J GJ 116298 建筑抗震加固技術規程對工業與民用建筑及高聳構筑物的抗震加固做了規定,自1999 年3 月1 日實施以來,對我國建筑物抗震加固設計起到了很好的指導作用,對推動我國建筑物抗震加固設計水平作出了巨大貢獻。在此次5·12 汶川大地震中,相當一部分磚支筒水塔因抗震不足造成了破壞,其中部分破壞程度較小,經鑒定可以考慮加固。本文擬結合震后水塔加固設計工作,提出并分析對水塔加固方案的幾點認識。
1 加固設計狀態
我國有據可依的磚支筒水塔加固設計現行規范及資料主要為:J GJ 116298 建筑抗震加固技術規程,J GJ 14522004 混凝土結構后錨固技術規程,GB 5036722006 混凝土結構加固設計規范以及根據上述規范規程編制的03SG611 磚混結構加固與修復(注:以下簡稱圖集) 。在對此次震后需要做加固的水塔進行設計工作中,這些規范及資料是設計者可用的為數不多的資料,部分設計人員因未從事過加固設計工作,特別是對高聳建筑物的加固設計工作,在此次設計中筆者發現大多數設計人員都是依據圖集選擇加固方案,方案選擇中設計人員主要考慮的是在圖集指定范圍內對鋼筋大小、間距、混凝土厚度等的選擇,而對結構驗算、加固方式、地基承載能力較少考慮。
2 圖集方案問題分析
2. 1 結構驗算
對于高聳建筑需要考慮的荷載與作用應包括:
1) 永久荷載:結構自重,固定的設備重,物料重,土重,土壓力,結構內部的預應力,地基變形等。
2) 可變荷載:風荷載,覆冰荷載,常遇地震作用,雪荷載,安裝檢修荷載,溫度變化等。
3) 偶然荷載:撞擊、爆炸、罕遇地震作用。水塔地震設防烈度要求是不同的,偶然荷載對結構產生的作用與內力是不同的。水塔的高度、所處地點、周圍環境溫度不同,其可變荷載對結構產生的作用與內力是不同的。采取鋼筋網砂漿面層或混凝土板墻加固水塔后,由于荷載增加,基礎基底應力相應發生變化,地基承載力是否滿足安全需要也需要得到驗算。而現實加固設計中,部分設計人員認為按照加固圖集選擇方案,即可保證結構的安全性,進而忽略了驗算工作。對地震后磚支筒水塔加固方案的幾點認識
2. 2 加固方式
在圖集中對于水塔加固,采用的是整體加固方案。筆者認為考慮整體加固方案,編者應處于以下幾點考慮:1) 整體加固方案,豎向傳力桿件與基礎及頂部圈梁連接,可提高水塔豎向傳力的延續性,避免受力突變;2) 避免支筒局部強、整體弱,提高水塔整體受力性能;3) 防止加固時支筒未被發現的細小缺陷被忽略。此次地震后,筆者發現磚支筒水塔主要在離地面1/ 5 高度處或門窗洞口處出現有環狀、階梯狀灰漿裂縫,對于此類缺陷較小的水塔,一律按圖集選擇整體加固方案,筆者認為有待商榷。
3 加固方案探討
3. 1 水塔缺陷
1) 支筒出現多道環狀裂縫,造成支筒破壞成多節;2) 支筒出現多道梯階灰漿裂縫;3) 支筒出現環狀裂縫,且斷節出現水平位移(位移距離不大于10 mm) ;4) 支筒出現環狀未貫通裂縫,裂縫長度為1/ 10～1/ 3 支筒周長;5) 支筒出現梯階灰漿裂縫不超過兩條,灰縫高度不超過250 mm ,灰縫沿環向不超過600 mm ,灰縫豎向間距不小于500 mm;6) 支筒與基礎之間出現灰漿裂縫,且支筒與基礎水平位移不超過10 mm。
3. 2 加固方案分析
當支筒整體性破壞程度嚴重,宜根據圖集要求,選擇整體加固方式。對于第四類～第六類缺陷,支筒整體破壞程度較小,考慮整體加固方案固然可以提高支筒的安全可靠性,但是從經濟考慮,可能加固成本較高,有必要考慮圖集以外的局部加固方案。隨著計算機輔助設計技術、新型加固技術、新型加固材料在加固領域的不斷更新及應用,針對水塔局部加固方案的可行性有必要進行探討。
4 局部加固方案分析
為分析局部加固方案的可行性,現以5. 12 汶川地震災區四川江油雙河口鎮水塔加固為例,比較分析局部加固及整體加固方案選擇的區別。水塔于2001 年修建,高20. 5 m ,容量30 m3 。該水塔為磚支筒結構,磚支筒直徑為3. 5 m ,支筒周長10. 99 m ,基礎為毛石基礎,埋設深度為3. 0 m ,水箱為鋼筋混凝土結構。此次地震后,在塔身離地面約1. 0 m 處及3. 0 m 處分別出現一條環狀灰漿裂縫,裂縫長度分別為3. 5 m ,4. 5 m ,裂縫寬度為0. 2 mm～0. 3 mm ,經檢測機構現場鑒定,表明該水塔經過加固維修后,可繼續使用。本工程考慮采用外包鋼筋網片砂漿面層法對支筒結構有缺陷部位進行加固。筆者認為采用這類方法加固固然可以保證水塔安全,但是從經濟角度考慮,有必要探討局部加固法在此類水塔加固工程中的應用。局部加固力學模型中:
T + f 1 ×d2 ×h = N + f 2 ×d2 ×h 。
