依据2010年我公司完成的部分学校建筑抗震鉴定加固工程，框架结构房屋约104幢，建筑面积22万平方米。通过抗震鉴定和改造加固设计，施工的工作实践，经统计、总结，归纳了中小学校框架结构易引发地震灾害的原因。对我国既有中小学校框架结构房屋抗震性能的基本评价。对不满足抗措震要求的建筑抗震加固改造的主要措施及方法，抗震加固方案的选择等问题进行了总结。

中小学校框架结构房屋产生震害破坏的原因
通过对北京及外地的中小学校104幢框架结构房屋抗震调查及鉴定，归纳不满足抗震要求，易引发震害的原因主要有：
1、框架结构体系缺欠，易引发震害不满足抗震要求。

单跨框架
对学校建筑抗震鉴定中，有一些建筑为单跨框架悬挑外廊结构。这类结构北京地区约占框架结构的15％，外地占38％。该结构仅以框架双柱作为抗震防线，冗余度小，在地震中由于塑性铰的出现，很容易形成几何可变机构，从而失稳破坏和倒塌。单跨框架作为抗震结构具有明显的不利因素，因而《建筑抗震加固技术规程》中规定乙类建筑不应采用单跨框架，对于多层建筑也不宜采用单跨框架结构。
对于此类结构抗震加固应进行改变结构体系，加固或采取其它切实可行的相应加固措施。

单向框架
在抗震鉴定中发现早期个别的框架结构（八十年代），有的设计为单向框架。这类框架仅对横向框架进行了抗震结构分析。纵向按连续梁进行设计，只承担垂直荷重，框架的箍筋配置也没按抗震结构措施要求设置，显然具有很大的结构缺欠性。实际地震时，纵、横向基本周期相当接近，纵横地震力也大致相差不大，框架柱在纵、横向所受地震弯矩和剪力也相差不多。单向框架因纵向强度刚度偏小，在地震中易导致破坏或结构倒塌，结构加固中应特别注意处置。
2、框架结构体形布置不规则引发震害不满足抗震要求

有些框架结构平面布置为不对称的L型或采用T形、U型、H型、Y型，这些建筑地震时因建筑体形不规则导致结构侧移差异使震害加重。有的框架建筑电梯间布置偏移而且刚度很大，也使震害加重。
立面布置不均匀也会使结构产生严重震害。如不设缝的裙房及大底盘建筑由于体形突变引起刚度突变，使主楼与裙房交接的楼层相对较为柔弱。地震时因塑性变形集中效应而导致层间位移过大，使结构产生严重破坏。房屋的高度与高宽比愈大。受到的地震作用和倾覆力矩愈大，破坏的可能性也越大。框架剪力墙结构若上下剪力墙布置不连续、刚度不均匀、层间刚度比超限易产生薄弱层导致结构破坏。还有突出屋面的收进建筑；顶层抽柱的空旷大房间；高低层毗连的建筑等体形不均匀建筑均会导致震害严重。
对框架结构的鉴定和加固中出现的竖向刚度不均匀主要有：

底部刚度小地震中使底层侧移刚度和屈服强度骤然减低。位移增大会引起底层严重破坏甚至发生倒塌。
中间柔弱层顶部及上、下两端柔弱层这些部位在地震时均会产生异常震害，由于刚度突变导致地震荷载加大变形增加引起结构整体抗震承载力不足，导致毁坏或倒塌。
3、有的框架结构经现场检测主要混凝土材料偏低，低于原结构设计强度
这种结构经统计的占鉴定的框架结构64％，造成了结构承载力不满足使用要求，如导致轴压比、构件承载力不满足要求，需要进行安全及抗震加固。
4、框架因构件因素引起震害
a、在历次地震灾害调查中，发现框架柱破坏是最严重的。框架柱通常的破坏特征为：
（1）柱顶破坏发生混凝土酥碎、散落、竖向钢筋压屈现象常见，一般柱顶大偏受压，使受拉侧向作用效应超过柱的弯曲抗拉强度。
（2）柱顶发生斜裂缝和竖向裂缝多半由于在地震水平荷载作用下柱顶受压弯、剪的联合作用主拉应力导致产生斜裂缝及竖向裂缝产生。
（3）柱底部柱根破坏。柱根破坏较柱顶破坏轻相对较少，但也经常发生。
（4）柱身中部破坏较柱底破坏少，但当配箍不足或短柱时也是常见的破坏形式。
（5）角柱破坏：一般地震造成的角柱震害比边柱、中柱更为严重。
地震中由于结构质心与刚心的偏移，特别是不对称结构发生的扭转振动，角柱在扭转震动中比其他柱分担的扭转力大，相对侧移大，破坏的机率也最多。
（6）短柱破坏特点主要是抗剪承载力不足。
同一层中长短柱同时存在，短柱破坏严重。特别是受粘土砖填充墙的嵌固作用，导致短柱形成，使震害加重。
（7）楼梯柱
楼梯柱由于受斜梁及踏步板的支撑作用承受了更大的地震力，当一面楼梯柱容易形成短柱而加重震害。特别是楼梯柱设计中轴压比控制及箍筋加密没有进行加强处理，会导致震害严重。
b、引起框架柱震害的主要原因：
（1）没有按强柱弱梁的原则进行框架设计，柱截面尺寸及配筋偏小。
（2）主要材料强度没有达到设计标准。施工没有满足设计要求。
（3）框架的抗震构造措施不满足要求，特别是配箍密度、直径、加密区不符合要求。
（4）采用砖砌体做框架填充墙。由于墙的嵌固作用形成了短柱，使震害加重。
（5）对框架的角柱没有进行加强设计。
（6）结构体系。建筑体形选择不当，地震中易发生扭转作用导致柱荷载增加产生震害。
5、钢筋混凝土框架房屋砌体填充墙引起的震害
a、填充墙自身产生的震害情况
（1）砌体填充墙局部和全部平面外倒塌。
（2）砌体填充墙产生斜裂缝和交叉裂缝。
（3）填充墙破坏程度与施工方法关系很大：有圈梁、构造柱的填充墙破坏较轻；墙与框架柱有无拉结对震害影响很大，嵌砌于框架内填充墙无拉结及与顶部没有顶紧，可能发生全部或顶部倒塌。
（4）电梯、楼梯间砌体填充墙震害普遍也严重，应特别注意。
b、砌体填充墙框架的特点
（1）采用粘土砖填充墙框架为上世纪八十年代的主要结构形式，九十年代以后一般采用轻质填充墙。
（2）粘土砖填充墙的特点：
可以与混凝土框架共同承受水平地震力，在一定程度上约束了框架结构的侧移；采用粘土砖砌体充填墙柱上端易发生剪力破坏；外墙框架柱在窗洞处，受窗下墙的约束使柱变成短柱，发生短柱型剪切破坏。总之粘土砖砌体填充墙的采用，导致结构破坏严重。
6、框架结构楼梯间的震害
a、在地震的重复作用下，楼梯踏步板相当于斜撑，受力特点为拉弯、压弯构件，而设计中只当受弯构件计算，并没有计算地震荷载，因此承载力不足导致梯板断裂。
b、楼梯梁在地震时受来自双方向楼梯板的剪切扭转作用而设计时只承受恒、活载引起的弯曲作用。因而导致承载力不足发生破坏。
7、建筑防震缝、变形缝、沉降缝的震害
a、框架结构由于相连结构形式、高度、层数、地基不均匀等因素，应该留缝，但未留缝地震发生变形不协调而产生结构破坏。
b、留缝宽度不合规定。地震中由于结构动力特征不同，地震反应相位差别，导致结构碰撞，震害加重。
c、缝内落物或留缝未彻底断开造成震害。
8、基础原因产生震害
软弱层地基在震中易发生液化地基，膨胀土地基、不均匀地质地基、加固加层建筑承载力超限地基，设计中处理不当，基础形式选择不合理，均可导致建筑结构整体破坏，应在结构加固设计中足够重视。

对既有中小学校框架结构房屋抗震性能评价。
我公司通过对北京、福建等地区104幢，建筑面积22万平方米的中小学校框架结构房屋抗震调查和鉴定得出，由于这些建筑存在着不同的建筑结构缺欠，其抗震性能均不满足当前抗震规范的要求。为保证后续使用年限内建筑的安全使用，均应进行抗震加固及改造。
1、104幢框架结构建筑按不同建造年代进行分类，其中八十年代建筑二栋，约占调查总数的2％，设计执行78抗震规范，一般要求加固后的后续使用年限不少于三十年。九十年代建筑79栋，占调查总数的76％，设计执行89抗震规范，加固后的使用年限不少于四十年。本世纪建筑20栋，占调查总数的19％，设计执行01抗震规范，加固后的后续使用年限不少于五十年。
抗震调查的104栋中小学校框架，结构房屋一般为1～5层，多为教学楼和教学附属用房，建筑抗震分类应为乙类建筑。
2、经抗震调查及鉴定不满足抗震要求的主要原因是：
<1>建筑结构形式不满足抗震要求。我国南方地区的中小学校教学多采用单跨悬挑外廊式框架结构形式。本次调查有55栋建筑为单跨框架结构，占调查结构总数的53％，这种结构形式，抗震性能差，冗余度低，地震中容易破坏及倒塌。
<2>结构实测的混凝土材料强度低，有67栋建筑材料强度达不到C20，占调查结构总数的64％，有的只有C10，不旦小于设计值，还低于规范要求的最小值。由于混凝土材料强度不达标，造成抗震承载力的降低，不满足抗震要求。
<3>由于建筑混凝土材料强度低，梁、柱尺寸选择不合理，造成结构取载力不足。配筋量偏小的建筑达46栋，占调查总数的44％ 。建筑轴压比不满足抗震要求的有39栋，占调查总数的37％。经验算结构变形、层间弹性位移角不满足要求的有42栋，占调查总数的40％。
<4>建筑抗震的结构构造措施。由于建筑设防分类由丙类提升到乙类，构造措施要求提高，造成约80％以上结构构造措施不符合抗震要求，如梁、柱箍筋直径及配箍密度不符合要求。建筑抗震分类由二类框架，提升到一类框架，也造成相应的构造措施不满足抗震要求。
<5>建筑物的非承重结构不满足抗震要求，如八十年代建筑框架结构的填充墙多采用粘土砖墙，由于重量大，刚度大，使框架结构振动周期减小，提高了地震力还容易形成短柱，地震中使结构柱受到破坏。特别是墙与柱的拉结不好时易造成填充墙坍塌破坏。有的建筑物女儿墙超高，也未设置锚固，拉结构造差，地震中极易塌落伤人。建筑非承重结构不满足抗震要求的约占调查总数的20％。
通过抗震调查及鉴定得出结论：国务院要求对全国的中小学校校舍进行抗震鉴定加固改造的决定是非常正确和及时的，只有按要求做好这项工作，才能保证校舍的安全使用，达到防震减灾的要求。
三、 中小学校框架结构房屋抗震加固的方案选择
（一）框架结构房屋抗震加固方案选择要求
（1）学校建筑抗震加固的依据是抗震鉴定报告
加固应依据鉴定报告的结论及应达到的安全目标进行。加固方案的选择应依据房屋的实际情况。针对鉴定报告给出的不满足抗震要求的具体项目，选择安全，可靠，经济，合理的加固方案，同时还应考虑施工周期及场地等学校固有的因素及要求。应以学生为本，教学为本的原则去考量抗震加固方案的选择。
（2）框架结构房屋的加固方案应符合抗震加固的基本要求
分别采用提高结构主要构件抗震承载力，增强结构的变形能力或采用改变结构体系而不加固框架结构自身构件的方案。
（3）加固框架结构应避免形成短柱，短梁及强梁弱柱，因加固方案不合理导致震害加重现象。
（4）若采用综合抗震能力指数进行抗震验算时，加固后楼层屈服强度系数，体系影响系数和局部影响系数应根据房屋加固后的状态计算和取值的承载能力和变形能力。
（二）框架结构抗震加固方案的选择
框架结构房屋抗震鉴定确定不满足抗震要求时，应进行加固改造，对于抗震加固改造方案的选择，应依据鉴定报告给出不满足抗震要求的原因及建筑物的实际情况等综合验证，比较确定，一般可选择下列加固方法：

单向框架应加固为双向框架，通过加强建筑的楼屋盖的整体性，同时增设抗震墙，抗震支撑等抗侧力构件，使房屋在双向均应满足抗震承载力及刚度要求
单跨框架结构体系不合理，不满足抗震要求。应改造成多跨框架或通过增加剪力墙改变结构体系，变框架结构为框架剪力墙结构，该结构新增剪力墙的间距应小于规定间距。
增设钢筋混凝土抗震墙的加固方法是改变结构体系的加固法，在框架结构抗震加固中经常采用，通过加固框架结构体系变为框架抗震墙结构体系，该加固法的主要优点是：
a、地震作用绝大部分由抗震墙承担，框架结构受力大幅度减小。
b、增设抗震墙提高了结构的整体刚度，减小了地震作用下的结构变形。
c、由于结构体系的改变，降低了对原框架抗震构造措施的要求，使结构整体满足了抗震要求
d、该加固方法避免了对框架梁、柱的逐个加固减少了工作量。
增加剪力墙加固方法的缺点主要是：新增抗震墙设置基础 。一般基础埋深应与原结构基础持平，造成基础开挖及施工工程量增大。

框架柱，梁的配筋，轴压比及刚度不符合鉴定要求时，一般常用增大截面法加固，可选择现浇钢筋混凝土套或钢构套及钢绞线网聚合物砂浆面层加固法。当只单纯的配筋不足，变形满足要求时可采用粘贴钢板或碳纤维布加固法。增大截面加固法更实用是框架结构常用的加固方法。但该方法特别是混凝土柱的加固。拆除相邻的填充墙及破坏墙与柱的拉结，增加加固后充填墙恢复的工作量。
房屋刚度较弱或明显不均匀有扭转效应时，常选择增设钢筋混凝土抗震墙或翼墙加固，有时为减小地震效应，降低地震烈度也可设置消能减震装置如耗能器，消能支撑等进行抗震加固。
当框架梁柱实际受弯承载力的关系，不符合鉴定要求时，（不符合强柱弱梁原则）采用钢构套，现浇钢筋混凝土套或粘贴钢板等方法加固框架柱，亦应对加固后的结构，验算在罕遇地震下弹塑性变形是否满足要求。
当框架结构的梁柱构件有局部损伤和裂缝时可采用聚合物砂浆、水泥灌浆料，强力结构胶及细石混凝土等材料修复及补偿。
填充墙与框架梁柱拉结不符合抗震要求时，增补填充墙圈梁，构造柱设置拉结钢筋，当墙体自身强度较低时可采用砂浆面层，粘贴复合纤维布等方法加固。
女儿墙等易倒塌部位不满足抗震要求时，采用拆除降低高度或结合加固维修增加拉结锚固措施如化学植筋，粘贴碳纤维布等方法。
（10）当楼梯构件不满足抗震要求时一般采用粘碳纤维布、粘钢或钢绞线聚合物砂浆加固楼梯板，采用钢构套或钢筋混凝土套加固梯梁。
（11）对一些有特殊抗震要求的建筑，如作为抗震避难所使用的建筑。往往要求提高抗震烈度，其地震加速度值及地震影响系数均相应提高，把小震不坏，大震不倒，提高为中震不坏，大震可修的水平。对于既有建筑的框架结构只选取通过加强结构的自身刚度及承载力的硬式加固方法，达到上述抗震要求有时是困难的。解决办法是采用隔震与耗能减震的加固办法。对于新建房屋采用隔震及耗能减震技术在土木工程领域已经进入到规程规范完善及全面推广实施阶段。对于既有建筑加固改造的应用，因增加了托换及设置节点连接加固改造项目，增加了设计施工难度及加固费用，但由于其优越的抗震性能在加固改造领域也逐步推广应用。特别是框架结构采用非线性粘滞耗能器吸收地震能量原进行抗震加固，减震效果明显而且施工方便，改变及破坏建筑结构很小便于加固后恢复，其应用前景更加广阔。
（12）一般对于一幢框架结构的房屋经抗震鉴定确定，要进行抗震加固。依据鉴定报告及建筑物的实际情况确定加固方案，通常以一种加固方式为主，再辅以其他的加固方式。
通过我公司对今年完成的104栋中小学框架结构房屋抗震加固设计统计，采用钢筋混凝土或钢构架，增加柱、梁截面提高其强度或刚度加固方法的有40栋建筑，占加固总数的38%；采用粘贴碳纤维布加固，提高结构强度及加强结构构造措施的有46栋建筑，占加固总数的44%；采用粘贴钢板提高结构强度及加强构造措施的有16栋，占加固总数的15%。有55栋建筑采用增加剪力墙，改变结构体系变框架结构为框架剪力墙结构，改变了结构受力情况，提高了结构的抗震性能，占加固总数的53%。这类结构同时在剪力墙下增设混凝土条形基础。一般单跨框架采用本法进行加固。加固设计中一般均采用综合加固方法。很少单一的采用一种方法，应依据实际情况综合比较选用方案。
还有两栋框架结构，一栋采用在框架基础，设置隔震层，用托换法设置橡胶钢板隔震支座进行隔震加固，以提高抗震能力。有一栋采用增设粘滞阻尼器进行耗能减震加固，并完成了相应设计，后因甲方意见没有实施。但是此种加固方法与传统方法相比优点明显，是今后的发展方向。
以上是我公司通过对北京及福建等地区中小学校104栋框架结构房屋抗震调查鉴定及加固改造工作的小结，从实践总结中发现，加固改造中传统做法还是主要选用的方法，这些方法安全、可靠，有成熟的经验及相关的规程可循，但也有施工复杂，工期长等缺欠，要在工作实践中不断总结、提高、改进、创新，特别是十二五规划中，我国进一步搞好建筑防灾减灾也是重要任务。建筑抗震加固改造还有大量工作要完成，只有创造出更多的新技术，新材料，新工艺，才能更好的完成好这项十分艰难而光荣的任务。

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文章来源： 永年加固公司
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