综述中小学校舍的抗震加固新方法

发布时间：2022-10-03 10:57 热度：

　　摘要：抗震规范对中小学校舍的设防烈度提高，使得一些平面不规则、超高超限的已建中小学校舍不能满足规范要求。一些传统的抗震加固方法也不能改变其高度或高宽比超限的致命弱点，本文提出了一些抗震加固新方法，以期为今后的中小学抗震加固工作提供思路。

　　关键词：加固改造、隔震、耗能减震

　　0 引言

　　四川5·12大地震让每一个中国人伤痛不已,此次地震造成许多砌体结构的中小学教学楼倒塌，众多学生遇难，在此次地震中仅四川省就有7 千余间校舍倒塌,很多学校成了灾区孩子们的共同坟墓，现状之惨烈让人触目惊心。

　　汶川地震后，国家的抗震规范快速做了调整。《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223-2008，按照“对学校、医院、体育场馆、博物馆、文化馆、图书馆、影剧院、商场、交通枢纽等人员密集的公共服务设施，应当按照高于当地房屋建筑的抗震设防要求进行设计，增强抗震设防能力”的要求，提高了某些建筑的抗震设防类别，特别加强对未成年人在地震等突发事件中的保护。规范第6.0.8中规定：教育建筑中，幼儿园、小学、中学的教学用房以及学生宿舍和食堂，抗震设防类别应不低于重点设防类。

　　本次局部修订，为在发生地震灾害时特别加强对未成年人的保护，在我国经济有较大发展的条件下，对所有幼儿儿、小学和中学(包括普通中小学和有未成年人的各类初级、中级学校)的教学用房的设防类别均予以提高。本次修改后，扩大了教育建筑中提高设防标准的范围【1】。

　　鉴于中小学建筑抗震设防类别的提高，一些已建中小学建筑的抗震设防标准明显不满足规范要求，对存在安全隐患的校舍进行抗震加固工作迫在眉睫。

　　1 抗震加固新技术种类

　　中小学校舍结构建筑形式大多活泼开放，比如采用一些U型L型的平面不规则结构，存在高宽比超限或高度超限或竖向刚度突变等问题。对这些结构利用传统的加固方法也难以改变其高度或高宽比超限的致命弱点，必须采用隔震减震等抗震加固新技术来加强其抗震性能来满足规范要求。抗震加固新技术主要包括隔震、耗能减震、主动控制和混合控制等技术。

　　2 隔震技术

　　目前结构控制技术中，应用最为广泛和最为成熟的就是基础隔震技术。隔震加固是在结构基础部位设置专门的隔离层，阻止地面运动向上部结构传递。从抗震原理来看，实际上是增大结构周期，减小上部结构地震响应，这是一种间接抗震加固方法。并且，由于隔震装置的水平刚度远远小于上部结构的层间水平刚度，上部结构在地震中的水平变形，将从传统抗震结构的“放大晃动型”变为隔震结构的“整体平动型”，从有较大的层间变位变为只有微小的层间变位，因而上部结构在强地震中仍处于弹性状态，不需要另行采取加固措施。

　　建筑物隔震技术应用具有较长的历史。例如紫禁城地下的“煮过的糯米拌石灰”，又如日本的“横竖交错的多层圆木”等都是所谓的隔震装置【2】。而现代隔震技术可追溯到1881年日本学者河合浩藏的文章《地震时不遭受大震动的结构》，作者在文中提出了滚木隔震方法。我国上世纪80年代后期开始进行对橡胶隔震垫的研究。广州大学周福霖教授率先进行橡胶垫的隔震研究，并于1993年9月在广东汕头建成首栋采用叠层橡胶支座隔震的房屋建筑。此后，华中科技大学唐家祥教授在文献[3]中，在我国首次详细系统地论述了建筑结构基础隔震的发展史，隔震器与阻尼器力学性能的设计与实验及建筑结构的基础隔震设计方法。周福霖在文献[4]中完整地介绍了建筑基础隔震的动力反应分析、振动台实验、地震考验和工程使用计算方法。国内许多学者对叠层橡胶支座基础隔震结构进行了动力分析。

　　采用橡胶隔震支座进行隔震是一种常用的建筑物隔震方式。对建筑物破坏最大的水平地震运动，橡胶支座可以通过大幅度扭曲，大大的削弱传播到建筑物上的能量，从而有效降低水平地震作用达80%以上。这样，在碰到一般地震时，可以使建筑物结构本身不被破坏，还能使室内设备、贵重物品及信息系统安然无恙，人们的正常生产、生活及服务活动不会被中断。我国己颁布了叠层橡胶垫隔震建筑的设计规范，这必将加快隔震技术在我国推广和应用。

　　近年来，为使隔震层造价更为经济合理，采用由滑动摩擦隔震支座和叠层橡胶隔震支座并联组成混合隔震体系也做了相应研究，并取得了较大发展。相信这种技术应用于中小学的加固改造中会逐渐增多并不断完善。

　　3.消能减震技术

　　结构消能减震加固主要是通过增加结构阻尼来达到减小结构地震响应的目的。属于一种间接抗震加固方法。这种加固方法通常不需对原结构构件进行较多的加固处理，具有较大的适用性。在风或小震时，这些消能构件或消能装置具有足够的初始刚度，处于弹性状态，结构仍具有足够的侧向刚度以满足使用要求。当出现大震或大风时，随着结构侧向变形的增大，消能构件或消能装置率先进入非弹性状态，产生较大阻尼，大量消耗输入结构的地震或风振能量，其消耗的能量瓦最大可达到输入结构的地震能量或风振能量的的90%，使主体结构避免出现明显的非弹性状态，并且迅速衰减结构的地震或风振反应(位移、速度、加速度等)，从而保护主体结构及构件在强地震或大风中免遭破坏【5】。

　　我国的一些科研院校在引进国外先进技术的基础上进行了大量卓有成效的研究，研制出加劲阻尼装置、摩擦阻尼器、粘弹性阻尼器和粘性流体阻尼器等，这些耗能装置正被愈来愈多地应用于抗震加固工程中。如沈阳市政府大楼采用了摩擦阻尼进行了加固，粘性阻尼器则己用在北京饭店、北京火车站、中国革命历史博物馆和北京展览馆等工程的抗震加固上。

　　经大量实践经验证明，消能减震技术能有效的减轻结构的变形和损伤，改善结构的抗震性能。

　　这种加耗能支撑的做法在日本建筑中大量普及。如果设计得当，不仅美观更能提高校舍的抗震安全性。

　　4 结语

　　通过对隔震减震新技术的介绍,本文提出了对一些不规则的已建中小学校舍加固改造的一些建议，以期为今后的中小学抗震加固工作提供思路。

　　5 参考文献

　　【1】GB50223-2008，《建筑工程抗震设防分类标准》[S].

　　【2】.唐家祥，刘再华，建筑结构基础隔震.华中理工大学出版社，1993

　　【4】周福霖.工程结构减震控制M].北京:地震出版社;1997

　　【5】唐家祥等.建筑结构基础隔震[M].武汉:华中理工大学出版社;1993

　　【6】张蔚.减震新技术在建筑工程抗震加固中的应用研究[N] 东南大学硕士学位论文.2004，