加固技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定乙類建筑不應采用單跨框架，對于多層建筑也不宜采用單跨框架結(jié)構(gòu)。
對于此類結(jié)構(gòu)抗震加固應進行改變結(jié)構(gòu)體系，加固或采取其它切實可行的相應加固措施。

單向框架
在抗震鑒定中發(fā)現(xiàn)早期個別的框架結(jié)構(gòu)（八十年代），有的設計為單向框架。這類框架僅對橫向框架進行了抗震結(jié)構(gòu)分析?？v向按連續(xù)梁進行設計，只承擔垂直荷重，框架的箍筋配置也沒按抗震結(jié)構(gòu)措施要求設置，顯然具有很大的結(jié)構(gòu)缺欠性。實際地震時，縱、橫向基本周期相當接近，縱橫地震力也大致相差不大，框架柱在縱、橫向所受地震彎矩和剪力也相差不多。單向框架因縱向強度剛度偏小，在地震中易導致破壞或結(jié)構(gòu)倒塌，結(jié)構(gòu)加固中應特別注意處置。
2、框架結(jié)構(gòu)體形布置不規(guī)則引發(fā)震害不滿足抗震要求

有些框架結(jié)構(gòu)平面布置為不對稱的L型或采用T形、U型、H型、Y型，這些建筑地震時因建筑體形不規(guī)則導致結(jié)構(gòu)側(cè)移差異使震害加重。有的框架建筑電梯間布置偏移而且剛度很大，也使震害加重。
立面布置不均勻也會使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴重震害。如不設縫的裙房及大底盤建筑由于體形突變引起剛度突變，使主樓與裙房交接的樓層相對較為柔弱。地震時因塑性變形集中效應而導致層間位移過大，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴重破壞。房屋的高度與高寬比愈大。受到的地震作用和傾覆力矩愈大，破壞的可能性也越大?？蚣芗袅Y(jié)構(gòu)若上下剪力墻布置不連續(xù)、剛度不均勻、層間剛度比超限易產(chǎn)生薄弱層導致結(jié)構(gòu)破壞。還有突出屋面的收進建筑；頂層抽柱的空曠大房間；高低層毗連的建筑等體形不均勻建筑均會導致震害嚴重。
對框架結(jié)構(gòu)的鑒定和加固中出現(xiàn)的豎向剛度不均勻主要有：

底部剛度小地震中使底層側(cè)移剛度和屈服強度驟然減低。位移增大會引起底層嚴重破壞甚至發(fā)生倒塌。
中間柔弱層頂部及上、下兩端柔弱層這些部位在地震時均會產(chǎn)生異常震害，由于剛度突變導致地震荷載加大變形增加引起結(jié)構(gòu)整體抗震承載力不足，導致毀壞或倒塌。
3、有的框架結(jié)構(gòu)經(jīng)現(xiàn)場檢測主要混凝土材料偏低，低于原結(jié)構(gòu)設計強度
這種結(jié)構(gòu)經(jīng)統(tǒng)計的占鑒定的框架結(jié)構(gòu)64％，造成了結(jié)構(gòu)承載力不滿足使用要求，如導致軸壓比、構(gòu)件承載力不滿足要求，需要進行安全及抗震加固。
4、框架因構(gòu)件因素引起震害
a、在歷次地震災害調(diào)查中，發(fā)現(xiàn)框架柱破壞是最嚴重的?？蚣苤ǔ５钠茐奶卣鳛椋?br />（1）柱頂破壞發(fā)生混凝土酥碎、散落、豎向鋼筋壓屈現(xiàn)象常見，一般柱頂大偏受壓，使受拉側(cè)向作用效應超過柱的彎曲抗拉強度。
（2）柱頂發(fā)生斜裂縫和豎向裂縫多半由于在地震水平荷載作用下柱頂受壓彎、剪的聯(lián)合作用主拉應力導致產(chǎn)生斜裂縫及豎向裂縫產(chǎn)生。
（3）柱底部柱根破壞。柱根破壞較柱頂破壞輕相對較少，但也經(jīng)常發(fā)生。
（4）柱身中部破壞較柱底破壞少，但當配箍不足或短柱時也是常見的破壞形式。
（5）角柱破壞：一般地震造成的角柱震害比邊柱、中柱更為嚴重。
地震中由于結(jié)構(gòu)質(zhì)心與剛心的偏移，特別是不對稱結(jié)構(gòu)發(fā)生的扭轉(zhuǎn)振動，角柱在扭轉(zhuǎn)震動中比其他柱分擔的扭轉(zhuǎn)力大，相對側(cè)移大，破壞的機率也最多。
（6）短柱破壞特點主要是抗剪承載力不足。
同一層中長短柱同時存在，短柱破壞嚴重。特別是受粘土磚填充墻的嵌固作用，導致短柱形成，使震害加重。
（7）樓梯柱
樓梯柱由于受斜梁及踏步板的支撐作用承受了更大的地震力，當一面樓梯柱容易形成短柱而加重震害。特別是樓梯柱設計中軸壓比控制及箍筋加密沒有進行加強處理，會導致震害嚴重。
b、引起框架柱震害的主要原因：
（1）沒有按強柱弱梁的原則進行框架設計，柱截面尺寸及配筋偏小。
（2）主要材料強度沒有達到設計標準。施工沒有滿足設計要求。
（3）框架的抗震構(gòu)造措施不滿足要求，特別是配箍密度、直徑、加密區(qū)不符合要求。
（4）采用磚砌體做框架填充墻。由于墻的嵌固作用形成了短柱，使震害加重。
（5）對框架的角柱沒有進行加強設計。
（6）結(jié)構(gòu)體系。建筑體形選擇不當，地震中易發(fā)生扭轉(zhuǎn)作用導致柱荷載增加產(chǎn)生震害。
5、鋼筋混凝土框架房屋砌體填充墻引起的震害
a、填充墻自身產(chǎn)生的震害情況
（1）砌體填充墻局部和全部平面外倒塌。
（2）砌體填充墻產(chǎn)生斜裂縫和交叉裂縫。
（3）填充墻破壞程度與施工方法關(guān)系很大：有圈梁、構(gòu)造柱的填充墻破壞較輕；墻與框架柱有無拉結(jié)對震害影響很大，嵌砌于框架內(nèi)填充墻無拉結(jié)及與頂部沒有頂緊，可能發(fā)生全部或頂部倒塌。
（4）電梯、樓梯間砌體填充墻震害普遍也嚴重，應特別注意。
b、砌體填充墻框架的特點
（1）采用粘土磚填充墻框架為上世紀八十年代的主要結(jié)構(gòu)形式，九十年代以后一般采用輕質(zhì)填充墻。
（2）粘土磚填充墻的特點：
可以與混凝土框架共同承受水平地震力，在一定程度上約束了框架結(jié)構(gòu)的側(cè)移；采用粘土磚砌體充填墻柱上端易發(fā)生剪力破壞；外墻框架柱在窗洞處，受窗下墻的約束使柱變成短柱，發(fā)生短柱型剪切破壞。總之粘土磚砌體填充墻的采用，導致結(jié)構(gòu)破壞嚴重。
6、框架結(jié)構(gòu)樓梯間的震害
a、在地震的重復作用下，樓梯踏步板相當于斜撐，受力特點為拉彎、壓彎構(gòu)件，而設計中只當受彎構(gòu)件計算，并沒有計算地震荷載，因此承載力不足導致梯板斷裂。
b、樓梯梁在地震時受來自雙方向樓梯板的剪切扭轉(zhuǎn)作用而設計時只承受恒、活載引起的彎曲作用。因而導致承載力不足發(fā)生破壞。
7、建筑防震縫、變形縫、沉降縫的震害
a、框架結(jié)構(gòu)由于相連結(jié)構(gòu)形式、高度、層數(shù)、地基不均勻等因素，應該留縫，但未留縫地震發(fā)生變形不協(xié)調(diào)而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)破壞。
b、留縫寬度不合規(guī)定。地震中由于結(jié)構(gòu)動力特征不同，地震反應相位差別，導致結(jié)構(gòu)碰撞，震害加重。
c、縫內(nèi)落物或留縫未徹底斷開造成震害。
8、基礎原因產(chǎn)生震害
軟弱層地基在震中易發(fā)生液化地基，膨脹土地基、不均勻地質(zhì)地基、加固加層建筑承載力超限地基，設計中處理不當，基礎形式選擇不合理，均可導致建筑結(jié)構(gòu)整體破壞，應在結(jié)構(gòu)加固設計中足夠重視。

對既有中小學?？蚣芙Y(jié)構(gòu)房屋抗震性能評價。
我公司通過對北京、福建等地區(qū)104幢，建筑面積22萬平方米的中小學校框架結(jié)構(gòu)房屋抗震調(diào)查和鑒定得出，由于這些建筑存在著不同的建筑結(jié)構(gòu)缺欠，其抗震性能均不滿足當前抗震規(guī)范的要求。為保證后續(xù)使用年限內(nèi)建筑的安全使用，均應進行抗震加固及改造。
1、104幢框架結(jié)構(gòu)建筑按不同建造年代進行分類，其中八十年代建筑二棟，約占調(diào)查總數(shù)的2％，設計執(zhí)行78抗震規(guī)范，一般要求加固后的后續(xù)使用年限不少于三十年。九十年代建筑79棟，占調(diào)查總數(shù)的76％，設計執(zhí)行89抗震規(guī)范，加固后的使用年限不少于四十年。本世紀建筑20棟，占調(diào)查總數(shù)的19％，設計執(zhí)行01抗震規(guī)范，加固后的后續(xù)使用年限不少于五十年。
抗震調(diào)查的104棟中小學?？蚣埽Y(jié)構(gòu)房屋一般為1～5層，多為教學樓和教學附屬用房，建筑抗震分類應為乙類建筑。
2、經(jīng)抗震調(diào)查及鑒定不滿足抗震要求的主要原因是：
<1>建筑結(jié)構(gòu)形式不滿足抗震要求。我國南方地區(qū)的中小學校教學多采用單跨懸挑外廊式框架結(jié)構(gòu)形式。本次調(diào)查有55棟建筑為單跨框架結(jié)構(gòu)，占調(diào)查結(jié)構(gòu)總數(shù)的53％，這種結(jié)構(gòu)形式，抗震性能差，冗余度低，地震中容易破壞及倒塌。
<2>結(jié)構(gòu)實測的混凝土材料強度低，有67棟建筑材料強度達不到C20，占調(diào)查結(jié)構(gòu)總數(shù)的64％，有的只有C10，不旦小于設計值，還低于規(guī)范要求的最小值。由于混凝土材料強度不達標，造成抗震承載力的降低，不滿足抗震要求。
<3>由于建筑混凝土材料強度低，梁、柱尺寸選擇不合理，造成結(jié)構(gòu)取載力不足。配筋量偏小的建筑達46棟，占調(diào)查總數(shù)的44％ 。建筑軸壓比不滿足抗震要求的有39棟，占調(diào)查總數(shù)的37％。經(jīng)驗算結(jié)構(gòu)變形、層間彈性位移角不滿足要求的有42棟，占調(diào)查總數(shù)的40％。
<4>建筑抗震的結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施。由于建筑設防分類由丙類提升到乙類，構(gòu)造措施要求提高，造成約80％以上結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施不符合抗震要求，如梁、柱箍筋直徑及配箍密度不符合要求。建筑抗震分類由二類框架，提升到一類框架，也造成相應的構(gòu)造措施不滿足抗震要求。
<5>建筑物的非承重結(jié)構(gòu)不滿足抗震要求，如八十年代建筑框架結(jié)構(gòu)的填充墻多采用粘土磚墻，由于重量大，剛度大，使框架結(jié)構(gòu)振動周期減小，提高了地震力還容易形成短柱，地震中使結(jié)構(gòu)柱受到破壞。特別是墻與柱的拉結(jié)不好時易造成填充墻坍塌破壞。有的建筑物女兒墻超高，也未設置錨固，拉結(jié)構(gòu)造差，地震中極易塌落傷人。建筑非承重結(jié)構(gòu)不滿足抗震要求的約占調(diào)查總數(shù)的20％。
通過抗震調(diào)查及鑒定得出結(jié)論：國務院要求對全國的中小學校校舍進行抗震鑒定加固改造的決定是非常正確和及時的，只有按要求做好這項工作，才能保證校舍的安全使用，達到防震減災的要求。
三、 中小學?？蚣芙Y(jié)構(gòu)房屋抗震加固的方案選擇
（一）框架結(jié)構(gòu)房屋抗震加固方案選擇要求
（1）學校建筑抗震加固的依據(jù)是抗震鑒定報告
加固應依據(jù)鑒定報告的結(jié)論及應達到的安全目標進行。加固方案的選擇應依據(jù)房屋的實際情況。針對鑒定報告給出的不滿足抗震要求的具體項目，選擇安全，可靠，經(jīng)濟，合理的加固方案，同時還應考慮施工周期及場地等學校固有的因素及要求。應以學生為本，教學為本的原則去考量抗震加固方案的選擇。
（2）框架結(jié)構(gòu)房屋的加固方案應符合抗震加固的基本要求
分別采用提高結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件抗震承載力，增強結(jié)構(gòu)的變形能力或采用改變結(jié)構(gòu)體系而不加固框架結(jié)構(gòu)自身構(gòu)件的方案。
（3）加固框架結(jié)構(gòu)應避免形成短柱，短梁及強梁弱柱，因加固方案不合理導致震害加重現(xiàn)象。
（4）若采用綜合抗震能力指數(shù)進行抗震驗算時，加固后樓層屈服強度系數(shù)，體系影響系數(shù)和局部影響系數(shù)應根據(jù)房屋加固后的狀態(tài)計算和取值的承載能力和變形能力。
（二）框架結(jié)構(gòu)抗震加固方案的選擇
框架結(jié)構(gòu)房屋抗震鑒定確定不滿足抗震要求時，應進行加固改造，對于抗震加固改造方案的選擇，應依據(jù)鑒定報告給出不滿足抗震要求的原因及建筑物的實際情況等綜合驗證，比較確定，一般可選擇下列加固方法：

單向框架應加固為雙向框架，通過加強建筑的樓屋蓋的整體性，同時增設抗震墻，抗震支撐等抗側(cè)力構(gòu)件，使房屋在雙向均應滿足抗震承載力及剛度要求
單跨框架結(jié)構(gòu)體系不合理，不滿足抗震要求。應改造成多跨框架或通過增加剪力墻改變結(jié)構(gòu)體系，變框架結(jié)構(gòu)為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)新增剪力墻的間距應小于規(guī)定間距。
增設鋼筋混凝土抗震墻的加固方法是改變結(jié)構(gòu)體系的加固法，在框架結(jié)構(gòu)抗震加固中經(jīng)常采用，通過加固框架結(jié)構(gòu)體系變?yōu)榭蚣芸拐饓Y(jié)構(gòu)體系，該加固法的主要優(yōu)點是：
a、地震作用絕大部分由抗震墻承擔，框架結(jié)構(gòu)受力大幅度減小。
b、增設抗震墻提高了結(jié)構(gòu)的整體剛度，減小了地震作用下的結(jié)構(gòu)變形。
c、由于結(jié)構(gòu)體系的改變，降低了對原框架抗震構(gòu)造措施的要求，使結(jié)構(gòu)整體滿足了抗震要求
d、該加固方法避免了對框架梁、柱的逐個加固減少了工作量。
增加剪力墻加固方法的缺點主要是：新增抗震墻設置基礎 。一般基礎埋深應與原結(jié)構(gòu)基礎持平，造成基礎開挖及施工工程量增大。

框架柱，梁的配筋，軸壓比及剛度不符合鑒定要求時，一般常用增大截面法加固，可選擇現(xiàn)澆鋼筋混凝土套或鋼構(gòu)套及鋼絞線網(wǎng)聚合物砂漿面層加固法。當只單純的配筋不足，變形滿足要求時可采用粘貼鋼板或碳纖維布加固法。增大截面加固法更實用是框架結(jié)構(gòu)常用的加固方法。但該方法特別是混凝土柱的加固。拆除相鄰的填充墻及破壞墻與柱的拉結(jié)，增加加固后充填墻恢復的工作量。
房屋剛度較弱或明顯不均勻有扭轉(zhuǎn)效應時，常選擇增設鋼筋混凝土抗震墻或翼墻加固，有時為減小地震效應，降低地震烈度也可設置消能減震裝置如耗能器，消能支撐等進行抗震加固。
當框架梁柱實際受彎承載力的關(guān)系，不符合鑒定要求時，（不符合強柱弱梁原則）采用鋼構(gòu)套，現(xiàn)澆鋼筋混凝土套或粘貼鋼板等方法加固框架柱，亦應對加固后的結(jié)構(gòu)，驗算在罕遇地震下彈塑性變形是否滿足要求。
當框架結(jié)構(gòu)的梁柱構(gòu)件有局部損傷和裂縫時可采用聚合物砂漿、水泥灌漿料，強力結(jié)構(gòu)膠及細石混凝土等材料修復及補償。
填充墻與框架梁柱拉結(jié)不符合抗震要求時，增補填充墻圈梁，構(gòu)造柱設置拉結(jié)鋼筋，當墻體自身強度較低時可采用砂漿面層，粘貼復合纖維布等方法加固。
女兒墻等易倒塌部位不滿足抗震要求時，采用拆除降低高度或結(jié)合加固維修增加拉結(jié)錨固措施如化學植筋，粘貼碳纖維布等方法。
（10）當樓梯構(gòu)件不滿足抗震要求時一般采用粘碳纖維布、粘鋼或鋼絞線聚合物砂漿加固樓梯板，采用鋼構(gòu)套或鋼筋混凝土套加固梯梁。
（11）對一些有特殊抗震要求的建筑，如作為抗震避難所使用的建筑。往往要求提高抗震烈度，其地震加速度值及地震影響系數(shù)均相應提高，把小震不壞，大震不倒，提高為中震不壞，大震可修的水平。對于既有建筑的框架結(jié)構(gòu)只選取通過加強結(jié)構(gòu)的自身剛度及承載力的硬式加固方法，達到上述抗震要求有時是困難的。解決辦法是采用隔震與耗能減震的加固辦法。對于新建房屋采用隔震及耗能減震技術(shù)在土木工程領(lǐng)域已經(jīng)進入到規(guī)程規(guī)范完善及全面推廣實施階段。對于既有建筑加固改造的應用，因增加了托換及設置節(jié)點連接加固改造項目，增加了設計施工難度及加固費用，但由于其優(yōu)越的抗震性能在加固改造領(lǐng)域也逐步推廣應用。特別是框架結(jié)構(gòu)采用非線性粘滯耗能器吸收地震能量原進行抗震加固，減震效果明顯而且施工方便，改變及破壞建筑結(jié)構(gòu)很小便于加固后恢復，其應用前景更加廣闊。
（12）一般對于一幢框架結(jié)構(gòu)的房屋經(jīng)抗震鑒定確定，要進行抗震加固。依據(jù)鑒定報告及建筑物的實際情況確定加固方案，通常以一種加固方式為主，再輔以其他的加固方式。
通過我公司對今年完成的104棟中小學框架結(jié)構(gòu)房屋抗震加固設計統(tǒng)計，采用鋼筋混凝土或鋼構(gòu)架，增加柱、梁截面提高其強度或剛度加固方法的有40棟建筑，占加固總數(shù)的38%；采用粘貼碳纖維布加固，提高結(jié)構(gòu)強度及加強結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施的有46棟建筑，占加固總數(shù)的44%；采用粘貼鋼板提高結(jié)構(gòu)強度及加強構(gòu)造措施的有16棟，占加固總數(shù)的15%。有55棟建筑采用增加剪力墻，改變結(jié)構(gòu)體系變框架結(jié)構(gòu)為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，改變了結(jié)構(gòu)受力情況，提高了結(jié)構(gòu)的抗震性能，占加固總數(shù)的53%。這類結(jié)構(gòu)同時在剪力墻下增設混凝土條形基礎。一般單跨框架采用本法進行加固。加固設計中一般均采用綜合加固方法。很少單一的采用一種方法，應依據(jù)實際情況綜合比較選用方案。
還有兩棟框架結(jié)構(gòu)，一棟采用在框架基礎，設置隔震層，用托換法設置橡膠鋼板隔震支座進行隔震加固，以提高抗震能力。有一棟采用增設粘滯阻尼器進行耗能減震加固，并完成了相應設計，后因甲方意見沒有實施。但是此種加固方法與傳統(tǒng)方法相比優(yōu)點明顯，是今后的發(fā)展方向。
以上是我公司通過對北京及福建等地區(qū)中小學校104棟框架結(jié)構(gòu)房屋抗震調(diào)查鑒定及加固改造工作的小結(jié)，從實踐總結(jié)中發(fā)現(xiàn)，加固改造中傳統(tǒng)做法還是主要選用的方法，這些方法安全、可靠，有成熟的經(jīng)驗及相關(guān)的規(guī)程可循，但也有施工復雜，工期長等缺欠，要在工作實踐中不斷總結(jié)、提高、改進、創(chuàng)新，特別是十二五規(guī)劃中，我國進一步搞好建筑防災減災也是重要任務。建筑抗震加固改造還有大量工作要完成，只有創(chuàng)造出更多的新技術(shù)，新材料，新工藝，才能更好的完成好這項十分艱難而光榮的任務。

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文章來源： 永年加固公司
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