CN101736909A - 一种底部框架柱震损房屋建筑的修复方法 - Google Patents

一种底部框架柱震损房屋建筑的修复方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种底部框架柱震损房屋建筑的修复方法，该方法的步骤是，先视房屋建筑的震损情况将房屋建筑的底层或下部坍塌层确定为隔震层，再在隔震层的框架梁(12)与地基之间设置千斤顶(10)将上部基本完好结构(6)水平顶起，然后将隔震层每根框架柱(7)截去大于隔震支座(1)高度的长度并增加水平和竖向钢筋增强修复，于截断处安装隔震支座(1)，对隔震层的梁柱节点(5)进行加固，拆除千斤顶(1)，内外粉饰即可投入使用。本发明所述方法可用于灾后底层框架柱震损而上部结构基本完好的房屋建筑的加固修复，它具有施工方便、机理明确、经济适用的优点。

Description

一种底部框架柱震损房屋建筑的修复方法
技术领域
本发明涉及原有建筑物的隔绝或其它防护和修理措施，具体涉及建筑物的修复、加固和隔震方法。
背景技术
每一次大地震都会造成大量的房屋建筑倒塌或不同程度的损毁。现代科学研究表明，目前房屋建筑中多数商住楼出现，在此类房屋建筑中底部楼层需要大的空间，为此，底部楼层常常不增设填充墙，导致底部楼层没有墙体结构对其刚度的贡献，加之底层的层高相对较高，柱构件的线刚度相对较小，因此薄弱层常出现在房屋建筑下部的一楼或二楼。遇到强烈地震时，薄弱层首先产生破坏并且损毁程度较上部的楼层更为严重，有时甚至上部结构完好无损，而下部的框架柱则出现断裂而致使整个房屋建筑瘫塌。上述理论在2008年5月12日四川汶川大地震中也得到进一步证实。对于一些下部损毁严重而上部尚完好房屋建筑如果一律推倒重建，显然是一种资源的浪费。因此，如果能将上部尚完好的房屋建筑经过适当的修善或改建即可投入使用，显然既可为灾后重建赢得宝贵时，又可节约人力和资金，意义十分重大。
关于原有建筑物的抗震加固和轻微震损房屋建筑修复的成功案例报道较多，技术也相对成熟，如国知局公开的公开号为CN1392319A、CN1460763A、CN1629435A和CN1710222 A等发明专利申请。但是，上述专利申请的所述的方案都是通过增加梁和柱截面积或外包建筑材料来加固或/和修复的，因此不适用于底层框架柱震损瘫塌的建筑物的修复。此外，由于上述专利申请所述的加固方法未采用任何隔震措施，如再次遭遇地震仍有倒塌的危险，尤其是无法抵御烈度更大地震。
现有技术中，新建房屋建筑中采用隔震措施的成功经验颇丰，而将隔震技术用于震损或底部瘫塌房屋建筑的修复中则鲜而未闻。
发明内容
鉴于上述现有技术，本发明所要解决的技术问题是提供一种具有隔震措施的底部框架柱震损的房屋建筑的修复方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案是：
一种底部框架柱震损房屋建筑的修复方法，该方法包括下列步骤：
a、视房屋建筑的震损情况确定隔震层：当房屋建筑原位瘫塌时，以瘫塌层为隔震层；当房屋建筑底层的框架柱震损但结构基本完好时，以房屋建筑的底层为隔震层；
b、在所确定的隔震层的框架梁与地基之间设置千斤顶将隔震层的上部基本完好结构水平顶起；其中所述千斤顶的安装位置、数量和规格型号的确定方法是，利用已有的设计图纸建立隔震层上部基本完好结构的有限元模型并进行分析计算，再根据隔震层上部基本完好结构的质量进行模拟分析确定；
c、将隔震层每根震损的框架柱截去大于隔震支座高度的长度，然后将截断处柱内上下钢筋笼修复并增加水平和竖向钢筋进行加强；其中所述隔震支座的规格型号的确定方法是，利用已有的设计图纸建立隔震层上部基本完好结构的有限元模型并进行分析计算，再根据所算出的隔震层的柱轴力进行模拟分析确定；
d、在修复并加强的钢筋笼的上下两端部分别水平放置一安装隔震支座的预埋件并分别与上下钢筋笼悍接在一起；
e、制作模板并浇注混凝土，修建经步骤d处理的截断的框架柱；
f、待混凝土达到设计强度时，安装隔震支座；
g、对隔震层的梁柱节点进行常规的加固；
h、拆除千斤顶并进行常规的内外粉饰。
本发明所述的修复方法，当所述上部完整结构的梁柱局部损伤时，还包括上部完整结构中损伤的梁和柱的外包加固步骤，即对隔震层的梁柱节点进行常规的加固后再对上部基本完好结构中损伤的梁和柱进行外包加固。
本发明的上述修复方法，当隔震层原框架结构的强度和刚度不足时，步骤g在进行梁柱节点加固的同时可外包钢板进行框架梁加固；当抗震效果不理想时，可在拆除千斤顶后，于隔震层框架梁的下方设置人字形的消能减震支撑或斜向消能减震支撑。
本发明所述的修复方法，其中所述的隔震支座可以是铅芯橡胶隔震支座、普通橡胶隔震支座或滑板支座等常用的隔震支座。
本发明所述的修复方法，其中，所述的底部框架柱是指确定为隔震层的原楼层框架柱上节点以下的柱体和下节点；所述的框架柱震损包括上节点以下的柱体和下节点的破损、开裂以及上节点以下的柱体折断而整个楼层瘫塌。
本发明所述的修复方法，其中，所述的基本完好结构是指承重构件完好、个别非承重构件轻微损坏或附属构件有不同程度破坏，但一般不需修理即可继续使用的建筑结构(参见中华人民共和国城乡和住房建设部，1990年颁布的《建筑地震破坏等级划分标准》第二章第2.3条。)
本发明根据薄弱层通常位于房屋建筑底部的特点，视房屋建筑的震损情况将原有房屋建筑的下部楼层确定为隔震层，然后先将上部尚完整楼层撑起，再将隔震层的原有框架柱截断、修复、增设隔震支座，从而所修复的房屋建筑既恢复了使用功能，又获得了抗震加固。因此，本发明所述修复方法的有益效果是可以预见的。
附图说明
图1～3为一待修复房屋建筑原设计结构示意图，其中，图1为轴向立面图，图2为1层平面图，图3为2～4层平面图。
图4为顶起图1～3所示房屋建筑2～4层基本完好结构的千斤顶平面布置图。
图5～8为修复图1～3所示房屋建筑的施工步骤示意图，其中，图5为顶起2～4层基本完好结构的步骤完成状态，图6为安装隔震支座步骤完成状态，图7为增设人字形消能减震支撑步骤完成状态，图8为增设斜向消能减震支撑步骤完成状态。
图9为隔震层梁柱节点加固方案的一个具体实施例的结构示意图。
具体实施方式
以下结合某实际工程，详细介绍采用本发明方法加固一典型断柱装垫加固法(去掉底层断柱装垫)的过程。
如图1～3所示，本例待修复的房屋建筑为4层框架结构，建筑面积为1808.23m2，主体结构纵向长38.06m，，横向宽度为11.76m，总高为12.26m，平面为长方形；其中，1层为大开间的展厅，2层以上为小开间的办公室；1层层高为3.9m，2～4层为3.6m；建筑场地类别II类，区域抗震烈度7度，设计基本地震加速度0.15g，设计地震分组第一组；结构的梁截面尺寸为350×550、250×650、250×500、250×400、250×450、250×300和200×300mm，柱截面尺寸为500×500mm，混凝土强度为C30，楼板厚度为100mm。
上述某栋楼遭地震破坏后，结构的底层的31(短肢剪力墙计算时为二根柱)根柱有13根进入严重塑性变形；第二层有6根柱进入塑性变形，部分梁也进入塑性变形状态；结构的3～4层都保持弹性，没有出现梁柱进入塑性变形状态。遭地震破坏后，结构的底层因31根柱有13根进入严重塑性变形而瘫塌，但上部结构处于基本完好。以下结合震灾状况，采用本发明方法对上述房屋建筑进行加固：
(1)确定隔震层
由于底层瘫塌而其它楼层基本完好，因此，将瘫塌的底层(1层)作为结构的隔震层。
(2)修复前的准备
根据图1～3所示房屋建筑的原有设计图纸和上述已知参数，采用ETABS软件按下述方法建立结构的空间有限元模型：①输入该结构三维空间坐标及梁柱控制结点和结构层高；②在程序中定义混凝土材料，混凝土材料采用各向同性材料，C30混凝土材料的弹性模量为3×104N/mm2，密度为2.6t/m3；③按构件实际尺寸定义构件截面，并采用线单元将各楼层控制点上画梁、柱单元，楼板采用壳单元模拟；④根据结构的实际情况，施加支座约束信息和梁、柱及楼板上的荷载。
然后采用所建立的空间有限元模型进行模拟分析和计算，图1～3所示房屋建筑的2～4层总质量为2523吨，需要70台吨位为50吨的RSM50型号的千斤顶10并按图4所示位置安装才能将隔震层上部的2～4层顶起；同时，由模拟分析和计算得到隔震层每根柱的轴力值，再结合《建筑抗震设计规范》和《叠层橡胶支座隔震技术规程》要求，选用直径为500的LRB500型铅芯橡胶隔震支座8个布置于隔震层的两端，选用直径为500的LNB500型普通橡胶隔震支座23个，布置于隔震层的中间。
(3)参用图5，在所确定的隔震层的框架梁12与地基之间按图4所示位置安装千斤顶10将隔震层的上部2～4层基本完好结构6水平顶起(如果不恢复底层的使用功能，顶起的高度只需要满足作业规范要求即可)。由于本例中隔震层较高，因此在每一千斤顶10下建一预制的混凝土墩11。
(4)先清理掉隔震层31根框架柱7的破碎混凝土其钢筋笼露出，然后根据步骤(2)所确定的隔震支座1的高度将框架柱7及其内的钢筋笼截断，使每一钢筋笼自基础向上的高度为270cm，自框架梁12向下的高度为100cm，再增加12根竖筋和10根横向箍筋修复并加强。
(5)在步骤(4)修复加强的钢筋笼两端部分别水平放置一安装隔震支座1的预埋件2并分别与上下钢筋笼悍接在一起。
(6)在焊接有预埋件2的钢筋笼的周围建模板并浇注混凝土。
(7)参见图6，待混凝土达到设计强度时，安装隔震支座1。
(8)对隔震层的每一梁柱节点5进行加固，具体加固方法如下所述：参见图9，先在梁柱节点5处的梁和柱的四面涂抹一层素混凝土，再将钢板3用螺栓4穿夹在梁柱节点5处的梁和柱的四面，然后将所有钢板3的对接缝焊接起来使之形成一整体即可。
(9)先清理2层6根进入塑性变形状态的框架柱和部分进入塑性变形状态的框架梁上破碎的混凝土，再打磨并用丙酮液清洗干净，然后在框架柱的四面涂抹一层素混凝土，最后将钢板用螺栓穿夹在所述梁和柱的四面，再将梁或柱四棱处钢板的对接缝焊接起来使之形成一整体。
(10)拆除千斤顶10。
(11)尽管隔震层已经对上述房屋建筑进行了抗震加固，但为了减小隔震层的位移(增加结构的刚度和阻尼)，减小隔震层的位移，提高结构的抗震性能，因此本例在拆除千斤顶10后，再于隔震层四周每根梁下增设一人字形的消能减震支撑8(见图7)或一斜向消能减震支撑9(见图8)。当所增设的是斜向消能减震支撑9时，最好是将相邻的两支撑反向安装。
(12)最后进行内外粉饰即可投入使用。

Claims (3)

1.一种底部框架柱震损房屋建筑的修复方法，该方法包括下列步骤：
a、视房屋建筑的震损情况确定隔震层：当房屋建筑原位瘫塌时，以瘫塌层为隔震层；当房屋建筑底层的框架柱震损但上部结构基本完好时，以房屋建筑的底层为隔震层；
b、在所确定的隔震层的框架梁与地基之间设置千斤顶将隔震层的上部基本完好结构水平顶起；其中所述千斤顶的安装位置、数量和规格型号的确定方法是利用已有的设计图纸建立隔震层上部基本完好结构的有限元模型并进行分析计算，再根据隔震层上部基本完好结构的质量进行模拟分析确定；
c、将隔震层每根震损的框架柱截去大于隔震支座高度的长度，然后将截断处柱内上下钢筋笼修复并增加水平和竖向钢筋进行加强；其中所述隔震支座的规格型号的确定方法是，利用已有的设计图纸建立隔震层上部基本完好结构的有限元模型并进行分析计算，再根据所算出隔震层的柱轴力进行模拟分析确定；
d、在修复并加强的钢筋笼的上下两端部分别水平放置一安装隔震支座的预埋件并分别与上下钢筋笼悍接在一起；
e、制作模板并浇注混凝土，修建经步骤d处理的截断的框架柱；
f、待混凝土达到设计强度时，安装隔震支座；
g、对隔震层的梁柱节点进行常规的加固；
h、拆除千斤顶并进行常规的内外粉饰。
2.根据权利要求1所述的一种底部框架柱震损房屋建筑的修复方法，其特征在于，步骤g在对隔震层的梁柱节点进行常规的加固后，再对上部基本完好结构中损伤的梁和柱进行外包加固。
3.根据权利要求1或2所述的一种底部框架柱震损房屋建筑的修复方法，其特征在于，步骤h在拆除千斤顶后，于隔震层框架梁的下方设置人字形的消能减震支撑或斜向消能减震支撑。
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