抗震加固方法的種類和效果

1、實踐編 抗震加固方法的種類和效果前言現(xiàn)有建筑物的抗震加固設計多按照日本建筑防災協(xié)會的2001年改訂版既存鋼筋混凝土建筑物抗震修正設計方針·同解說實施。該改訂版指針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(yè)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件進行中途設計比較。業(yè)務擔當者應該有責任感地對計算機輸出的數(shù)據(jù)進行仔細分析后，在重要的地方進行手動計算,最后進行工學上的判斷。為了能夠適當?shù)剡x擇加固方法,正確判斷加固效果,業(yè)務擔當者必須充分了解各種各樣的加固方法。本稿,

2、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?，F(xiàn)在實際上已經開發(fā)了許多針對現(xiàn)有鋼筋混凝土建筑物的抗震加固方法并被廣泛采用。而且近年在日本建筑學會的學術演講會中也發(fā)表了特別多的相關研究論文。同時,本刊也經常對加固方法作相關介紹,并進行了信息的收集·整理·公布。本稿對所有的加固方法進行分類,并闡述了加固效果的一般傾向。隨后選了現(xiàn)在廣泛采用的外置加固方法,柱的炭素纖維加固方法等數(shù)種有代表性的加固方法，介紹對其優(yōu)缺點進行考察的結果。對于在建筑學會發(fā)表的各種加固方法，只著重介紹了常用加固方法的效果。最近不僅是學校建筑進行抗震加固,住宅和辦公建筑等進行抗震加固也很

3、多。不僅僅是強調抗震能力的改善，還根據(jù)實際情況從經濟角度出發(fā)利用現(xiàn)有建筑物進行改修的方法逐漸成為主流。因此外置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?？拐鸺庸谭椒ǚN類及概要 現(xiàn)有建筑物抗震加固基本思想如圖1所示?？拐鸺庸谭椒ǖ姆诸惣疤卣?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。強度增加型延性增加型強度·延性增加型效應控制型（減震加固,制振加固）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

4、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 個月里能完成。如果沒有長時間的假期,也有設置臨時校舍的情況。主要的加固方法有,抗震墻增設和帶框鋼拉桿增設。2)外置法最近,外置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筑物也必須一邊使用一邊進行加固。因此開發(fā)了很多種能在使用同時進行加固的外置加固方法,并被廣泛利用。本稿后半部分介紹了下列外置法。·內藏鋼板的鋼筋混凝拉桿（PITAKORAMU）法·外置門型鋼骨加固（PG）法·外置拉桿加固（OFB）

5、法·摩擦控制型PCa拉桿法·外置拉桿法·KTB法圖2 加固方法分類和特征延性型加固已經開發(fā)了許多種提高脆性部件的變形性能，增大建筑物終局界限變形（Fu值）的延性增加型加固方法。本稿后半部分，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后面詳細講述。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(wěn)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,場地條件,減震裝置的設置位置, 基礎·地基的抗震性,內外置

6、及設備的減震化等。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,但減震加固后建筑物具有很高的抗震性能。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,吸收地震能量,從而控制建筑物主架構的效應,將現(xiàn)有建筑物的變形控制在安全水平的方法。本稿后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?，F(xiàn)有建筑物問題點及加固方法選擇進行抗震加固計劃時要根據(jù)加固對象的特點適當?shù)倪x擇加固方法。在充分考慮現(xiàn)有建筑物問題點及終局限界變形的基礎上,研究加固方法的選擇。以下，對現(xiàn)有建筑物存在的問題點中重要的項目進行了闡述。低強度混凝土的情況 現(xiàn)有建筑物的混凝土強度低于13.5N/mm2

7、時,盡可能采用強度增加型加固。在加固方法選擇時,最好采用對混凝土強度低建筑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。同時對于第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。對于柱子房梁結點處承載力低的建筑物,最好采用控制建筑物全體延性指標(F值)的加固計劃。形狀指標(偏心率，基柱建筑方式等)加固對象建筑物,偏心率·剛性率有問題時,最好采

8、用能夠改善這些的加固計劃。即使?jié)M足抗震判斷指標的建筑物，如果偏心率·剛性率有問題,也要研究改善方法。對于伸縮裝置間隔小的建筑物,即使抗震性能滿足,也要研究改善方法。加固對象建筑物中,有很多基柱建筑方式的建筑物。加固計劃時，加固后需要保留基柱建筑方式結構的情況下，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筑物加固計劃建設時期為第期（年以前）的建筑物，柱箍筋間隔大體上是250-300mm,多數(shù)柱子容易發(fā)生剪切破壞。剪切柱子成為主體的壁少建筑物加固時,將剪切柱作為F=3 的回轉壁考慮時,大地震作用下許多柱子都有發(fā)生剪切破壞的可能性。特別是大地震發(fā)生時還必須維

9、持建筑物機能時就必須避免這樣，在評價加固后結構抗震指標（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性能評價時,發(fā)生剪斷破壞的柱子必須全部加固,充分改良之后再次解析評價。結構微縫加固結構微縫加固多與其他的加固方法并用。構造微縫對于在必要的范圍改善加固對象建筑物的終局界限變形方面極其有效,因此被廣泛采用。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(lián)的柱內尺寸標注方法如圖4所示。結構微縫置入方法 腰墻,縱墻,邊墻等2次墻和構造框架之間設置微縫時,為了防止2次壁發(fā)生面外傾覆,現(xiàn)有混凝土內的鋼筋至少留下端部根不切斷。同時,窗框

10、上下, 縱墻底部·腰墻上部的混凝土，必須全部削去。微縫主要在腰墻,縱墻設置,邊墻不設置微縫。施工方面,在柱端設置微縫時，微縫應在距柱端100mm左右的位置設置。構造微縫的長度分為,腰墻縱墻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,并且是微縫高的50分之一以上。圖4 根據(jù)結構微縫的種類柱內側尺寸的標注方法2次壁和結構軀體之間的連接類型 結構微縫原則上應在兩側設置,但2層以上并且結構方面沒有大問題的情況下,可以只在一側設置微縫。原則上殘留混凝土厚度應在3050之間。兩面各設置半個微縫的情況下,錯開的幅最好在50100之間。并且,此種方法設置微縫,即使微

11、小地震發(fā)生混凝土也容易開裂，需要注意雨后維護。加固設計時使用的計算方法如果設置完全微縫, 假定微縫終端位置是危險斷面進行計算。如果設置部分微縫,可以將微縫長度的2/3左右與現(xiàn)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，最重要的是采用能確實得到加固效果的細節(jié)設計。構造微縫選擇時,必須綜合考慮建筑物的延性性能,柱子尺寸,2次壁厚等。原則上,對建設時期屬于期(19711981年)的建筑物，按照加固后建筑物的延性性能考慮設置微縫時,判斷不是極脆性柱子的時候可以不放入微縫。對于建設時期屬于期（1971年以前）的建筑物,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筑物的

12、強度·剛度,最好采用中間微縫。小結現(xiàn)在實際上已經提出并開發(fā)了各式各樣的加固方法。按照預想加固目的開發(fā)的各種合理加固方法,其加固效果已通過實驗驗證，并被廣泛采用。然而,作為普通的抗震加固業(yè)務擔當者,橫向地概括地比較這些加固方法非常困難?；谶@種現(xiàn)狀,本稿計劃盡可能多的介紹最近被大量使用的加固方法。但不是籠統(tǒng)地列舉各種加固方法,而是著重介紹被關東地區(qū)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,列舉介紹了本稿采訪的一些加固方法。 清水泰 周建東參考文獻1)日本建築防災協(xié)會:2001年改訂版既存鉄筋造建築物耐震診斷基準同解説2)制建築研究振興協(xié)會:既存建築物

13、耐震診斷耐震補強設計,2003年版3)広沢雅也,山崎裕:復舊事例見耐震診斷補強設計実務,建築技術,1991年3月4)構造調査協(xié)會:協(xié)會STREC,No,34.2005年7月5)菅野俊介,藤村勝:既存鉄筋造建物鉄筋,耐震補強,第7回工學年次講演會論文集,肌709-712.1985年6月外置加固方法 內藏鋼板的鋼筋混凝拉桿法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(xiàn)有的鋼筋混凝土建筑物外壁進行加固。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。加固方法特點完全外置法。居住的情況下

14、能夠施工。加固結構盡管是鋼筋混凝土結構,但因為壁薄,不需要很大的空間。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。加固構件內嵌鋼板，抗剪切能力提高。因為加固部件和既設本體連接成為一體，延性也被改善。加固部件不需要特殊管理。適用范圍結構類別:鋼筋混凝土·鋼骨鋼筋混凝土適用部件:柱、梁、墻材料強度:現(xiàn)有建筑物的混凝土壓縮強度13.5N/mm2以上(評價時)。實驗確認能夠達到8.9N/mm2的加固效果。采用的值:加固部件的值最大1.5加固效果被加固部件的剪切耐力提高，延性也大幅度改善。能很大程度地采用與建筑物的終局界限變形對應的Fu值技術評價/（財）日本建筑防災

15、協(xié)會（2001 年7月）施工實例/260件圖1 內藏鋼板的鋼筋混凝拉桿加固方法概念圖圖2 加固部件連接 外置加固法 外置鋼框加固（PG）法加固方法概要在鋼筋混凝土、鋼骨鋼筋混凝土結構現(xiàn)有建筑物柱子房梁外側，貼付不含拉桿的鋼框使之成為一體，從而提高抗震性能的加固方法。加固方法特點完全外置法。居住的情況下能夠施工。因為沒有設置拉桿,不妨礙采光和觀景,出入陽臺也很方便。通過錨固螺栓與既設結構間接連接。把加固鋼骨做為架子,能夠重新進行外觀設計。因為不需要拉桿,不進行復雜的鋼骨加工,工期縮短。適用范圍構造類別:鋼筋混凝土·鋼骨鋼筋混凝土結構適用部件:柱、梁適用條件:現(xiàn)有柱的長期軸力比在0.25

16、以下,剪切富余量在0.8以上, H0/D在2.0以上。采用的值:加固部件的值最大2.0加固效果被加固部件的剪切耐力提高，延性也大幅度改善。能很大程度地采用與建筑物的終局界限變形對應的Fu值。另外，PG法對延性改善能夠很好地發(fā)揮效果。如果應用到強度抵抗型的建筑物時,需要考慮強度貢獻系數(shù)。技術評價/(財)日本建筑綜合實驗所(2006年3月)施工實施例子/4件(2006年4月現(xiàn)在)圖1 PG法概念圖 圖2接合部詳細 外置加固法 OFB法(外置拉桿的抗震加固方法)加固方法概要在現(xiàn)有建筑物陽臺下面增設鋼筋混凝土梁,在增設梁前端設置拉桿取付用金具，通過壓接法使之一體化,鋼拉桿承擔一部分地震力從而改善建筑物

17、抗震性能的加固方法。鋼拉桿通過連接銷與取付金具連接。加固方法特點完全外置法。居住的情況下能夠施工。加固后陽臺仍能夠使用。不影響采光和通風。室內方面的工程只是短期的簡單作業(yè)。與原有的加固方法比較,成本低。適用范圍構造類別:鋼筋混凝土·鋼骨鋼筋混凝土結構材料強度:現(xiàn)有建筑物的混凝土壓縮強度13.5N/mm2以上采用的值:采用現(xiàn)有建筑物的值(最大1.27)加固效果相對于現(xiàn)有結構的屈服和破壞,設計要求拉桿引張先屈服。適用于延性型建筑物加固。技術評價/（財）日本建筑防災協(xié)會（2004 年4月）施工實例/2件（2006年4月現(xiàn)在）圖1 OFB法概念圖 圖2接合部詳細圖 圖3 加固圖外置加固法 摩

18、擦控制型預應力拉桿法加固方法概要拉桿部件軸方向導入預應力，提高了其抗引張開裂能力，同時，當超過設計水平耐力的水平力作用在拉桿上時，由于同現(xiàn)有梁結點部位能夠滑動,從而不承擔超過設計水平耐力部分的水平力的摩擦控制機構。加固方法特點完全外置法。居住的情況下能夠施工。不需要維護管理。建設噪音、粉塵、建設廢棄物少,利于環(huán)境維護。如果超過了規(guī)定的水平力，通過接合部位的摩擦滑動變形保持水平耐力，同時通過摩擦阻尼吸收地震能量。適用范圍構造類別:鋼筋混凝土·鋼骨鋼筋混凝土結構材料強度:現(xiàn)有建筑物的混凝土壓縮強度在13.5N/mm2以上采用的值:采用現(xiàn)有建筑物的值加固效果提高現(xiàn)有建筑物的抗剪切能力。對強

19、度型建筑物進行加固的時候,不考慮摩擦阻尼。技術評價/（財）日本建筑防災協(xié)會（1999 年7月）施工實例/109件（2005年8月現(xiàn)在）圖1PCa拉桿概念圖 圖2接合部詳細圖 圖3 力滑動變位關系 外置加固法 外置拉桿法加固方法概要外置拉桿法是在現(xiàn)有鋼筋混凝土建筑物外側安裝鋼骨拉桿,用預應力鋼棒連接使之與現(xiàn)有建筑物成為一體，從而提高抗震性能的加固方法。安裝拉桿時，在現(xiàn)有房梁側面削孔,從鋼架的交叉部位(臺座)插入預應力鋼棒，臺座和現(xiàn)有房梁的間隙用無收縮灰漿填充硬化后，導入預應力使之一體化。在拉桿上設置切口，避免現(xiàn)有房梁先行破壞。加固方法特點完全外置法。居住的情況下能夠施工。透過窗戶能夠看見斜材能,

20、不過，對采光的影響比較少建設噪音,粉塵, 建設廢棄物少,利于環(huán)境維護。適用范圍構造類別:鋼筋混凝土·鋼骨鋼筋混凝土結構適用部件:柱、梁 材料強度:現(xiàn)有建筑物的混凝土壓縮強度在13.5N/mm2以上現(xiàn)有值:加固對象鋼筋混凝土結構的值在1.0以上采用的值:根據(jù)抵抗形式值在1.0 3.0之間推薦:適用于強度·延性抵抗型加固效果提高現(xiàn)有建筑物的抗剪切能力。對強度型建筑物進行加固時需注意。施工實例/52件（2006年3月現(xiàn)在）圖1 外拉桿法概念圖 圖2 接合部詳細圖 外置加固法 預應力外置框架抗震加固方法（KTB法）加固方法概要預應力外置框架抗震加固方法是將KTB協(xié)會預應力混凝土壓著

21、技術研究所的預應力混凝土壓著法委員會的研究成果應用到抗震加固上的方法。KTB法加固概念圖如圖1所示。本法是在現(xiàn)有建筑物外構面,現(xiàn)場安裝工廠預制的預應力混泥土框架,通過房梁和混凝土板與現(xiàn)有部聯(lián)結成為一體。同時，重新設置框架專用的基礎和基礎房梁，將各框架和現(xiàn)有部連接。如果基礎上產生引拔力，需設置側覆防止用的【KTB引張型鉛直SC地盤基礎螺栓】。加固方法特點加固部件的抗震性能(實驗結果參照)·耐久性能出色。居住的情況下能夠施工。工期縮短。加固部件的表面能夠自由配色。開口部能夠確保。加固工程只在建筑物外部就能完成。適用范圍構造類別:鋼筋混凝土·鋼骨鋼筋混凝土結構建筑物規(guī)模:鋼筋混凝

22、土結構大約6層, 鋼骨鋼筋混凝土結構要求高度在45m以下（大約12層）材料強度:現(xiàn)有建筑物的平均混凝土壓縮強度在18N/mm2以上。不過, 現(xiàn)有建筑物的加固接合部分的混凝土壓縮強度在18N/mm2以下的時候,通過其它方法確認之后強度滿足要求也適用。采用的值:加固部件的值最大1.5實驗結果 從預應力框架的性能實驗結果來看,中小規(guī)模地震時采用剛構造，大規(guī)模地震時通過設置支持構件使柱梁結合部產生回轉變形成為柔性結構。根據(jù)這個特性, 層間位移角即使達到1/33rad也不會使耐力降低,且殘留變形很小。技術評價/（財）日本建筑防災協(xié)會（評價中2006年5月現(xiàn)在）圖1 預應力外置框架加固概念圖圖2 層剪切力

23、層間位移角之間的關系使用高延性材料的加固方法 SPF加固方法加固方法概要SRF（Super Reinforcement with Flexibility）加固方法，是使用高延性材料(聚酯等)和中強度粘著劑(聚氨基甲酸酯粘著劑等)進行加固的技術。用粘著劑將聚酯纖維固定粘貼在現(xiàn)有柱子墻壁表面。SRF法加固概念圖如圖1所示。加固方法特點加固部件厚度薄,重量輕。居住的情況下能夠施工。粘著劑為單液體，品質管理簡單。不需要除去修飾用灰漿。狹窄的地方也能施工。有提高柱子剪切強度、延性、變動耐力的作用。適用范圍構造類別:鋼筋混凝土·鋼骨鋼筋混凝土結構、木制結構適用部件:柱、帶邊墻的柱子、墻壁材料強度

24、:現(xiàn)有建筑物的平均混凝土壓縮強度在13.5N/mm2以下也適用。采用的值:加固部件的值最大3.2加固效果經實驗驗證, 用SRF法加固的鋼筋混凝土柱子,即使受到很大的變動軸力,也能保持軸力穩(wěn)定。能很大程度地采用與建筑物的終局界限變形對應的Fu值。技術評價/（財）日本建筑防災協(xié)會（2002年11月）施工實例/129件（加固柱子1873根, 加固墻壁8面,加固粱21根）圖1 SRP加固概念圖 圖2 各種加固材料性能比較表 圖3各種加固方法力變形關系用炭素纖維加固方法 SR-CF加固方法加固方法概要SR-CF(Seismic Retrofit by Carbon Fiber Sheet) 法,是在現(xiàn)有

25、柱子表面纏上炭素纖維布進行加固的方法。同時使用炭素基礎螺栓,更好的發(fā)揮炭素纖維加固的施工性·安全性·肅靜性的優(yōu)點。對帶邊墻的柱子和帶混凝土板梁·抗震墻進行加固，也能獲得同獨柱一樣高的加固效果。SR-CF加固方法的加固概念圖如圖1所示。加固方法特點加固部件厚度薄,重量輕。居住的情況下能夠施工。不需要除去修飾用灰漿。由于使用炭素基礎螺栓,不需要撤去修復原有窗框。狹窄的地方也能施工?？拐饓σ材苋菀椎丶庸獭Φ闹拥那闆r下,在墻壁上面開個小孔插入CF基礎螺栓，連接被分割了的炭素纖維布，能形成封閉型的加固層。適用范圍構造類別:鋼筋混凝土·鋼骨鋼筋混凝土結構適用部

26、件:柱、帶邊墻的柱子、墻壁、粱材料強度:現(xiàn)有建筑物的混凝土壓縮強度在11.8N/mm2以上,軸力在0.4bDFe以下。采用的值:加固部件的值最大為3.2加固效果用碳素纖維加固的部件, 抗剪切耐力提高，延性也大幅度改善。能很大程度地采用與建筑物的終局界限變形對應的Fu值。技術評價/（財）日本建筑防災協(xié)會（1999年10月）獲獎/國土技術開發(fā)獎,日本材料學會技術獎,日本建筑學會獎（技術）施工實例/372件（2006年1月現(xiàn)在）圖1 碳素纖維加固方法概念圖 圖2 CF螺栓加固效果圖制震加固方法青木式制震拉桿法加固方法概要為進行鋼筋混凝土建筑物抗震加固開發(fā)的本法，是在建筑物外壁面安裝設置了摩擦減振器的

27、制震拉桿,地震時制震拉桿通過極小變形高效吸收建筑物搖曳的能量。在有人居住情況下,也能提高現(xiàn)有建筑物抗震性能的應答控制型的加固方法。加固方法特點建筑物在使用狀態(tài)下能夠完成加固工程。幾乎不需要撒去、修復框格和內置材。工程工時大幅度削減，成本低，工期短。內部裝飾拆卸時,廢材少,噪音小，有利于環(huán)境保護。使用利用極小變形高效吸收地震能量的摩擦減振器。能夠獨立設定各個制震拉桿的強度和剛度。制震拉桿的強度能控制在300kN,不加重安裝部的負擔，安裝方便。使用外徑190mm左右的鋼管,對采光影響小,外表細長。用通常的抗震診斷同樣的評價標準能很好的判定制震加固效果。使用了預定拆卸的鋼筋混凝土結構學校校舍實物進行抗震實驗,確認了制震加固效果。圖1 摩擦減振器的構成和機構 圖2 不穩(wěn)定加振時履歷曲線 摩擦減振器的性能摩擦減振器的摩擦負荷幾乎不受振速度,振幅，溫度，加振波形的影響。大地震的時候摩擦減振器履歷曲線穩(wěn)定,具有很高的能源吸收能力。即使多次發(fā)生大地震，減振器的摩擦負荷幾乎不變化，具有充分