框架核心筒结构抗震设计

摘 要：为了有效防止地震对框架核心筒结构的破坏，在进行结构施工的时候，有必要加强结构的抗震设计水平。本文将了解框架核心筒结构抗震设计原则的基础上，提出核心筒结构抗震设计的几点建议措施。

关键词：框架核心筒；建筑结构；抗震设计

中图分类号：TU973.17 文献标识码：A 文章编号：1671-3362（2013）09-0102-01

1 建筑框架核心筒结构抗震设计原则

根据《工业与民用建筑抗震设计规范》中的相关规定，建筑框架核心筒结构抗震设计基本原则可总结为：

1.1 维持性原则

针对抗震水平性能降低的建筑核心筒结构，这些建筑的核心筒结构需要按照原来的设计规范要求，提升结构的抗震安全系数，尤其是出现结构性能弱化的部位或承载力下降的部位，进行维修加固。该原则可参考借鉴的标准规范有《建筑抗震鉴定标准》，适用于按照抗震设计规范要求施工的建筑核心筒结构，而该建筑核心筒结构由于主客观原因，抗震水平已经下降，尤其是已经超过40a使用年限的建筑核心筒结构，需要尽量使其满足现行的国家标准规范。

1.2 提升性原则

针对抗震水平性能是否降低的建筑核心筒结构，这些建筑的核心筒结构都低于现行的抗震设计标准规范要求。这种抗震设计不能继续沿用之前的标准规范，而是以现行标准为依据，对存在结构抗震水平差异的部位进行加固，尤其是那些施工时没有严格考虑抗震设防问题的建筑核心筒结构。提升性抗震设计的难度更大，在加固之前，核心筒结构已经在一定荷载作用力之下，产生应力压缩或弯曲变形等，对其加固，并没有卸除原有的荷载，而是新增加的承载能力，减缓荷载的压缩影响，从而起到加固的效果。

2 建筑核心筒结构抗震设计的建议措施

鉴于建筑核心筒结构抗震涉及的基本原则，本文将重点对粘钢加固、碳纤维片材加固、外粘型钢加固三种方法展开分析，具体内容如下：

2.1 粘钢加固设计

粘钢加固设计的基本原理是确定建筑核心筒结构钢筋混凝土构件表面的受拉部位，将一定规格的钢板粘贴到该部位上，以便钢板辅助承受原混凝土构件的拉力和剪力，作为核心筒结构受力钢筋的一部分，这是提高核心筒结构承载力的重要举措。

2.1.1 粘钢加固设计法的应用形式

主要有4种：第1种是将钢板粘贴在梁式或者板式建筑结构的底部，以增强结构跨中正截面的抗弯水平和承载水平；第2种是將钢板粘贴在梁式结构的梁板上部，或者粘贴在中性轴以上部位，以增强制作部位的正截面抗弯水平和承载水平；第3种是将“U”型的钢板作为锚固钢板，粘贴在梁式核心筒结构上，增强结构斜截面的抗剪水平和承载水平；第4种是将“U”型以搭接的形式，粘贴在结构框架柱上，以环形约束结构抗震加固部位，提高柱的延性水平。

2.1.2 粘钢加固设计法的设计要求

清理钢板与待加固部位结合面，保持其平整干净，然后利用强度等级在C15以上的混凝土，并根据混凝土强度选择合适锚固长度的钢板，以提高结合面混凝土的粘贴强度。通常情况下，选择钢板厚度越厚，其锚固长度就越长，容易对粘结效果产生不良影响，而选择钢板越薄，需要利用更多的胶量，但会影响钢板防腐工作的进行。笔者认为粘钢加固的钢板有3种最佳的厚度，第1种是混凝土强度等级小于C20时，钢板厚度为2～3mm；第2种是混凝土等级为C20～C25时，钢板厚度为3～4mm；第3种是混凝土等级大于C25时，钢板厚度为4～5mm。在满足计算规定的同时，钢板锚固长度需要结合待加固核心筒结构构造要求确定，如果是受拉部位的锚固，其长度至少为钢板厚度的200倍，而且不能小于600mm；如果是受压部位的锚固，锚固长度至少为钢板厚度的160倍，而且不能小于490mm。

2.2 碳纤维片材加固设计

碳纤维片材加固设计法，能够有效避免界面粘结强度的强弱问题，提高加固构件的抗弯、抗剪、抗扭、抗拉和承载水平。

2.2.1 碳纤维片材加固设计原理

以垂直的方向，将碳纤维的材料包裹在待加固的钢筋混凝土构件上，增强构件的延性水平和承载水平，以及抗震耗能水平。碳纤维片材自重仅有2N，厚度仅有0.167mm，不会增加原来结构的自重和截面面积，而且利用手工操作方式就能施工，适用于酸碱盐等腐蚀环境，不需要后期维护，因此应用范围很广。

2.2.2 碳纤维片材加固设计法的应用形式

主要有4种类型：第1种是将碳纤维布粘贴在梁式或者板式建筑核心筒结构构件的底部，增强构件跨中正截面的抗弯水平和承载水平；第2种是将碳纤维布粘贴在梁式建筑核心筒结构构件的梁板上部，或者构件的中性轴以下，以增强支座正截面的抗弯水平或者承载水平；第3种是将“U”型碳纤维布作为纵向锚固钢板，粘贴在梁式建筑核心筒结构构件上，以增强构件斜截面的抗剪水平、承载水平；第4种是“U”型碳纤维布，采用环形搭接的方法，粘贴框架柱结构抗震加固部位，旨在增强框架柱的延性。

2.2.3 碳纤维片材加固设计方法

由于碳纤维布具有较大的极限拉应变，因此在加固之后，要控制钢筋的拉应力，尽量控制在钢筋抗拉强度设计值的范围之内，同时保持外贴时的温度，以及保证加固构件混凝土强度在C15之上；在粘贴碳纤维之前，需要清除干净结构构件表面油污和剥落混凝土等，并保持粘贴碳纤维布与加固部位方向的一致，以及将多条密布粘贴防护材料与碳纤维布，使得碳纤维布与加固部位形成垂直轴向，提高防护材料与碳纤维布的粘结水平。

2.3 外粘型钢加固设计

除了以上两种建筑核心筒结构抗震设计方法，外粘型钢加固法同样具有一定的效果，其加固设计的部位主要是结构构件的表面或角部，将改性环氧树脂胶粘剂灌注加固，以改善结构的受力性能，适用于建筑核心筒结构的梁、柱、墙、桁架、框架等部位的加固，要求搭配角钢和缀板，全焊接钢板，并用环氧树脂填充不密实的蜂窝、孔洞和裂缝等，使得新旧结构共同受力，但必须在胶浆初凝之前完成所有操作，方可保证粘结的紧固。

3 结语

本文以粘钢加固、碳纤维片材加固、外粘型钢加固作为建筑核心筒结构抗震设计的研究点，通过研究，发现这些抗震设计方法具有明显的实用性，但具体的应用方法，还需要在实际工作中进行不断的总结，方可不断提高这些方法的适用性水平。

参考文献

[1] 曾聪，潘文，陶忠，等.高烈度地区混合框架核心筒结构抗震性能分析[J].工程抗震与加固改造，2012（6）：14-18.

[2] 段瑾，刘东泽.框架核心筒结构抗震性能分析研究[J].低温建筑技术，2011（11）：39-41.

作者简介：赵波（1985-），男，助理工程师，主要从事的工作为混凝土结构设计。